§ 31. Основные оксиды

Определения и обозначения

Основный оксид — это оксид, которому соответствует основание. Большинство таких оксидов образовано металлами, например CaO и CuO. Это определение помогает связать два класса веществ: по свойствам оксида можно предсказать, какие реакции для него характерны. Однако принадлежность элемента к металлам сама по себе ещё не доказывает, что его оксид основной.

Основание — сложное вещество, состоящее из атома металла и одной или нескольких гидроксогрупп OH. Например, формула гидроксида кальция — Ca(OH)₂: атом кальция связан с двумя группами OH. Это понятие нужно, чтобы не путать основание с оксидом: у основания есть гидроксогруппы, а у оксида — кислород, но нет группы OH.

Основный характер оксида проявляется в его взаимодействии с кислотами и кислотными оксидами. В первом случае обычно получаются соль и вода, во втором — соль. По таким превращениям можно отличать основные оксиды от веществ с другим характером свойств и составлять уравнения реакций.

Как это устроено

Чтобы предположить, относится ли оксид к основным, сначала определяют, какой элемент соединён с кислородом. Оксиды металлов часто бывают основными, поскольку им соответствуют основания, но это только первый ориентир. Некоторые оксиды металлов амфотерны: они проявляют свойства и основных, и кислотных оксидов. Поэтому нельзя делать окончательный вывод только по наличию металла в формуле — нужно помнить об исключениях и учитывать свойства конкретного вещества.

Взаимодействие с водой зависит от природы оксида. Например, CaO присоединяет воду, потому что при этом образуется устойчивое основание Ca(OH)₂: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. А CuO с водой в обычных условиях не реагирует, поэтому соответствующий гидроксид таким способом не получить. Значит, формула основного оксида не означает автоматически, что он будет реагировать с водой.

При реакции основного оксида с кислотой образуются соль и вода: атомы металла входят в состав соли, а частицы кислоты участвуют в образовании воды. Для CuO и HCl сначала записываем продукты CuCl₂ и H₂O, затем проверяем количество атомов. В соли два атома хлора, поэтому перед HCl ставим коэффициент 2: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Теперь число атомов каждого элемента слева и справа совпадает.

Основный оксид может взаимодействовать и с кислотным оксидом, образуя соль. Например, при соединении CaO с CO₂ получается карбонат кальция: CaO + CO₂ → CaCO₃. Здесь не образуется вода, потому что в исходных веществах нет водорода. Такие реакции показывают, что соли можно получать не только при взаимодействии кислоты с основанием или оксидом.

Если основной оксид реагирует с водой и образуется растворимое основание, это основание называют щёлочью. Так, CaO при добавлении воды превращается в гидроксид кальция; сам CaO называют негашёной известью, а полученное вещество связывают с гашёной известью. Реакцию записывают так: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Не всякое основание растворимо в воде, поэтому понятие «щёлочь» уже, чем понятие «основание».

Характерные свойства основных оксидов

Пользуйся таблицей как подсказкой: сначала определи, с каким веществом реагирует оксид, затем выбери подходящую схему. Для реакции с водой отдельно проверь, способен ли данный оксид присоединять воду. После записи уравнения проверь формулы продуктов и равенство числа атомов слева и справа.

Разбор задач

1. Формула оксида кальция и реакция с водой

Условие. Составьте формулу основного оксида кальция и запишите его реакцию с водой. Сначала нужно выяснить соотношение атомов кальция и кислорода. Затем проверить, получается ли при добавлении воды соответствующее основание.

1. Кальций имеет валентность II, кислород — II. Значит, атомы соединяются в отношении 1:1, формула оксида — CaO.
2. Кальций образует основание Ca(OH)₂, поэтому при реакции оксида с водой записываем этот продукт. Число атомов каждого элемента уже совпадает в уравнении CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Ответ. Формула оксида кальция — CaO. Уравнение реакции: CaO + H₂O → Ca(OH)₂; образуется гидроксид кальция.

2. Реакция оксида меди(II) с соляной кислотой

Условие. Запишите уравнение реакции CuO с HCl и расставьте коэффициенты. Используем правило: основной оксид с кислотой образует соль и воду. Важно правильно определить состав соли, а затем уравнять количество атомов.

1. В CuO находится медь(II), а соляная кислота даёт хлорид-ионы. Поэтому формула соли — CuCl₂; второй продукт — вода.
2. Записываем заготовку: CuO + HCl → CuCl₂ + H₂O. Справа два атома хлора, поэтому ставим 2 перед HCl.
3. Проверяем остальные элементы: слева два атома водорода и один кислорода, справа столько же. Медь также представлена одним атомом с каждой стороны.

Ответ. CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Продукты реакции — хлорид меди(II) и вода.

3. Возможные реакции CaO

Условие. Запишите реакции оксида кальция с водой, азотной кислотой и углекислым газом, назовите продукты. Здесь встречаются сразу три типа взаимодействия. Для каждого вещества-партнёра выбираем свою схему, а затем проверяем баланс атомов.

1. С водой образуется основание: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Продукт — гидроксид кальция.
2. С азотной кислотой получаются соль и вода. Формула нитрата кальция — Ca(NO₃)₂, поэтому уравнение: CaO + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O. Продукты — нитрат кальция и вода.
3. CO₂ — кислотный оксид, поэтому с CaO образует соль: CaO + CO₂ → CaCO₃. Продукт — карбонат кальция.

Ответ. CaO + H₂O → Ca(OH)₂; CaO + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O; CaO + CO₂ → CaCO₃. Во всех трёх уравнениях число атомов каждого элемента слева и справа одинаково.

Типичные ошибки

Ошибка — считать основным любой оксид металла. Так рассуждают, потому что многие основные оксиды действительно содержат металл, но среди них есть амфотерные и другие исключения. Проверяй не только состав, но и свойства конкретного оксида; один признак «есть металл» недостаточен.

Неверно полагать, что каждый основной оксид реагирует с водой. Это обобщение возникает из знакомого примера CaO, однако CuO с водой не взаимодействует. Перед записью реакции проверяй, характерно ли такое превращение для данного вещества, и не составляй формулу основания только по аналогии.

При реакции с кислотой иногда записывают только соль, забывая о воде. Причина — внимание сосредоточено на образовании соли, хотя общая схема включает оба продукта. Проверь уравнение по правилу «основный оксид + кислота → соль + вода» и убедись, что водород и кислород распределены между веществами.

Ещё одна ошибка — путать основной оксид с основанием. Их считают почти одинаковыми из-за связи между этими классами, но формулы показывают различие: в оксиде нет группы OH, а в основании она есть. Проверь запись: CaO — оксид, Ca(OH)₂ — основание; скобки показывают две гидроксогруппы.

Связь с другими темами

Для изучения основных оксидов нужно знать признаки оксидов, оснований, кислот и солей, а также уметь составлять формулы по валентности. Эти знания позволяют предсказывать продукты и уравнивать реакции, а не просто запоминать готовые записи. Тема пригодится при изучении химических свойств кислот и оснований и при рассмотрении генетических связей между классами неорганических веществ. Такие связи показывают, как одно вещество можно превратить в другое с помощью последовательности реакций.

Что запомнить

• Основный оксид — оксид, которому соответствует основание.
• Большинство основных оксидов — оксиды металлов, но не каждый оксид металла является основным.
• Некоторые основные оксиды реагируют с водой с образованием оснований.
• Основный оксид с кислотой образует соль и воду.
• Основный оксид с кислотным оксидом может образовать соль.
• CaO при реакции с водой образует Ca(OH)₂.