"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Оксиды — сложные вещества из двух химических элементов, один из которых кислород. Они встречаются в природе и участвуют в химических реакциях; умение распознавать их помогает изучать кислоты, основания и соли. Оксиды различают по свойствам на основные, кислотные и амфотерные. Чтобы составить формулу, учитывают степени окисления, а чтобы понять характер оксида — смотрят, с какими веществами он реагирует. Не каждый оксид взаимодействует с водой.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксид — сложное бинарное соединение, состоящее из двух химических элементов, один из которых — кислород. Бинарным называют вещество из двух элементов, а не из двух атомов: в CO₂, например, три атома, но только два элемента. Это определение помогает отличить оксиды от других веществ с кислородом в составе.
Основный оксид — оксид, которому соответствует основание; многие такие оксиды реагируют с кислотами. Например, MgO соответствует гидроксиду магния Mg(OH)₂. По этому понятию можно предсказать характерные реакции оксида, хотя не каждый основной оксид одинаково активен.
Кислотный оксид — оксид, которому соответствует кислота; многие такие оксиды реагируют с основаниями. Например, CO₂ соответствует угольной кислоте H₂CO₃. Определение связывает свойства оксида с кислотами и помогает выбирать вещества для уравнений реакций.
Амфотерный оксид — оксид, проявляющий свойства и основного, и кислотного оксида. Так, ZnO взаимодействует и с кислотами, и со щёлочами. Понятие нужно, чтобы не относить такие оксиды только к основным или только к кислотным.
Чтобы распознать оксид, нужно посчитать не атомы, а виды химических элементов в формуле. В оксиде кислород соединён только с одним другим элементом: например, в MgO это магний, а в CO₂ — углерод. В веществе H₂SO₄ есть водород, сера и кислород, поэтому это не оксид, хотя кислород в формуле присутствует. Такой способ проверки работает для любой формулы сложного вещества.
Формулы оксидов составляют с учётом степеней окисления — условных зарядов атомов в соединении. В большинстве оксидов кислород имеет степень окисления −2, а сумма степеней окисления всех атомов должна быть нулевой. Например, для алюминия со степенью окисления +3 наименьшее общее значение для уравнивания зарядов — 6: нужны два атома Al (+6) и три атома O (−6), поэтому формула Al₂O₃. Индексы показывают число атомов, их записывают в простейшем соотношении.
По составу можно предположить тип оксида, но состав не заменяет проверку свойств. Оксиды многих металлов относят к основным, а оксиды многих неметаллов — к кислотным; некоторые оксиды металлов, например ZnO, амфотерны. Однако это общая закономерность, а не правило без исключений. Чтобы определить тип уверенно, учитывают, с какими кислотами и основаниями вещество вступает в реакцию.
Взаимодействие с водой зависит от свойств конкретного оксида. Некоторые основные оксиды соединяются с водой с образованием оснований, например CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Некоторые кислотные оксиды образуют кислоты: SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Но многие оксиды с водой не реагируют, поэтому нельзя делать вывод о реакции только по наличию кислорода или по принадлежности к оксидам.
Химические свойства оксидов особенно заметны в реакциях обмена с кислотами и основаниями. Основный оксид CuO реагирует с кислотой: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Кислотный оксид CO₂ реагирует со щёлочью: CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. Амфотерный ZnO может реагировать и так, и иначе; условия реакции и запись продукта учитывают при составлении уравнения. По таким реакциям проверяют, действительно ли вещество проявляет ожидаемые свойства.
| Тип оксида | Примеры | Соответствующее соединение | Характерные реакции |
|---|---|---|---|
| Основный оксид | MgO, CuO | Основание: Mg(OH)₂, Cu(OH)₂ | Многие реагируют с кислотами; некоторые взаимодействуют с водой |
| Кислотный оксид | CO₂, SO₃ | Кислота: H₂CO₃, H₂SO₄ | Многие реагируют со щёлочами; некоторые взаимодействуют с водой |
| Амфотерный оксид | ZnO, Al₂O₃ | Проявляет связь и с основаниями, и с кислотами | Реагирует с кислотами и со щёлочами |
Сначала определите тип оксида, затем посмотрите на соответствующее соединение и ожидаемые реакции. Слова «многие» и «некоторые» в таблице важны: принадлежность к типу не означает, что вещество обязательно реагирует с водой. Уравнение каждой реакции проверяйте по числу атомов и составу продуктов.
Задача 1. Определить, какие из веществ MgO, CO₂, H₂O являются оксидами. Нужно проверить две вещи: сколько элементов входит в каждую формулу и есть ли среди них кислород. Так мы не перепутаем оксид с любым соединением, в котором просто встречается атом кислорода.
В MgO есть два элемента: магний и кислород. Значит, вещество бинарное и является оксидом.
В CO₂ тоже два элемента: углерод и кислород. Индекс 2 показывает число атомов кислорода, но не добавляет нового элемента.
В H₂O содержатся водород и кислород — два элемента. Следовательно, вода также относится к оксидам.
Ответ: MgO, CO₂ и H₂O — оксиды.
Задача 2. Составить формулы оксидов алюминия и серы, если степени окисления элементов равны соответственно +3 и +6. Степень окисления кислорода в обычном оксиде принимаем равной −2. Подбираем индексы так, чтобы суммарная степень окисления каждого соединения стала равна нулю.
Для оксида алюминия у Al значение +3, у O значение −2. Два атома алюминия дают +6, а три атома кислорода — −6. Записываем формулу Al₂O₃.
Для оксида серы у S значение +6. Три атома кислорода дают −6, поэтому одного атома серы достаточно для равновесия зарядов.
Записываем формулу SO₃ и проверяем: +6 + 3 · (−2) = 0. В обеих формулах индексы находятся в простейшем соотношении.
Ответ: оксид алюминия — Al₂O₃, оксид серы — SO₃.
Задача 3. Определить тип оксида цинка и составить уравнения его реакций с соляной кислотой и гидроксидом натрия. Если оксид реагирует и с кислотой, и со щёлочью, он проявляет амфотерные свойства. Для уравнений нужно подобрать продукты и проверить, чтобы число атомов каждого элемента совпадало слева и справа.
Оксид цинка ZnO амфотерный. С соляной кислотой образуются соль ZnCl₂ и вода: ZnO + HCl → ZnCl₂ + H₂O.
В правой части два атома хлора, поэтому ставим коэффициент 2 перед HCl. Получаем ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O; число атомов Zn, O, H и Cl совпадает.
Со щёлочью при нагревании можно записать образование цинката натрия и воды: ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O. Проверка показывает равное число атомов каждого элемента в обеих частях.
Ответ: ZnO — амфотерный оксид; реакции: ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O и ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O.
Ошибка: считать оксидом любое вещество, в формуле которого есть кислород. Так рассуждают, потому что кислород часто входит в состав сложных веществ. Проверьте число элементов: в оксиде их ровно два, включая кислород.
Ошибка: ставить индекс в формуле, не учитывая степени окисления. Это приводит к формуле, которая не соответствует нейтральному соединению. Проверьте, что сумма степеней окисления с учётом индексов равна нулю.
Ошибка: утверждать, что каждый основной оксид реагирует с водой. Такое ожидание возникает из примеров вроде реакции CaO с водой, но это свойство не универсально. Перед записью реакции уточните, известно ли взаимодействие именно этого оксида с водой.
Ошибка: путать кислотный оксид с амфотерным. Оба могут реагировать с основаниями, поэтому одной такой реакции для различения недостаточно. Проверьте реакцию с кислотой: амфотерный оксид взаимодействует и с ней, тогда как кислотный оксид характеризуется кислотными свойствами.
Для изучения оксидов нужны понятия химического элемента, простого и сложного вещества, химической формулы и степени окисления. Они помогают распознать состав вещества и правильно поставить индексы в формуле. Без умения читать формулы трудно отличить оксид от кислоты или соли.
Оксиды связаны с основаниями и кислотами: некоторые из них образуют эти вещества при реакции с водой, а многие реагируют с кислотами или щёлочами. Позже эти знания помогут изучать соли и составлять уравнения химических реакций. Представление о типе оксида позволяет заранее предположить, какие вещества могут вступить с ним в реакцию.
Как определить, является ли вещество оксидом?
Проверь, состоит ли формула ровно из двух химических элементов, один из которых — кислород. Например, CO₂ — оксид, а H₂SO₄ не оксид: в нём три элемента.
Почему в большинстве оксидов степень окисления кислорода равна −2?
Атом кислорода обычно присоединяет или условно притягивает электроны, поэтому его степень окисления принимают равной −2. Существуют исключения, например пероксиды, поэтому речь идёт именно о большинстве оксидов.
Как отличить основной оксид от кислотного?
Основному оксиду соответствует основание, а кислотному — кислота. Это не безошибочное правило по одной лишь формуле: учитывают также свойства и реакции вещества.
Всегда ли оксид реагирует с водой?
Нет. Некоторые основные оксиды при взаимодействии с водой образуют основания, а некоторые кислотные — кислоты. Многие оксиды с водой не реагируют.
Почему оксид цинка называют амфотерным?
Он проявляет свойства и основного, и кислотного оксида. Поэтому ZnO реагирует как с кислотами, так и со щелочами.
§ 35. Общая характеристика оксидов
