"Химия. Базовый и углублённый уровни", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Оксиды неметаллов — соединения кислорода с неметаллическими элементами. По степени окисления элемента можно составить формулу оксида, а по его реакциям — определить тип. Многие такие оксиды называют кислотными: им соответствуют кислоты, а при взаимодействии с основаниями образуются соли. Однако не каждый оксид неметалла кислотный, и даже кислотный оксид не всегда реагирует с водой. Эти закономерности помогают предсказывать продукты реакций и связывать оксиды с другими классами веществ.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксиды неметаллов — бинарные соединения кислорода с неметаллом. Бинарными называют вещества, состоящие из атомов двух химических элементов. Чтобы записать формулу такого оксида, учитывают степени окисления элементов и подбирают индексы так, чтобы соединение было электронейтральным.
Кислотные оксиды — оксиды, которым соответствуют кислоты. Обычно формула кислоты содержит атомы того же элемента, что и оксид, а также водород и кислород: CO₂ соответствует H₂CO₃, SO₃ — H₂SO₄. Это соответствие помогает предсказывать продукты реакций оксида с водой и основаниями.
Несолеобразующие оксиды обычно не проявляют ни кислотных, ни основных свойств. К характерным примерам относятся CO, NO и N₂O. Их выделяют в отдельную группу, чтобы не считать кислотным любой оксид, содержащий неметалл.
Кислотный ангидрид — оксид, при взаимодействии которого с водой образуется соответствующая кислота. Например, SO₃ при соединении с водой даёт H₂SO₄, а CO₂ соответствует H₂CO₃. Понятие связывает состав оксида с формулой кислоты, но не означает, что каждый кислотный оксид обязательно реагирует с водой.
Формулу оксида составляют по степеням окисления элементов, потому что суммарный заряд вещества должен быть равен нулю. Кислороду в большинстве оксидов приписывают степень окисления −2, а неметаллу — указанное в условии значение. Например, если фосфор имеет степень окисления +5, два атома фосфора дают суммарно +10, а пять атомов кислорода — −10. Поэтому формула оксида фосфора(V) записывается как P₂O₅.
Многие оксиды неметаллов называют кислотными, поскольку их химические свойства связаны со свойствами кислот. Некоторые из них реагируют с водой, образуя кислоты, а с основаниями дают соль и воду. Кислотные оксиды также могут взаимодействовать с основными оксидами с образованием солей. Так, CO₂ реагирует с NaOH, потому что в этом взаимодействии проявляются его кислотные свойства.
Степень окисления неметалла помогает соотнести оксид с кислотой, но для этого нужно учитывать число атомов кислорода и состав кислоты. Так, оксиду SO₃, где сера имеет степень окисления +6, соответствует H₂SO₄; оксиду SO₂ со степенью окисления серы +4 — H₂SO₃. Для фосфора(V) формулу оксида записывают P₂O₅, а соответствующей кислоты — H₃PO₄. При образовании кислоты вода добавляет к составу оксида водород и кислород, сохраняя степень окисления центрального элемента.
Способность быть кислотным оксидом не означает, что вещество обязательно растворяется или реагирует с водой. SO₃ активно взаимодействует с водой, а CO₂ образует с ней угольную кислоту, существующую в растворе в равновесии с углекислым газом. SiO₂ с водой практически не реагирует в обычных условиях. Его кислотные свойства обнаруживаются в других реакциях, например при взаимодействии со щёлочью при нагревании.
Оксиды неметаллов нельзя объединять в одну группу только по составу: решающими являются их химические свойства. Кислотные оксиды способны образовывать соли при реакциях с основаниями или основными оксидами. CO, NO и N₂O обычно не проявляют таких свойств, поэтому относятся к несолеобразующим. Различие важно при прогнозировании реакции: формула вещества подсказывает состав, но именно свойства определяют, какие превращения возможны.
| Оксид | Неметалл и его степень окисления | Тип оксида | Взаимодействие с водой | Характерная реакция с основанием |
|---|---|---|---|---|
| CO₂ | Углерод, +4 | Кислотный | Образует H₂CO₃ в растворе | CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O |
| SO₃ | Сера, +6 | Кислотный | Образует H₂SO₄ | SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O |
| SiO₂ | Кремний, +4 | Кислотный | Практически не взаимодействует | SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O (при нагревании) |
| CO | Углерод, +2 | Несолеобразующий | Не реагирует | Характерная реакция с щёлочью отсутствует |
Сначала сравните тип оксида и его реакцию с водой: таблица показывает, что кислотный оксид может не реагировать с водой. Затем проверьте реакцию с основанием — образование соли подтверждает кислотные свойства. Уравнения в последнем столбце показывают типичный результат, но условия реакции, например нагревание, тоже имеют значение.
Условие: составьте формулу оксида фосфора, в котором фосфор имеет степень окисления +5, и определите тип оксида. Сначала нужно уравнять суммарные положительную и отрицательную степени окисления. Затем по соответствию кислоте и химическим свойствам установить тип соединения. Этот ход позволяет не подбирать индексы наугад.
Ответ: P₂O₅ — кислотный оксид. Проверка: 2 · (+5) + 5 · (−2) = 0, значит формула электронейтральна. Кислотный тип подтверждается соответствием фосфорной кислоте и реакциями с основаниями.
Условие: запишите уравнение взаимодействия SO₃ с водой и CO₂ с раствором NaOH. В первом случае кислотный оксид должен дать соответствующую кислоту. Во втором случае продукт зависит от соотношения реагентов; при избытке щёлочи образуются средняя соль и вода. После записи формул продуктов проверяем число атомов каждого элемента.
Ответ: SO₃ + H₂O → H₂SO₄; CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. В первом уравнении атомы серы, водорода и кислорода сохранены. Во втором коэффициент 2 перед NaOH нужен для получения двух атомов натрия в Na₂CO₃ и сохранения баланса водорода и кислорода.
Условие: осуществите превращения P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Na₃PO₄ и найдите массу соли из 14,2 г P₂O₅ при избытке реагентов. Цепочка показывает переход от простого вещества к оксиду, затем к кислоте и соли. Для расчёта используем уравнения, а не сравниваем массы веществ напрямую. Избыток реагентов означает, что количество продукта ограничено только количеством P₂O₅.
Ответ: цепочка уравнений записана выше; масса Na₃PO₄ равна 32,8 г. Коэффициенты в уравнениях задают соотношение количеств веществ, поэтому каждому молю P₂O₅ соответствуют два моля соли. Результат относится к полной нейтрализации фосфорной кислоты при избытке щёлочи.
Ошибка — считать кислотными все оксиды неметаллов. Так происходит, если тип вещества определяют только по составу, не проверяя свойства; CO, NO и N₂O — несолеобразующие оксиды. Проверьте себя: способен ли оксид образовать соль в типичной реакции с основанием?
Ошибка — ожидать реакции с водой от каждого кислотного оксида. Часто свойства кислотного оксида ошибочно связывают только с образованием кислоты при растворении, хотя SiO₂ с водой практически не взаимодействует. Проверяйте свойства по нескольким реакциям, включая взаимодействие с основаниями.
Ошибка — записывать индексы без проверки степеней окисления. Можно перепутать индексы или не сократить их, если подбирать формулу механически; итогом станет заряженная формульная единица. Умножьте индекс каждого элемента на его степень окисления и убедитесь, что сумма равна нулю.
Ошибка — смешивать продукты реакции с водой и со щёлочью. В первом случае обычно образуется кислота, во втором — соль и вода; путаница возникает, когда оба процесса сводят к одному общему правилу. Проверьте, какой реагент дан, и отдельно составьте формулы ожидаемых продуктов перед уравниванием.
Для составления формул и уравнений нужны знания о степенях окисления, бинарных соединениях и законе сохранения атомов при реакциях. Свойства оксидов опираются на уже изученные кислоты, основания, соли и классификацию оксидов. Эти знания помогают строить генетические цепочки между классами неорганических веществ и понимать реакции в химическом производстве. Они также нужны для оценки экологических последствий выбросов оксидов в атмосферу.
Как составить формулу оксида неметалла по его степени окисления?
Запишите символы элемента и кислорода, учитывая, что степень окисления кислорода в большинстве оксидов равна −2. Подберите индексы так, чтобы сумма степеней окисления всех атомов была равна нулю, затем сократите индексы, если это возможно.
Почему CO₂ называют кислотным оксидом?
CO₂ соответствует угольной кислоте H₂CO₃: при растворении в воде устанавливается равновесие между ними. Кроме того, CO₂ реагирует со щёлочами с образованием карбонатов или гидрокарбонатов, что характерно для кислотных оксидов.
Все ли кислотные оксиды реагируют с водой?
Нет. Например, SO₃ и CO₂ взаимодействуют с водой, а SiO₂ практически не реагирует с ней в обычных условиях. Принадлежность к кислотным оксидам определяют не только по реакции с водой, но и по другим химическим свойствам.
Чем кислотный оксид отличается от несолеобразующего?
Кислотный оксид проявляет кислотные свойства: например, реагирует с основанием с образованием соли. Несолеобразующие оксиды, такие как CO, NO и N₂O, обычно не проявляют ни кислотных, ни основных свойств и не образуют соли в типичных реакциях.
Какие продукты образуются при реакции кислотного оксида со щёлочью?
Обычно образуются соль и вода. Например, CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. При другом соотношении реагентов может образоваться кислая соль, например NaHCO₃.
§ 49. Оксиды неметаллов
