"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Оксиды — соединения кислорода с другим химическим элементом. Они встречаются в природе и участвуют во многих химических превращениях: например, при горении металлов и взаимодействии веществ с кислотами или основаниями. По свойствам оксиды делят на основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие. Чтобы составить формулу оксида, учитывают степень окисления кислорода, а чтобы предсказать его реакции — определяют тип соединения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксид — бинарное соединение, состоящее из двух химических элементов, один из которых кислород со степенью окисления −2. Это отличает оксиды, например, от кислот и оснований, где присутствуют ещё другие элементы или группы атомов. Важно проверить, что в формуле именно два элемента: CO₂ — оксид, а H₂CO₃ — кислота.
Основный оксид — оксид, которому соответствует основание, например CaO и Ca(OH)₂. Основные оксиды обычно реагируют с кислотами, образуя соль и воду; некоторые из них взаимодействуют также с водой. Это понятие помогает предсказать, с каким веществом оксид вступит в реакцию.
Кислотный оксид — оксид, которому соответствует кислота, например SO₃ и H₂SO₄. Для него характерна реакция с основаниями, в результате которой обычно образуются соль и вода. Некоторые кислотные оксиды реагируют и с водой, но это свойство нельзя считать обязательным.
Амфотерный оксид проявляет свойства и основного, и кислотного оксидов. К таким соединениям относятся Al₂O₃ и ZnO: они взаимодействуют и с кислотами, и со щелочами. Поэтому одного названия элемента недостаточно, чтобы понять свойства оксида.
При составлении формулы оксида нужно уравнять суммарные степени окисления: формульная единица вещества в целом нейтральна. В большинстве оксидов кислород имеет степень окисления −2, поэтому число его атомов должно компенсировать положительную степень окисления второго элемента. Например, при степени окисления элемента +3 два его атома дают +6, а три атома кислорода — −6, поэтому получается формула Э₂О₃. Если индексы можно сократить, их обязательно сокращают до наименьших целых чисел.
Название оксида строят из названия слова «оксид» и названия второго элемента: CaO — оксид кальция, CO₂ — оксид углерода. Если элемент имеет несколько возможных степеней окисления, её указывают римской цифрой в скобках: FeO — оксид железа(II), Fe₂O₃ — оксид железа(III). Такая запись устраняет неоднозначность и позволяет соотнести название с формулой.
Оксиды делят на основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие по их химическим свойствам, а не только по тому, металл или неметалл входит в состав. Многие оксиды металлов основные, а многие оксиды неметаллов кислотные, но Al₂O₃ и ZnO — амфотерные оксиды металлов. CO и NO относятся к несолеобразующим оксидам: они не проявляют характерных свойств основных или кислотных оксидов. Поэтому тип вещества надёжнее устанавливать по характерным реакциям, а не по одному признаку состава.
Основный оксид и кислота обладают противоположными свойствами, поэтому при их взаимодействии образуются соль и вода. Например, CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O: атомы и группы перераспределяются, а продукты относятся к другим классам веществ. По похожей причине кислотный оксид реагирует с основанием: SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O. Эти реакции помогают подтвердить тип оксида и заранее определить продукты.
Оксиды получают, например, соединяя элемент с кислородом: 2Mg + O₂ → 2MgO. Это реакция соединения, потому что из нескольких веществ получается одно. Другой способ — разложение некоторых сложных веществ при нагревании: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O. Реакцию считают разложением, если из одного исходного вещества образуются два или несколько продуктов.
| Тип оксида | Примеры | Соответствующее соединение | Характерные реакции |
|---|---|---|---|
| Основный | CaO, CuO | Основание, например Ca(OH)₂ | С кислотой образует соль и воду; некоторые реагируют с водой |
| Кислотный | SO₃, CO₂ | Кислота, например H₂SO₄ | С основанием образует соль и воду; некоторые реагируют с водой |
| Амфотерный | Al₂O₃, ZnO | Соответствующее основание и кислота | Реагирует и с кислотами, и со щелочами |
| Несолеобразующий | CO, NO | Не образует соответствующую кислоту или основание | Не проявляет обычных свойств основных и кислотных оксидов |
Пользуйся таблицей как подсказкой: сначала определи возможный тип оксида, затем сверь его с характерной реакцией. Указание на соединение, которому соответствует оксид, помогает связать оксиды с основаниями и кислотами. Отсутствие реакции с водой само по себе не доказывает, что оксид несолеобразующий.
Задача 1. Составьте формулу оксида элемента со степенью окисления +3 и назовите полученное соединение. Неизвестный элемент обозначим Э, поскольку в условии не дано его название. Нужно подобрать наименьшие индексы так, чтобы положительный и отрицательный вклады взаимно компенсировались.
Ответ: Э₂О₃; например, для Al со степенью окисления +3 это Al₂O₃ — оксид алюминия.
Задача 2. Классифицируйте CaO, SO₃ и Al₂O₃ и запишите реакцию, подтверждающую тип каждого оксида. Чтобы подтвердить класс, выбираем характерный реагент: кислоту для основного оксида, основание для кислотного, а для амфотерного — кислоту или щёлочь. В уравнениях проверяем состав веществ и расставляем коэффициенты.
Ответ: CaO — основный, SO₃ — кислотный, Al₂O₃ — амфотерный. Для Al₂O₃ можно также записать реакцию со щёлочью, чтобы показать его кислотные свойства.
Задача 3. Составьте уравнения превращений Mg → MgO → MgCl₂ и укажите тип каждой реакции. Вначале магний должен соединиться с кислородом, а затем оксид магния — вступить в реакцию с кислотой. Такой выбор связан с тем, что MgO — основный оксид.
Ответ: 2Mg + O₂ → 2MgO — реакция соединения; MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O — реакция обмена, сопровождаемая образованием воды.
Ошибка — считать любой оксид металла основным, а любой оксид неметалла кислотным. Такое правило кажется удобным, потому что часто работает, но Al₂O₃ и ZnO — амфотерные оксиды металлов, а CO и NO — несолеобразующие оксиды неметаллов. Проверяй себя по характерным реакциям, а не только по положению элемента в периодической таблице.
При составлении формулы иногда забывают, что кислород обычно имеет степень окисления −2, или оставляют индексы, которые можно сократить. Тогда заряд формульной единицы не равен нулю либо формула записана не в простейшем виде. Сложи вклады всех атомов и проверь, что результат равен нулю, затем сократи индексы, если возможно.
Индекс и степень окисления — не одно и то же: индекс показывает число атомов элемента, а степень окисления характеризует условный заряд атома в соединении. Их путают, потому что оба обозначения связаны с числом и обычно записываются рядом с символом. Проверь запись: индекс стоит внизу справа, а степень окисления указывают над символом или пишут в названии римской цифрой.
Не следует записывать реакцию оксида с водой как обязательную. Реакция возможна только для некоторых основных и кислотных оксидов, поэтому её нельзя выводить из одного названия класса. Перед записью проверь, характерно ли взаимодействие конкретного оксида с водой, и не подменяй его реакцией с кислотой или основанием.
Для составления формул оксидов нужно уметь читать химические формулы, использовать валентность и степени окисления. При записи реакций пригодится навык расстановки коэффициентов, который обеспечивает равное число атомов каждого элемента слева и справа. Если эти приёмы вызывают затруднения, повтори их перед решением задач на оксиды.
Классификация оксидов связана с изучением оснований, кислот и солей: оксиды реагируют с представителями этих классов и могут давать соли. Такие превращения показывают генетические связи между классами неорганических веществ. Знание свойств оксидов помогает предсказать возможные продукты реакции и составить уравнение химического превращения.
Как понять, что вещество относится к оксидам?
Оксид состоит ровно из двух химических элементов, и один из них — кислород. Например, CaO и SO₃ — оксиды, а H₂SO₄ не оксид: в его составе три элемента.
Почему в формуле оксида кислород обычно имеет степень окисления −2?
В большинстве соединений атом кислорода присоединяет или условно оттягивает электроны, поэтому его степень окисления равна −2. Есть исключения, например пероксиды, но в школьных формулах оксидов обычно используют −2.
Как отличить основной оксид от кислотного?
Основный оксид обычно реагирует с кислотой, а кислотный — с основанием; в обеих реакциях часто образуются соль и вода. Некоторые оксиды реагируют с водой: основным соответствуют основания, кислотным — кислоты.
Почему Al₂O₃ называют амфотерным оксидом?
Al₂O₃ проявляет свойства и основного, и кислотного оксида. Он реагирует и с кислотами, и со щелочами, образуя соли; это двойное поведение и называют амфотерностью.
Все ли оксиды реагируют с водой?
Нет. С водой взаимодействуют только некоторые основные и кислотные оксиды, например CaO и SO₃. Для других оксидов такая реакция нехарактерна.
§ 30. Оксиды
