"Химия", Габриелян О.С.
Оксиды — сложные вещества из двух элементов, один из которых кислород. По составу и химическим свойствам их делят на основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие. Эта классификация помогает предсказать, с чем оксид вступит в реакцию и какие вещества образуются. Например, основные оксиды часто реагируют с кислотами, а кислотные — с основаниями. Умение распознавать тип оксида нужно для составления формул, уравнений реакций и цепочек превращений веществ.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород. Их общая формула — ЭₓОᵧ, где Э обозначает другой элемент, а индексы показывают число атомов. В названии сначала говорят «оксид», затем называют элемент; если у него несколько степеней окисления, её указывают римской цифрой: Fe₂O₃ — оксид железа(III). Это определение помогает отличать оксиды от других бинарных соединений.
Основные оксиды — солеобразующие оксиды металлов, которым соответствуют основания. Например, Na₂O и CaO связаны соответственно с основаниями NaOH и Ca(OH)₂. Некоторые основные оксиды при соединении с водой образуют эти основания, а при реакции с кислотами дают соль и воду. Понятие помогает предсказать характерную реакцию оксида.
Кислотные оксиды — солеобразующие оксиды, которым соответствуют кислоты. К типичным примерам относятся CO₂, SO₂ и SO₃: им соответствуют угольная, сернистая и серная кислоты. Многие такие оксиды реагируют с основаниями, образуя соль и воду. Это позволяет связать состав оксида с возможными продуктами реакции.
Амфотерные оксиды проявляют и основные, и кислотные свойства в разных реакциях. Примеры — Al₂O₃ и ZnO: каждый из них реагирует и с кислотами, и со щёлочами. Поэтому нельзя отнести такие вещества только к основным или только к кислотным. Термин помогает объяснить, почему один оксид взаимодействует с двумя противоположными типами веществ.
Чтобы распознать оксид, сначала проверьте состав: в веществе должны быть ровно два химических элемента, один из них — кислород. Затем проверьте степени окисления: в обычных оксидах кислород имеет степень окисления −2, а суммарный заряд формулы равен нулю. Например, у натрия степень окисления +1, поэтому для уравнивания двух атомов натрия нужен один атом кислорода: Na₂O. При составлении названия указывают элемент и, если требуется, его степень окисления.
Оксиды делят на солеобразующие и несолеобразующие, потому что одни участвуют в типичных реакциях образования солей, а другие таких свойств не проявляют. Солеобразующие оксиды различают по тому, каким веществам они соответствуют и как реагируют: основным оксидам соответствуют основания, кислотным — кислоты. Амфотерные оксиды занимают особое положение, так как проявляют оба типа свойств. Например, CO — несолеобразующий оксид, а Al₂O₃ — амфотерный, хотя алюминий является металлом.
Основный оксид реагирует с кислотой, потому что их свойства взаимно дополняются: в продуктах образуются соль и вода. Например, в реакции CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O кальций соединяется с хлором, а водород и кислород образуют воду. Кислотный оксид реагирует с основанием по похожей причине: получается соль и вода, как в уравнении SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O. Чтобы не ошибиться, сначала определите соль по элементам реагентов, затем проверьте число атомов и расставьте коэффициенты.
С водой некоторые основные оксиды образуют основания, а некоторые кислотные — кислоты. Так, CaO + H₂O → Ca(OH)₂, а SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Однако такая реакция возможна не для каждого оксида: многие вещества с водой не реагируют или реагируют иначе, поэтому нельзя делать вывод о типе оксида лишь по предположению. Проверяйте, известно ли для данного вещества образование кислоты или основания при соединении с водой.
Амфотерный оксид вступает в реакции и с кислотами, и со щёлочами, потому что в разных условиях проявляет разные стороны химического поведения. С кислотой он ведёт себя как основной оксид, а со щёлочью — как кислотный. Несолеобразующие оксиды, например CO, не дают характерных реакций образования солей с кислотами и основаниями. Следовательно, тип оксида определяют не только по формуле, но и по химическим свойствам.
| Вид оксида | Типичные примеры | Взаимодействие с водой | Взаимодействие с кислотами | Взаимодействие с основаниями |
|---|---|---|---|---|
| Основные оксиды | Na₂O, CaO | Некоторые образуют основания, например CaO + H₂O → Ca(OH)₂ | Обычно образуют соль и воду | Обычно не реагируют |
| Кислотные оксиды | CO₂, SO₃ | Некоторые образуют кислоты, например SO₃ + H₂O → H₂SO₄ | Обычно не реагируют | Обычно образуют соль и воду |
| Амфотерные оксиды | Al₂O₃, ZnO | Обычно не реагируют | Реагируют, образуя соль и воду | Реагируют со щёлочами |
| Несолеобразующие оксиды | CO, NO | Не образуют соответствующих кислот или оснований | Не проявляют типичных кислотно-основных свойств | Не проявляют типичных кислотно-основных свойств |
Сначала найдите строку с нужным видом оксида, затем используйте её как подсказку для возможной реакции. Слова «обычно» и «некоторые» напоминают, что таблица показывает общие закономерности, а не обещает реакцию в каждом случае. Продукты всегда сверяйте с формулами веществ и уравнивайте.
Проверьте, что каждое вещество содержит два элемента, один из которых кислород: все четыре формулы — оксиды.
Na₂O — оксид металла, которому соответствует основание NaOH, поэтому это основной оксид. CO₂ соответствует угольной кислоте и проявляет кислотные свойства, значит, он кислотный.
Al₂O₃ реагирует и с кислотами, и со щёлочами, поэтому он амфотерный. CO не проявляет типичных кислотно-основных свойств и относится к несолеобразующим оксидам.
Ответ: Na₂O — основной; CO₂ — кислотный; Al₂O₃ — амфотерный; CO — несолеобразующий оксид.
CaO — основной оксид. С водой он образует основание: CaO + H₂O → Ca(OH)₂; число атомов каждого элемента уже совпадает.
Составьте соль из кальция и хлора, затем добавьте воду: CaO + HCl → CaCl₂ + H₂O. В CaCl₂ два атома хлора, поэтому перед HCl ставим коэффициент 2: CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O.
SO₃ — кислотный оксид, поэтому при реакции с водой получается соответствующая кислота: SO₃ + H₂O → H₂SO₄.
С NaOH кислотный оксид образует соль Na₂SO₄ и воду. Для двух атомов натрия ставим коэффициент 2 перед щёлочью: SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O.
Ответ: CaO + H₂O → Ca(OH)₂; CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O; SO₃ + H₂O → H₂SO₄; SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O.
С кислотой оксид алюминия образует соль AlCl₃ и воду: Al₂O₃ + HCl → AlCl₃ + H₂O. Балансируем алюминий и хлор, затем водород и кислород: Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O.
Со щёлочью при нагревании образуется алюминат натрия и вода: Al₂O₃ + NaOH → NaAlO₂ + H₂O. Уравниваем натрий и алюминий: Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O.
Сравните реагенты: в первом уравнении Al₂O₃ взаимодействует с кислотой, во втором — со щёлочью. Значит, оксид проявляет и основные, и кислотные свойства.
Ответ: Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O; Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O. Обе реакции вместе подтверждают амфотерность.
Ошибка — считать все оксиды металлов основными. Это кажется логичным, потому что многие металлы образуют основные оксиды, но Al₂O₃ и ZnO амфотерны, а некоторые оксиды не проявляют типичных свойств. Проверяйте, реагирует ли вещество и с кислотой, и со щёлочью. Один признак «содержит металл» недостаточен.
Не называйте любой оксид, реагирующий с водой, кислотным или основным без проверки продукта. Реакция с водой не является обязательной для всех оксидов, а вывод о типе зависит от того, образовалась кислота или основание. Запишите формулу продукта и установите, к какому классу он относится. Если реакции нет, это само по себе ещё не доказывает, что оксид несолеобразующий.
При записи реакции легко пропустить коэффициенты или неверно определить соль. Например, для CaO и HCl нужна формула CaCl₂, а значит, в уравнении должно быть два атома хлора. Составьте продукты по элементам, а затем сравните число атомов слева и справа. Индексы в формулах менять нельзя — для уравнивания используют коэффициенты.
Амфотерность не означает отсутствие свойств или нежелание вступать в реакции. Такой оксид реагирует с кислотами и щёлочами, но по-разному проявляет себя в этих случаях. Проверяйте обе реакции: с кислотой он ведёт себя как основной оксид, со щёлочью — как кислотный. Если учтена только одна сторона, классификация неполна.
Для изучения оксидов нужны знания о сложных веществах, валентности, степенях окисления и составлении формул. Также важно уметь расставлять коэффициенты, чтобы уравнивать реакции и проверять сохранение числа атомов. Классификация оксидов помогает перейти к свойствам оснований, кислот и солей, а затем — к генетическим рядам и цепочкам превращений. Эти закономерности применяют при объяснении природных процессов, промышленного получения веществ и реакций нейтрализации.
Почему оксид углерода(II) не относят к кислотным оксидам?
Кислотные оксиды обычно образуют кислоты при взаимодействии с водой и реагируют с основаниями с образованием соли. CO не проявляет таких типичных свойств, поэтому его относят к несолеобразующим оксидам.
Как быстро отличить основной оксид от кислотного?
Основные оксиды обычно являются оксидами металлов и реагируют с кислотами, образуя соль и воду. Кислотные оксиды чаще образованы неметаллами и реагируют с основаниями. Это удобные признаки, но для некоторых элементов нужно учитывать исключения.
Все ли оксиды металлов являются основными?
Нет. Некоторые оксиды металлов амфотерны, например Al₂O₃ и ZnO, а некоторые не проявляют типичных кислотно-основных свойств. Поэтому принадлежность к металлам сама по себе не даёт окончательного ответа.
Почему Al2O3 называют амфотерным?
Оксид алюминия реагирует и с кислотами, и со щелочами. В реакции с кислотой он проявляет основные свойства, а в реакции со щёлочью — кислотные. Такое сочетание свойств называют амфотерностью.
Как определить продукты реакции оксида с кислотой или щёлочью?
Основной оксид с кислотой обычно образует соль и воду, а кислотный оксид со щёлочью — тоже соль и воду. Для амфотерного оксида результат зависит от реагента: с кислотой образуется соль и вода, со щёлочью — соединение алюминия или другого металла с щелочным металлом и вода. Затем проверьте формулы продуктов и уравняйте реакцию.
§ 41. Оксиды, их классификация и свойства
