Взаимодействие основных оксидов с металлами. Основные оксиды: что это такое, с чем они реагируют

Оксиды - это сложные неорганические соединения, состоящие из двух элементов, один из которых кислород (в степени окисления -2).

Например, Na 2 O, B 2 O 3 , Cl 2 O 7 относятся к оксидам. Все перечисленные вещества содержат кислород и еще один элемент. Вещества Na 2 O 2 , H 2 SO 4 , HCl не относятся к оксидам: в первом степень окисления кислорода равна -1, в составе второго не два, а три элемента, а третье вообще не содержит кислорода.

Если вы не понимаете смысл термина "степень окисления", ничего страшного. Во-первых, можно обратиться к соответствующей статье на этом сайте. Во-вторых, даже без понимания этого термина можно продолжать чтение. Временно можете забыть про упоминание о степени окисления.

Получены оксиды практически всех известных на сегодняшний день элементов, кроме некоторых благородных газов и "экзотических" трансурановых элементов. Более того, многие элементы образуют несколько оксидов (для азота, например, их известно шесть).

Номенклатура оксидов

Пример 1 . Назовите следующие соединения: Li 2 O, Al 2 O 3 , N 2 O 5 , N 2 O 3 .

Li 2 O - оксид лития,
Al 2 O 3 - оксид алюминия,
N 2 O 5 - оксид азота (V),
N 2 O 3 - оксид азота (III).

Обратите внимание на важный момент: если валентность элемента постоянна, мы НЕ упоминаем ее в названии оксида. Если валентность меняется, следует обязательно указать ее в скобках! Литий и алюминий имеют постоянную валентность, у азота валентность переменная; именно по этой причине названия окислов азота дополнены римскими цифрами, символизирующими валентность.

Задание 1 . Назовите оксиды: Na 2 O, P 2 O 3 , BaO, V 2 O 5 , Fe 2 O 3 , GeO 2 , Rb 2 O. Не забывайте, что существуют элементы как с постоянной, так и с переменной валентностью.

Еще один важный момент: вещество F 2 O правильнее называть не "оксид фтора", а "фторид кислорода"!

Физические свойства оксидов

Физические свойства весьма разнообразны. Обусловлено это, в частности, тем, что в оксидах могут проявляться разные типы химической связи. Температуры плавления и кипения варьируются в широких пределах. При нормальных условиях оксиды могут находиться в твердом состоянии (CaO, Fe 2 O 3 , SiO 2 , B 2 O 3), жидком состоянии (N 2 O 3 , H 2 O), в виде газов (N 2 O, SO 2 , NO, CO).

Разнообразна окраска: MgO и Na 2 O белого цвета, CuO - черного, N 2 O 3 - синего, CrO 3 - красного и т. д.

Расплавы оксидов с ионным типом связи хорошо проводят электрический ток, ковалентные оксиды, как правило, имеют низкую электропроводность.

Классификация оксидов

Все существующие в природе оксиды можно разделить на 4 класса: основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие. Иногда первые три класса объединяют в группу солеобразующих оксидов, но для нас это сейчас несущественно. Химические свойства оксидов из разных классов отличаются весьма сильно, поэтому вопрос классификации очень важен для дальнейшего изучения этой темы!

Начнем с несолеобразующих оксидов . Их нужно запомнить: NO, SiO, CO, N 2 O. Просто выучите эти четыре формулы!

Для дальнейшего продвижения мы должны вспомнить, что в природе существуют два типа простых веществ - металлы и неметаллы (иногда выделяют еще группу полуметаллов или металлоидов). Если вы четко понимаете, какие элементы относятся к металлам, продолжайте читать эту статью. Если есть малейшие сомнения, обратитесь к материалу "Металлы и неметаллы" на этом сайте.

Итак, сообщаю вам, что все амфотерные оксиды являются оксидами металлов, но не все оксиды металлов относятся к амфотерным. Я перечислю наиболее важные из них: BeO, ZnO, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , SnO. Список не является полным, но перечисленные формулы следует обязательно запомнить! В большинстве амфотерных оксидов металл проявляет степень окисления +2 или +3 (но есть исключения).

В следующей части статьи мы продолжим говорить о классификации; обсудим кислотные и основные оксиды.

Видеоурок 2: Химические свойства основных оксидов

Лекция: Характерные химические свойства оксидов: основных, амфотерных, кислотных

Оксиды - бинарные соединения (сложные вещества), состоящие из кислорода со степенью окисления -2 и другого элемента.

По своим химическим способностям образовывать соли все оксиды подразделены на две группы:

• солеобразующие,
• несолеобразующие.

Солеообразующие в свою очередь подразделены на три группы: основные, ксилотные, амфотерные. К несолеобразующим относятся оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO, оксид кремния(II) SiO.

Основные оксиды - это оксиды, проявляющие основные свойства, образованные щелочными и щелочноземельными металлами в степенях окисления +1,+2, а также переходными металлами в низших степенях окисления.

Данной группе оксидов соответствуют основания: К 2 О – КОН; ВаО – Ва(ОН) 2 ; La 2 O 3 – La(OH) 3 .

Кислотные оксиды - это оксиды, проявляющие кислотные свойства, образованные типичными неметаллами, а также некоторыми переходными металлами в степенях окисления от +4 до +7.

Данной группе оксидов соответствуют кислоты: SO 3 –H 2 SO 4 ; CO 2 – H 2 CO 3 ; SO 2 – H 2 SO 3 и т.д.

Амфотерные оксиды - это оксиды, проявляющие основные и кислотные свойства, образованные переходными металлами в степенях окисления +3,+4. Искл.: ZnO, BeO, SnO, PbO.

Данной группе оксидов соответствуют амфотерные основания: ZnO – Zn(OH) 2 ; Al 2 O 3 – Al(OH) 3 .

Основные оксиды наиболее активных металлов взаимодействуют с водой, образуя сильные основания – щелочи. Основные оксиды менее активных металлов, при обычных условиях с водой не реагируют. С кислотами реагируют всегда и все оксиды данной группы, образуя соли и воду. А с основаниями не реагируют.

Кислотные оксиды в большинстве своем реагируют с водой. Но не все реагируют в обычных условиях. С основаниями реагирует все оксиды данной группы, образуя соли и воду. С кислотами не реагируют.

Основные и кислотные оксиды способны реагировать между собой, с последующим образованием соли.

Амфотерные оксиды обладают основными и кислотными свойствами. Поэтому они реагируют и с кислотами, и с основаниями, образуя соли и воду. Амфотерные оксиды реагируют с кислотными и основными оксидами. Так же взаимодействуют и между собой. Чаще всего, данные химические реакции протекают при нагревании с образованием солей.

Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород. Оксиды могут быть солеобразующими и несолеобразующими: одним из видов солеобразующих оксидов являются основные оксиды. Чем они отличаются от других видов, и каковы их химические свойства?

Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные оксиды. Если основным оксидам соответствуют основания, то кислотным – кислоты, а амфотерным оксидам соответствуют амфотерные образования. Амфотерными оксидами называют такие соединения, которые в зависимости от условий могут проявлять либо основные, либо кислотные свойства.

Рис. 1. Классификация оксидов.

Физические свойства оксидов очень разнообразны. Они могут быть как газами (CO 2), так и твердыми (Fe 2 O 3) или жидкими веществами (H 2 O).

При этом большинство основных оксидов является твердыми веществами различных цветов.

оксиды, в которых элементы проявляют свою высшую активность называются высшими оксидами. Порядок возрастания кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов.

Химические свойства основных оксидов

Основными оксидами называются оксиды, которым соответствуют основания. Например, основным оксидам K 2 O, СaO соответствуют основания KOH, Ca(OH) 2 .

Рис. 2. Основные оксиды и соответствующие им основания.

Основные оксиды образуются типичными металлами, а также металлами переменной валентности в низшей степени окисления (например, CaO, FeO), реагируют с кислотами и кислотными оксидами, образуя при этом соли:

CaO (основной оксид)+CO 2 (кислотный оксид)=СaCO 3 (соль)

FeO (основной оксид)+H 2 SO 4 (кислота)=FeSO 4 (соль)+2H 2 O (вода)

Основные оксиды также взаимодействуют с амфотерными оксидами, в результате чего происходит образование соли, например:

С водой реагируют только оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов:

BaO (основной оксид)+H 2 O (вода)=Ba(OH) 2 (основание щелочнозем. металла)

Многие основные оксиды имеют характер восстанавливаться до веществ, состоящих из атомов одного химического элемента:

3CuO+2NH 3 =3Cu+3H 2 O+N 2

При нагревании разлагаются только оксиды ртути и благородных металлов:

Рис. 3. Оксид ртути.

Список основных оксидов:

Na 2 О + H 2 O = 2NaОH;

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 ;

с соединениями кислотного характера (кислотными оксидами, кислотами) с образованием солей и воды:

CaO + СО 2 = СаСО 3 ;

CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O;

3) с соединениями амфотерного характера:

Li 2 O + Al 2 O 3 = 2Li AlO 2 ;

3NaOH + Al(OН) 3 = Na 3 AlO 3 + 3Н 2 О;

Кислотные оксиды реагируют:

1) с водой с образованием кислот:

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 ;

2) с соединениями основного характера (основными оксидами и основаниями) с образованием солей и воды:

SO 2 + Na 2 O = Na 2 SO 3 ;

CO 2 + 2NaОH = Na 2 CO 3 + H 2 O;

с соединениями амфотерного характера

СО 2 + ZnO = ZnCO 3 ;

СО 2 + Zn(OH) 2 = ZnСО 3 + H 2 O;

Амфотерные оксиды проявляют свойства как основных, так и кислотных оксидов. Им отвечают амфотерные гидроксиды:

кислая среда щелочная среда Ве(ОН) 2 ВеО Н 2 ВеО 2

Zn(OH) 2 ZnO Н 2 ZnО 2

Аl(OН) 3 Al 2 O 3 H 3 AlО 3 , НАlO 2

Cr(OН) 3 Сr 2 O 3 HCrO 2

Pb(OH) 2 PbO Н 2 PbО 2

Sn(OH) 2 SnO Н 2 SnО 2

Амфотерные оксиды взаимодействуют с соеднинениями кислого и основного характера:

Металлы с переменной валентностью могут образовывать оксиды всех трех типов. Например:

CrO основной Cr(OH) 2 ;

Cr 2 O 3 амфотерный Cr(OH) 3 ;

Cr 2 O 7 кислотный H 2 Cr 2 O 7 ;

MnO, Mn 2 O 3 основной;

MnO 2 амфотерный;

Mn 2 O 7 кислотный HMnO 4 .

Основания

Основания – сложные вещества, в состав которых входят атомы металла и одна или несколько гидроксидных групп (ОН ‾). Общая формула оснований – Ме(ОН) у, где у – число гидроксидных групп, равное валентности металла.

Номенклатура

Название основания складывается из слова «гидроксид» + название металла.

Если металл имеет переменную валентность, то ее указывают в конце в скобках. Например: CuOH – гидроксид меди (I), Cu(OH) 2 – гидроксид меди (II), NaОH – гидроксид натрия.

Основания (гидроксиды) являются электролитами. Электролитами называются вещества, которые в расплавах или растворах полярных жидкостей распадаются на ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Распад вещества на ионы на­зывается электролитической диссоциацией.

Bсe электролиты можно разделить на две группы: сильные и слабые. Сильные электролиты в водных растворах диссоциированы практически нацело. Слабые электролиты диссоциируют только частично и в растворах устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами: NН 4 ОН NH 4 + + ОН - .

2.2. Классификация

а) по числу гидроксидных групп в молекуле. Количество гидроксидных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и определяет кислотность основания.

Основания делятся на:

Однокислотные, молекулы которых содержат одну гидроксидную группу: NaOH, KOH, LiOH и др.;

Двухкислотные, молекулы которых содержат две гидроксидные группы: Ca(OH) 2 , Fe(OH) 2 и др.;

Трехкислотные, молекулы которых содержат три гидроксидные группы: Ni(OH) 3 , Bi(OH) 3 и др.

Двух- и трехкислотные основания называются многокислотными.

б) по силе основания делятся на:

Сильные (щелочи): LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 ;

Слабые: Cu(OH) 2 , Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 и др.

Сильные основания растворимы в воде, а слабые – нерастворимы.

Диссоциация оснований

Сильные основания диссоциируют практически полностью:

Са(ОН) 2 = Са 2+ + 2ОН - .

Слабые основания диссоциируют ступенчато. При после­довательном отщеплении гидроксид-иона от многокислотных основа­ний образуются основные остатки гидроксокатионы, например:

Fe(OH) 3 OH - + Fe(OH) 2 + дигидроксокатионы железа;

Fe(OH) 2 + OH - + FeOH 2+ гидроксокатионы железа;

Fe(OH) 2+ OH - + Fe 3+ катионы железа.

Число основных остатков равно кислотности основания.

Это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых - кислород со степенью окисления (-2). Общая формула оксидов: Э m О n , где m - чис­ло атомов элемента Э , а n - число атомов кис­лорода. Оксиды могут быть твердыми (песок SiO 2 , разно­видности кварца), жидкими (оксид водорода H 2 O), газо­образными (оксиды углерода: углекислый CO 2 и угарный СО газы).

Номенклатура химических соединений развивалась по мере накопления фактического материала. Сначала, пока число известных соединений было невелико, широко использовались тривиальные названия, не отражающие состава, строения и свойства вещества, - сурик РЬ 3 О 4 , глет РЬО, жженая магнезия MgO, железная окалина Fe 3 О 4 , веселящий газ N 2 О, белый мышьяк As 2 О 3 На смену тривиальной номенклатуре при шла полусистематическая номенклатура - в название были включены указания числа атомов кислорода в соединении: закись - для более низких, окись - для более высоких степеней окисления; ангидрид - для оксидов кислотного характера.

В настоящее время почти завершен переход к современной номенклатуре. Согласно международной номенклатуре, в названии оксида следует указывать валентность элемента; например, SО 2 - оксид cepы(IV), SО 3 - оксид cepы(VI), CrO - оксид хрома(II), Cr 2 О 3 - оксид хрома(III), CrO 3 - оксид хрома(VI).

По химическим свойствам оксиды подразде­ляются на солеобразующие и несолеобразующие .

Несолеобразующими называются такие окси­ды, которые не взаимодействуют ни со щелочами, ни с кислотами и не образуют солей. Их немного, в состав входят неметаллы.

Солеобразующими называются такие оксиды, которые взаимодействуют с кислотами или основа­ниями и образуют при этом соль и воду.

Среди солеобразующих оксидов различают ок­сиды основные, кислотные, амфотерные.

Основные оксиды - это такие оксиды, кото­рым соответствуют основания. Например: CuO со­ответствует основание Cu(OH) 2 , Na 2 O - основание NaOH, Cu 2 O - CuOH и т. д.

Типичные реакции основных оксидов

1. Основный оксид + кислота = соль + вода (реак­ция обмена):

2. Основный оксид + кислотный оксид = соль (реакция соединения):

3. Основный оксид + вода = щелочь (реакция со­единения):

Кислотные оксиды - это такие оксиды, кото­рым соответствуют кислоты. Это оксиды неметал­лов: N 2 O 5 соответствует HNO 3 , SO 3 - H 2 SO 4 , CO 2 - H 2 CO 3 , P 2 O 5 - H 4 PO 4 а также оксиды металлов с большим значением степеней окисления: Cr 2 +6 O 3 соответствует H 2 CrO 4 , Mn 2 +7 O 7 - HMnO 4 .

Типичные реакции кислотных оксидов

1. Кислотный оксид + основание = соль + вода (реакция обмена):

2. Кислотный оксид + основный оксид соль (реакция соединения):

3. Кислотный оксид + вода = кислота (реакция соединения):

Такая реакция возможна, только если кислот­ный оксид растворим в воде.

Амфотерными называются оксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные или кислотные свойства. Это ZnO, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , V 2 O 5 .

Амфотерные оксиды с водой непосредственно не соединяются.

Типичные реакции амфотерных оксидов

1. Амфотерный оксид + кислота = соль + вода (ре­акция обмена):

2. Амфотерный оксид + основание = соль + вода или комплексное соединение:

Основные оксиды. К основным относят оксиды типичных металлов, им соответствуют гидроксиды, обладающие свойствами оснований.

Получение основных оксидов

Окисление металлов при нагревании в атмосфере кислорода.

2Mg + O 2 = 2MgO

2Cu + O 2 = 2CuO

Метод неприменим для получения оксидов щелочных металлов. В реакции с кислородом щелочные металлы обычно дают пероксиды, поэтому оксиды Na 2 O, К 2 O труднодоступны.

Обжиг сульфидов

2CuS + 3O 2 = 2CuO + 2SO 2

4FeS 2 + 110 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

Метод неприменим для сульфидов активных металлов, окисляю­щихся до сульфатов.

Разложение гидроксидов

Cu(OH) 2 = СuО + Н 2 О

Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.

Разложение солей кислородсодержащих кислот.

ВаСO 3 = ВаО + СO 2

2Pb(NO 3) 2 = 2РЬО + 4N0 2 + O 2

4FeSO 4 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 + O 2

Разложение легко осуществляется для нитратов и карбонатов, в том числе и для основных солей.

2 CO 3 = 2ZnO + СO 2 + Н 2 O

Получение кислотных оксидов

Кислотные оксиды представлены оксидами неметаллов или переходных металлов в высоких степенях окис­ления. Они могут быть получены методами, аналогичными методам получения основных оксидов, например:

1. 4Р + 5O 2 = 2Р 2 O 5
2. 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2
3. K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 = 2CrO 3 ↓ + K 2 SO 4 + H 2 O
4. Na 2 SiO 3 + 2HCl = 2NaCl + SiO 2 ↓ + H 2 O