Print bookPrint book

§ 3.1. Оксиды

Site: Профильное обучение
Course: Химия. 11 класс
Book: § 3.1. Оксиды
Printed by: Guest user
Date: Saturday, 18 May 2024, 4:19 AM

Номенклатура и классификация оксидов

Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород хОу). Кислород в оксидах проявляет степень окисления –2: straight С with plus 4 on top straight O with negative 2 on top subscript 2 comma space Са with plus 2 on top straight О with negative 2 on top. space

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

img

Соединение OF2 относят к фторидам, так как в данном соединении фтор — более электроотрицательный элемент, а степень окисления кислорода +2: begin mathsize 14px style blank with plus on top straight O with 2 on top straight F with negative 1 on top subscript 2 end style.

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, begin mathsize 14px style negative 1 half comma space minus 1 third end style. 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.

img
Рис. 6.2. Оксиды: а — кальция, б — меди(II), в — меди(I), г — хрома(III), д — железа(III), е — азота(IV)

К кислотным относят оксиды, которые соответствуют кислотам: straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 space long dash space straight H subscript 2 straight S with plus 6 on top straight O subscript 4straight C with plus 4 on top straight O subscript 2 space long dash space straight H subscript 2 straight C with plus 4 on top straight O subscript 3. Это, как правило, оксиды неметаллов (например, straight S with plus 4 on top straight O subscript 2 comma space straight S with plus 6 on top straight O subscript 3), оксиды металлов с высокими значениями степени окисления +5, +6, +7 (например, Mn with plus 7 on top subscript 2 straight O subscript 7). 

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

Основные
(Na2O, СаО, MgO, FeO  — оксиды металлов)
Амфотерные
(Al2O3, Cr2O3, ZnO, BeO — оксиды металлов)
Кислотные
(SO3, CO2, P2O5, CrO3 — оксиды и металлов, и неметаллов)
Реагируют:
с водой:

Оксиды щелочных и щёлочно-земельных металлов:

CaO + H2O = Ca(OH)2

(Кроме SiO2):

SO3 + H2O = H2SO4

с кислотами:

МgO space plus space 2 HCl space equals space MgCl subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight O

ZnO space plus space 2 HCl space equals space ZnCl subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight O

cо щелочами:

ZnO space plus space 2 NaOH subscript left parenthesis тв right parenthesis end subscript space equals with t on top space space Na subscript 2 ZnO subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight O semicolon
space ZnO space plus space straight Н subscript 2 straight О space plus space 2 NaOH subscript left parenthesis straight р minus straight р right parenthesis space end subscript equals space Na subscript 2 left square bracket Zn left parenthesis OH right parenthesis subscript 4 right square bracket

CO subscript 2 space plus space Са left parenthesis ОН right parenthesis subscript 2 space equals space CaCO subscript 3 space plus space straight Н subscript 2 straight О

с кислотными оксидами:

CaO space plus space SiO subscript 2 space equals with t on top space CaSiO subscript 3

Аl subscript 2 straight O subscript 3 space plus space straight Р subscript 2 straight O subscript 5 space space equals with t on top space 2 AlРO subscript 4

c основными оксидами:

ВаО space plus space Al subscript 2 straight O subscript 3 space equals with t on top space Вa left parenthesis AlO subscript 2 right parenthesis subscript 2

3 CaO space plus space straight Р subscript 2 straight O subscript 5 space equals with t on top space Ca subscript 3 left parenthesis РO subscript 4 right parenthesis subscript 2 space end subscript

c амфотерными оксидами:

СаО space plus space Al subscript 2 straight O subscript 3 space equals with t on top space Ca left parenthesis AlO subscript 2 right parenthesis subscript 2

ZnO space plus space Al subscript 2 straight O subscript 3 space equals with t on top space Zn left parenthesis AlO subscript 2 right parenthesis subscript 2

ZnО space plus space SiO subscript 2 space equals with t on top space ZnSiO subscript 3

К несолеобразующим оксидам относится небольшое число оксидов неметаллов с низкими значениями степени окисления: straight C with plus 2 on top straight O comma space Si with plus 2 on top straight O comma space stack straight N subscript 2 with plus 1 on top straight O comma space straight N with plus 2 on top straight O. 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.

img

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

2 straight N with plus 2 on top straight O space plus space straight O subscript 2 space equals space 2 straight N with plus 4 on top straight O subscript 2 (промежуточная стадия производства азотной кислоты);

3 straight C with plus 2 on top straight O space plus stack space Fe with plus 3 on top subscript 2 straight O subscript 3 space equals space 2 Fe with 0 on top space plus space 3 straight C with plus 4 on top straight O subscript 2 (получение железа, доменный процесс);

stack straight W with plus 6 on top straight O subscript 3 space with blank on top plus space 3 straight H subscript 2 space equals space straight W with 0 on top space plus space 3 straight H subscript 2 straight O blank with blank on top (получение вольфрама);

space Si with plus 4 on top straight O subscript 2 space plus space 2 Mg space equals space Si with 0 on top space plus space 2 MgO space(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
straight S space plus space straight O subscript 2 space equals space SO subscript 2 semicolon
straight N subscript 2 space plus space straight O subscript 2 space equals with t on top space 2 NO semicolon space
3 Fe space plus space 2 straight O subscript 2 space equals with t on top space space Fe subscript 3 straight O subscript 4 Fe left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 space stack equals with t on top space space FeO space plus space straight H subscript 2 straight O Cu space plus space 2 straight Н subscript 2 SO subscript 4 space equals space CuSO subscript 4 space plus space SO subscript 2 upwards arrow space plus space 2 straight H subscript 2 straight O semicolon space
space 4 straight H subscript 2 straight O space plus space 3 Fe space space space equals with t on top space Fe subscript 3 straight O subscript 4 space plus space 4 straight H subscript 2
СаСО subscript 3 space equals with t on top space СаО space plus space СО subscript 2 semicolon space
2 Cu left parenthesis NO subscript 3 right parenthesis subscript 2 space equals with t on top space space 2 CuO space plus space 4 NO subscript 2 not stretchy upwards arrow space plus space straight O subscript 2 not stretchy upwards arrow
4 FeS subscript 2 space plus space 11 straight O subscript 2 space equals with t on top space 2 Fe subscript 2 straight O subscript 3 space plus space 8 SO subscript 2 semicolon space space
2 SO subscript 2 space plus space straight O subscript 2 space equals space 2 SO subscript 3 semicolon space space
CH subscript 4 space plus space 2 straight О subscript 2 space equals space CО subscript 2 space plus space 2 straight H subscript 2 straight O straight Н subscript 2 SiO subscript 3 space equals with t on top space straight H subscript 2 straight O space plus space SiO subscript 2 semicolon space
straight Н subscript 2 SiO subscript 3 space equals with t on top space straight H subscript 2 straight O space plus space SiO subscript 2 not stretchy upwards arrow  

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.

Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород. Различают солеобразующие (основные, амфотерные, кислотные) и несолеобразующие оксиды.

Кислотные оксиды реагируют с водой, основными оксидами и щелочами, основные оксиды — с водой, кислотными оксидами и кислотами. Амфотерные оксиды вступают в реакции как с кислотами, так и со щелочами, а также с другими солеобразующими оксидами.

Распространённые способы получения оксидов — взаимодействие простых и сложных веществ с кислородом и термическое разложение оснований, кислородсодержащих солей или кислот.

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

    begin mathsize 12px style stack HNO subscript 2 with plus 3 on top end style

    begin mathsize 12px style stack HNO subscript 3 with plus 5 on top end style

    begin mathsize 12px style stack straight H subscript 3 PO subscript 4 with plus 5 on top end style

    begin mathsize 12px style stack straight H subscript 4 straight P subscript 2 straight O subscript 7 with plus 5 on top end style

    begin mathsize 12px style stack straight H subscript 2 SO subscript 4 with plus 6 on top end style

    begin mathsize 12px style stack straight H subscript 2 SeO subscript 4 with plus 6 on top end style

    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) СН subscript 3 СООН space rightwards arrow with 1 on top space space СО subscript 2 space rightwards arrow with 2 on top space space space СаСО subscript 3 space rightwards arrow with 3 on top space space space straight Х subscript 1 space rightwards arrow with stack Ba left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 with 4 on top on top space space space straight Х subscript 2 semicolon
  • б)space BaО space space rightwards arrow with 1 on top space space BaSО subscript 3 space space rightwards arrow with 2 on top space space space SО subscript 2 space rightwards arrow with 3 on top space space space SО subscript 3 space space rightwards arrow with stack Ca left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 with 4 on top on top space space space straight Х subscript 1 semicolon
  • в) CuS space space rightwards arrow with 1 on top space space CuО space space rightwards arrow with 2 on top space space CuSО subscript 4 space rightwards arrow with NaOH with 3 on top on top space straight X subscript 1 space rightwards arrow with 4 on top space space CuO semicolon
  • г) FeS space rightwards arrow with 1 on top space space Fe subscript 2 straight O subscript 3 space rightwards arrow with 2 on top space FeCl subscript 3 rightwards arrow with KOH with 3 on top on top space space space straight Х subscript 1 space rightwards arrow with t with 4 on top on top space space space straight Х subscript 2 semicolon
  • д) CH subscript 3 NH subscript 2 space rightwards arrow with 1 on top space space straight N subscript 2 space rightwards arrow with 2 on top space NO space rightwards arrow with 3 on top space space NO subscript 2 space rightwards arrow with 4 on top space space space NH subscript 3 semicolon
  • е) Na space rightwards arrow with 1 on top space Na subscript 2 straight O subscript 2 space rightwards arrow with 2 on top space Na subscript 2 straight O space rightwards arrow with 3 on top space space NaOH space rightwards arrow with stack Zn left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 comma space straight H subscript 2 straight O with 4 on top on top space space space straight Х subscript 1 semicolon.

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.