§ 30. Кислотные и основные оксиды

Определения и обозначения

Кислотный оксид — оксид, которому соответствует кислота и который обычно реагирует с основаниями с образованием соли и воды. Например, SO₃ соответствует серной кислоте H₂SO₄. Определение помогает предсказать, с каким классом веществ оксид будет взаимодействовать.

Основной оксид — оксид, которому соответствует основание и который обычно реагирует с кислотами с образованием соли и воды. Например, CaO соответствует гидроксиду кальция Ca(OH)₂. Это понятие позволяет связать оксиды с основаниями и распознавать характерные реакции.

Соответствующая кислота — кислота, образующаяся при взаимодействии кислотного оксида с водой. Так, из SO₃ и воды получается H₂SO₄. Связь нужна, чтобы по оксиду предположить, какая кислота может ему соответствовать, хотя не каждый оксид реагирует с водой.

Соответствующее основание — основание, образующееся при взаимодействии основного оксида с водой. Например, CaO при реакции с водой даёт Ca(OH)₂. По этому соответствию можно понять, какое основание связано с данным оксидом, не предполагая, что реакция с водой возможна для всех основных оксидов.

Как это устроено

При первом предположении учитывают, металл или неметалл входит в состав оксида: неметаллические элементы чаще образуют кислотные оксиды, а металлы — основные. Это связано с тем, что многие неметаллические оксиды проявляют свойства, похожие на свойства кислот, а металлические — на свойства оснований. Но встречаются исключения: некоторые оксиды металлов бывают амфотерными или кислотными. Поэтому состав подсказывает вероятный тип, а проверяют его по химическим свойствам.

Связь оксидов с кислотами и основаниями особенно заметна в реакциях с водой. Если кислотный оксид способен растворяться и взаимодействовать с водой, продуктом часто становится соответствующая кислота, например SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Некоторые основные оксиды, например оксид кальция, дают основания: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Такая связь объясняет названия типов оксидов, но не означает, что любой из них обязательно вступит в реакцию с водой.

Кислотные оксиды реагируют с основаниями, потому что кислотные свойства одного вещества сочетаются с основными свойствами другого. В результате обычно образуются соль и вода: например, CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. Кислотные оксиды могут взаимодействовать и с основными оксидами, давая соли; например, CaO + CO₂ → CaCO₃. Эти реакции показывают, что для образования соли вода не всегда обязательна.

Основные оксиды взаимодействуют с кислотами по похожему принципу: основные свойства оксида сочетаются с кислотными свойствами кислоты. Обычно получается соль и вода, как в реакции CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Некоторые основные оксиды реагируют также с кислотными оксидами, образуя соли, например CaO + CO₂ → CaCO₃. Такие общие схемы помогают предсказывать продукты, но конкретное уравнение нужно проверить и уравнять.

Не каждый оксид взаимодействует с водой: реакция зависит от свойств и активности конкретного вещества. Например, CaO реагирует с водой, а CuO — нет, хотя оба являются оксидами металлов. Кроме того, в классификации есть исключения, поэтому одного состава недостаточно для уверенного вывода. Тип оксида определяют по совокупности признаков: соответствию кислоте или основанию и характерным реакциям с другими веществами.

Сравнение кислотных и основных оксидов

Таблица показывает типичные, а не обязательные для каждого вещества свойства: слова «обычно» и «некоторые» обозначают наличие исключений. Сначала сравните предполагаемый тип оксида с его составом, затем проверьте, как он ведёт себя с водой, кислотой или основанием. Если признаки не совпадают, опирайтесь на известные химические свойства конкретного вещества.

Разбор задач

1. Распределите оксиды Na₂O, MgO, SO₃ и P₂O₅ на кислотные и основные.

1. Определяем элементы: натрий и магний — металлы, а сера и фосфор — неметаллы.
2. Используем общую закономерность: оксиды металлов чаще основные, оксиды неметаллов чаще кислотные.
3. Проверяем соответствия: Na₂O и MgO связаны с основаниями, SO₃ — с H₂SO₄, P₂O₅ — с H₃PO₄.

Ответ: основные оксиды — Na₂O и MgO; кислотные — SO₃ и P₂O₅. В реальных задачах закономерность по составу стоит подтверждать химическими свойствами, поскольку существуют исключения.

2. Составьте уравнения реакций CaO и SO₃ с водой.

1. Для CaO предполагаем образование соответствующего основания — Ca(OH)₂.
2. Записываем CaO + H₂O → Ca(OH)₂ и проверяем число атомов каждого элемента: уравнение уже уравнено.
3. Для SO₃ предполагаем образование соответствующей кислоты — H₂SO₄, затем записываем SO₃ + H₂O → H₂SO₄.

Ответ: CaO + H₂O → Ca(OH)₂; SO₃ + H₂O → H₂SO₄. В первом случае образуется основание, во втором — кислота, потому что исходные оксиды относятся к разным типам.

3. Составьте уравнения реакций CuO с HCl и CO₂ с NaOH; назовите продукты реакций.

1. CuO — основной оксид, поэтому записываем его реакцию с кислотой: CuO + HCl → CuCl₂ + H₂O.
2. В соли CuCl₂ два атома хлора, поэтому ставим коэффициент 2 перед HCl: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Проверяем, что атомы Cu, O, H и Cl уравнены.
3. CO₂ — кислотный оксид, поэтому с NaOH образует соль и воду: CO₂ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O.
4. Для двух атомов натрия ставим коэффициент 2 перед NaOH: CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. Проверяем баланс атомов по обе стороны стрелки.

Ответ: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O — образуются хлорид меди(II) и вода. CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O — образуются карбонат натрия и вода.

Типичные ошибки

Ошибка — считать любой оксид металла основным. Так думают из-за распространённой закономерности, но некоторые металлические оксиды амфотерны или обладают кислотными свойствами. Проверьте, реагирует ли вещество с кислотами и основаниями, и уточните свойства конкретного оксида.

Ошибка — называть оксид кислотным или основным только потому, что в нём есть кислород. Кислород входит в состав всех оксидов, поэтому сам по себе не различает их типы. Для самопроверки спросите, с какими веществами оксид реагирует и какой продукт при этом получается.

Ошибка — записывать реакцию любого оксида с водой. Её допускают, перенося на все вещества пример образования кислоты или основания. Сначала выясните, взаимодействует ли данный оксид с водой: например, CaO реагирует, а CuO — нет.

Ошибка — ожидать, что при реакции оксида с кислотой или основанием образуется новая кислота или основание. В типичных реакциях получается соль, нередко вместе с водой. Проверьте уравнение по схеме: основной оксид с кислотой или кислотный оксид с основанием дают соль, а затем убедитесь, что формулы и коэффициенты верны.

Связь с другими темами

Для этой темы пригодятся знания о составе и классификации оксидов, валентности и составлении формул: без них трудно определить формулы веществ и продуктов. Нужно также помнить свойства кислот, оснований и солей, а ещё уметь расставлять коэффициенты в уравнениях. Позже эти знания помогут устанавливать генетическую связь между классами неорганических веществ и составлять цепочки превращений. Тогда реакции оксидов станут частью общей системы превращений веществ.

Что запомнить

• Кислотные оксиды обычно соответствуют кислотам.
• Основные оксиды обычно соответствуют основаниям.
• Кислотные оксиды реагируют с основаниями с образованием солей.
• Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием солей.
• Некоторые кислотные оксиды с водой образуют кислоты, а некоторые основные — основания.
• Тип оксида определяют по его химическим свойствам, а не только по составу.
• У многих оксидов существуют соответствующие кислоты или основания.