§ 28. Кислотные оксиды

Определения и обозначения

Кислотный оксид — оксид, которому соответствует кислота. Обычно в его составе есть атомы неметалла и кислорода: например, CO₂ соответствует угольной кислоте H₂CO₃. Это определение помогает предсказать, какие вещества могут образоваться при реакциях оксида, и отличить его от основного оксида.

Соответствующая кислота — кислота, которую можно получить при взаимодействии кислотного оксида с водой, если такая реакция протекает. Например, при соединении SO₃ с водой образуется H₂SO₄, а CO₂ с водой даёт H₂CO₃. Такая связь помогает устанавливать формулы продуктов, хотя некоторые кислотные оксиды с водой не реагируют.

Кислотный остаток — часть молекулы кислоты без атомов водорода. В H₂SO₄ это SO₄, а в H₃PO₄ — PO₄; при образовании соли водород кислоты заменяется атомами металла. Состав остатка связан с кислотным оксидом через один и тот же неметалл и кислород, поэтому по кислоте можно определить состав соли.

Как это устроено

Большинство кислотных оксидов образуется при соединении неметаллов с кислородом, например при горении углерода или серы. Неметалл в соединениях с кислородом часто образует кислоту, если к оксиду присоединить воду; этим объясняется кислотный характер многих таких оксидов. Но правило не универсально: среди оксидов неметаллов есть вещества, которые кислотных свойств не проявляют.

Для многих кислотных оксидов можно записать соответствующую кислоту, мысленно добавив к составу оксида водород и кислород в составе групп OH. Например, CO₂ связан с H₂CO₃: углерод остаётся в кислоте, а к нему добавляются водород и кислород. Аналогично SO₃ соответствует H₂SO₄, а P₂O₅ — H₃PO₄; при записи формулы нужно учитывать число атомов каждого элемента, а не просто механически менять символы.

Многие кислотные оксиды взаимодействуют с водой и образуют кислоты, потому что вода присоединяется к оксиду и даёт соединение водорода с кислотным остатком. Например, SO₂ + H₂O → H₂SO₃, а P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄. Однако некоторые кислотные оксиды, например SiO₂, с водой не реагируют; отсутствие этой реакции не означает, что оксид лишён кислотных свойств.

При взаимодействии кислотного и основного оксидов образуется соль. Основный оксид предоставляет металл, а кислотный — неметалл и кислород, поэтому состав соли можно установить по кислоте, соответствующей кислотному оксиду. Например, SO₃ соответствует H₂SO₄ с остатком SO₄, поэтому с CaO образуется CaSO₄: SO₃ + CaO → CaSO₄.

При реакции кислотного оксида с основанием образуются соль и вода. Сначала определяют кислоту, связанную с оксидом, затем по её кислотному остатку составляют формулу соли с металлом основания. Например, SO₃ соответствует H₂SO₄, а NaOH содержит натрий, поэтому получаются Na₂SO₄ и H₂O; уравнение будет SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O.

Свойства кислотных оксидов и примеры реакций

Сначала найдите в таблице кислоту, соответствующую данному оксиду: она подскажет состав кислотного остатка и соли. Затем выберите реакцию с водой, основным оксидом или основанием; для некоторых оксидов реакция с водой не идёт. В конце проверьте, что число атомов каждого элемента одинаково слева и справа.

Разбор задач

1. Определите, какие из оксидов CO₂, CaO, SO₃, Fe₂O₃ являются кислотными.

1. Выпишите элементы, соединённые с кислородом: в CO₂ находится углерод, в CaO и Fe₂O₃ — металлы кальций и железо, в SO₃ — сера. Это помогает предположить характер оксидов, потому что кислотные свойства чаще встречаются у оксидов неметаллов.

2. Проверьте предположение по соответствующим веществам: CO₂ связан с H₂CO₃, а SO₃ — с H₂SO₄. Значит, эти два оксида кислотные. CaO и Fe₂O₃ — оксиды металлов, для них характерны основные свойства.

Ответ: кислотные оксиды — CO₂ и SO₃.

2. Составьте уравнения реакций SO₃ с водой и CaO.

1. Определите кислоту, соответствующую SO₃: это H₂SO₄. При реакции с водой она и будет продуктом, поэтому сначала запишите SO₃ + H₂O → H₂SO₄.

2. Проверьте число атомов: слева и справа по одному атому серы и четыре атома кислорода, а водорода — по два. Коэффициенты не нужны.

3. CaO — основной оксид, поэтому вместе с кислотным оксидом он образует соль. У H₂SO₄ кислотный остаток SO₄, а кальций имеет заряд 2+, следовательно, формула соли — CaSO₄.

4. Запишите и проверьте уравнение SO₃ + CaO → CaSO₄. Число атомов серы, кальция и кислорода с обеих сторон совпадает.

Ответ: SO₃ + H₂O → H₂SO₄; SO₃ + CaO → CaSO₄.

3. Составьте уравнение реакции P₂O₅ с раствором NaOH и определите формулы продуктов.

1. Найдите кислоту, соответствующую оксиду: P₂O₅ связан с H₃PO₄. Её кислотный остаток — PO₄, а в NaOH металл — натрий, поэтому соль имеет формулу Na₃PO₄.

2. При взаимодействии кислотного оксида со щёлочью образуются соль и вода. Запишите схему P₂O₅ + NaOH → Na₃PO₄ + H₂O; формулы продуктов теперь определены, но уравнение ещё не уравнено.

3. Поставьте коэффициент 2 перед Na₃PO₄, чтобы сохранить два атома фосфора. Тогда справа окажется шесть атомов натрия, поэтому перед NaOH поставьте 6.

4. Слева теперь 11 атомов кислорода: пять в P₂O₅ и шесть в NaOH. В двух молекулах Na₃PO₄ их восемь, значит, ещё три кислорода должны прийти с тремя молекулами воды; водород также уравнивается.

Ответ: P₂O₅ + 6NaOH → 2Na₃PO₄ + 3H₂O.

Типичные ошибки

• Считать кислотным любой оксид неметалла — ошибка: происхождение элемента само по себе не доказывает кислотные свойства. Такое обобщение возникает из-за того, что многие знакомые оксиды неметаллов действительно соответствуют кислотам. Проверяйте, образует ли оксид кислоту или соль в характерных реакциях.

• Утверждать, что каждый кислотный оксид реагирует с водой, неверно: SiO₂ с водой не взаимодействует. Путаница появляется, когда примеры легко реагирующих оксидов принимают за общее правило. Проверяйте конкретное свойство вещества и помните, что отсутствие реакции с водой не исключает реакций с основаниями.

• Путать реакции кислотных оксидов с основными и кислотными оксидами — значит ожидать соль там, где нет нужного партнёра. Соль образуется при реакции кислотного оксида с основным оксидом, а не просто с другим кислотным оксидом. Перед записью продукта определите характер обоих оксидов.

• Записывать реакцию с основанием без воды или неверно составлять соль — значит упускать тип продуктов либо состав кислотного остатка. Это часто происходит, если формулу соли угадывают, не обращаясь к соответствующей кислоте. Составьте остаток по кислоте, соедините его с металлом основания, добавьте воду и затем проверьте баланс атомов.

Связь с другими темами

Для изучения кислотных оксидов нужно знать, что такое оксид, кислота, основание и соль, а также уметь составлять формулы веществ. Эти понятия помогают распознать исходные вещества и предсказать продукты реакций. Позже свойства кислотных оксидов пригодятся при изучении классификации оксидов, способов получения кислот и солей. Те же правила используют, когда составляют и уравнивают реакции между классами неорганических веществ.

Что запомнить

• Кислотные оксиды — оксиды, которым соответствуют кислоты.
• Многие кислотные оксиды образуются при соединении неметаллов с кислородом.
• Многие кислотные оксиды с водой образуют кислоты, но не все.
• Кислотный оксид с основным оксидом образует соль.
• При реакции кислотного оксида с основанием образуются соль и вода.
• Состав соли можно установить по кислоте, соответствующей кислотному оксиду.