§ 3.1. Оксиды

Номенклатура и классификация оксидов

Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых — кислород (Э_хО_у). Кислород в оксидах проявляет степень окисления –2:

В обычных условиях оксиды могут быть в газообразном (CO₂, NO), жидком (H₂O) и чаще всего в твёрдом состоянии (рис. 6.2).

Соединение OF₂ относят к фторидам, так как в данном соединении фтор — более электроотрицательный элемент, а степень окисления кислорода +2: .

Помимо оксидов, существует несколько групп бинарных кислородсодержащих веществ — пероксиды (Н₂О₂, Na₂O₂), надпероксиды (KO₂, RbO₂, CsO₂) и озониды (KO₃, CsO₃). Атомы кислорода в них соединены между собой ковалентной связью. Степень окисления кислорода в них различная: –1, . Все эти вещества являются сильными окислителями.

Названия оксидов состоят из слова «оксид» и названия элемента, например: Li₂O — оксид лития. Напомним, что в случае существования атомов элемента в нескольких положительных степенях окисления эту степень в названиях или формулах оксидов, оснований, солей указывают римскими цифрами. Их ставят в скобках после названия соответствующего элемента, например: оксид железа(III), гидроксид железа(II), хлорид железа(II).

Cуществуют оксиды, в которых атомы металла находятся в разных степенях окисления, например оксид железа(II, III) Fe₃O₄, или FeO ∙ Fe₂O₃.

Различают солеобразующие (основные, амфотерные, кислотные) и несолеобразующие оксиды.

К кислотным относят оксиды, которые соответствуют кислотам: , . Это, как правило, оксиды неметаллов (например, ), оксиды металлов с высокими значениями степени окисления +5, +6, +7 (например, ). 

Кислотные оксиды часто называют ангидридами кислот (например, P₂O₅ — фосфорный ангидрид). 

Оксиды, которым соответствуют основания, называют основными: K₂O — KОН, ВаО — Ва(ОН)₂. К ним относятся исключительно оксиды металлов.

Амфотерные оксиды (Al₂O₃, Cr₂O₃, ZnO, BeO) в зависимости от условий могут проявлять свойства как кислотных, так и основных оксидов.

Химические свойства оксидов

Химические свойства солеобразующих оксидов представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Химические свойства солеобразующих оксидов

К несолеобразующим оксидам относится небольшое число оксидов неметаллов с низкими значениями степени окисления: . При комнатной температуре они не образуют соли ни с кислотами, ни со щелочами. Однако для них характерны реакции с изменением степени окисления элемента, образующего оксид.

Окислительно-восстановительные свойства могут проявлять не только несолеобразующие, но также основные, кислотные и амфотерные оксиды. В качестве примеров приведём некоторые практически значимые превращения оксидов:

 (промежуточная стадия производства азотной кислоты);

 (получение железа, доменный процесс);

 (получение вольфрама);

(получение кремния).

Оксиды получают окислением кислородом простых и сложных веществ, (как неорганических, так и органических), а также термическим разложением гидроксидов (кислот, оснований, амфотерных гидроксидов), кислородсодержащих солей (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Способы получения оксидов

Способы получения оксидов
Взаимодействие простых и сложных веществ с кислородом	Разложение сложных веществ — оснований, солей, кислот	Другие способы

Некоторые металлы (Мg, Zn), а также углерод образуют оксиды в реакциях с парами воды. Дополнительно отметим лабораторный способ получения оксида углерода(IV) реакцией обмена, в которой используют мрамор и соляную кислоту:

Получаемый оксид СО₂ можно рассматривать как продукт разложения угольной кислоты.

Следует также помнить, что при окислении кислородом азотсодержащих веществ (аммиака NH₃, аминов RNH₂ и др.) азот выделяется в виде простого вещества N₂, а оксид азота(II) образуется в присутствии катализатора.

Вопросы, задания, задачи

1. Назовите оксиды:

• а) элементов с постоянной валентностью — K₂O, Al₂O₃, MgO;
• б) элементов с переменной валентностью — Ag₂O, SO₃, Mn₂O₇.

2. Составьте формулы оксидов:

• а) кальция, меди(II), меди(I), хрома(III), железа(III), азота(IV);
• б) соответствующих кислотам:

• Кислота
  Кислотный оксид

• в) соответствующих основаниям:

• Основание	LiOH	NaOH	Ba(OH)2	Ca(OH)2	Fe(OH)2	Sr(OH)2
  Основный оксид

3. Составьте уравнения реакций, характеризующих свойства оксидов:

• а) ВаО и FeO; б) SiO₂ и SO₂; в) MgO и ZnO. Укажите причины сходства и различия свойств оксидов в каждой паре.

4. Напишите уравнения реакций взаимодействия с кислородом следующих веществ: Сu, Al, ZnS, C₂H₂, С₂Н₅NH₂, CH₃OH. 

5. Составьте уравнения реакций согласно схемам:

• а) 
• б)
• в) 
• г) 
• д) 
• е) .

6. Дан перечень оксидов, формулы которых MgO, ZnO, NO, SiO₂, SO₃, P₂O₅, K₂O. Какие из перечисленных оксидов будут реагировать с: а) гидроксидом натрия; б) серной кислотой? Составьте уравнения соответствующих реакций.

7. Рассчитайте объём (н. у.) сернистого газа, образующегося при обжиге пирита FeS₂ массой 10 т, массовая доля примесей в котором составляет 6,25 %. Определите массу серной кислоты, которая могла быть получена при этом.

8. В столовой ложке помещается примерно 25 г уксуса. Определите объём углекислого газа, который выделится при взаимодействии данной порции уксуса с питьевой содой. Массовая доля уксусной кислоты в столовом уксусе составляет 9 %.

9. Молярная масса смеси оксидов углерода СO и СО₂ равна 32 г/моль. Определите объёмную долю оксида углерода(II) в смеси.

10. Смесь оксидов магния и кальция массой 1,52 г растворили в азотной кислоте. При осторожном выпаривании и сушке получили смесь солей массой 4,76 г. Определите массы оксидов в исходной смеси.

Самоконтроль

1. Оксидами являются вещества, формулы которых:

• а) MgO;
• б) Н₂О₂;
• в) Fe₂O₃;
• г) OF₂.

2. Только кислотные оксиды указаны в рядах:

• а) MgO, ZnO, NO;
• б) SiO₂, SO₃, P₂O₅;
• в) FeO, SiO₂, SO₂;
• г) N₂O₅, СO₂, Mn₂O₇.

3. Правильными по отношению к оксиду бария являются утверждения:

• а) амфотерный;
• б) реагирует с водой;
• в) вступает в реакцию с кислотными оксидами;
• г) при повышенной температуре реагирует с оксидом алюминия.

4. Выберите схемы осуществимых реакций:

• а) СаО + HCl →;
• б) Al₂O₃ + Н₂О →;
• в) ZnO + NaOH →;
• г) MgO + KOH →.

5. Количество серной кислоты, реагирующей с оксидом железа(II, III) массой 2,32 г, равно:

• а) 2 моль;
• б) 4 моль;
• в) 0,04 моль;
• г) 0,2 кмоль.