"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Кислотные оксиды — вещества, которым соответствуют кислоты и которые реагируют с основаниями и основными оксидами. Многие из них образованы неметаллами: например, CO₂ соответствует угольной кислоте, а SO₃ — серной. Зная свойства кислот, можно предсказать продукты таких реакций и составлять уравнения. Однако не каждый оксид неметалла кислотный: CO и NO относят к нейтральным, а SiO₂, хотя он кислотный, с водой в обычных условиях не взаимодействует.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Кислотный оксид — оксид, который соответствует кислоте и проявляет кислотные свойства в реакциях с основаниями и основными оксидами. Например, CO₂ реагирует со щёлочью с образованием соли и воды. Это определение помогает отличать кислотные оксиды не только по составу, но и по их поведению в реакциях.
Оксид-ангидрид — кислотный оксид, которому соответствует определённая кислота; при взаимодействии с водой он может образовывать эту кислоту. Например, SO₃ и вода дают H₂SO₄. Слово «может» здесь важно: не все кислотные оксиды взаимодействуют с водой при обычных условиях.
Соответствующая кислота — кислота, состав которой связан с составом кислотного оксида и продукта его взаимодействия с водой. Так, оксиду SO₂ соответствует сернистая кислота H₂SO₃. Это понятие помогает предсказывать возможные продукты реакций и связывать формулы оксидов с формулами кислот.
Нейтральный оксид — оксид, который не проявляет типичных кислотных или основных свойств, например CO или NO. Его нельзя считать кислотным только потому, что он образован неметаллом. Различение кислотных и нейтральных оксидов нужно проверять по химическим свойствам.
Многие неметаллы образуют кислотные оксиды, потому что при соединении с кислородом получаются вещества, которым соответствуют кислоты. Например, оксиды углерода и серы связаны с угольной и сернистыми или серной кислотами. Поэтому природа элемента даёт первую подсказку, но не окончательный ответ: свойства конкретного оксида нужно учитывать отдельно. В частности, CO и NO — исключения среди оксидов неметаллов, поскольку они нейтральны.
Если кислотный оксид взаимодействует с водой, продуктом часто становится соответствующая кислота. Формулы продуктов сначала устанавливают по составу вещества, затем уравнивают число атомов: SO₃ + H₂O → H₂SO₄, а для оксида фосфора P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄. Коэффициенты нужны, чтобы атомов каждого элемента слева и справа было поровну. Но наличие кислотного характера не означает, что оксид обязательно растворится или вступит в реакцию с водой: SiO₂ при обычных условиях с ней не реагирует.
Основание содержит гидроксогруппы и металлический элемент, а кислотный оксид способен дать с ним соль и воду. Например, при реакции углекислого газа со щёлочью образуются карбонат натрия и вода: CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. Для SO₂ при избытке щёлочи уравнение такое: SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O. В ходе реакции частицы реагентов перераспределяются, а коэффициенты показывают, в каком соотношении они соединяются.
Основный оксид — оксид металла, которому свойственны основные свойства. Кислотный оксид может соединяться с ним с образованием соли, и вода при этом не выделяется: CO₂ + CaO → CaCO₃. Сходным образом при нагревании SiO₂ реагирует с CaO с образованием CaSiO₃. Так проявляется связь между двумя классами оксидов: их взаимодействие приводит к веществу, относящемуся к солям.
Не все оксиды неметаллов кислотные, потому что принадлежность элемента к неметаллам сама по себе не гарантирует определённых свойств соединения. CO₂ и SO₂ реагируют с основаниями, поэтому их относят к кислотным оксидам; CO и NO не проявляют типичных кислотных или основных свойств и являются нейтральными. Сравнивая вещества, нужно учитывать их реакции, а не делать вывод только по формуле. Такой способ проверки помогает избежать слишком общего правила.
Таблица показывает соответствующие кислоты и характерные реакции. Знак «—» означает, что реакцию с водой обычно не записывают; для SiO₂ в обычных условиях она не идёт. Примеры с основаниями и основными оксидами иллюстрируют образование солей; условия реакции могут влиять на её протекание.
| Оксид | Соответствующая кислота | Реакция с водой | Реакция с основанием | Реакция с основным оксидом |
|---|---|---|---|---|
| CO₂ — углекислый газ | H₂CO₃ — угольная | CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃ | CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O | CO₂ + CaO → CaCO₃ |
| SO₂ — оксид серы(IV) | H₂SO₃ — сернистая | SO₂ + H₂O ⇄ H₂SO₃ | SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O | SO₂ + CaO → CaSO₃ |
| SO₃ — оксид серы(VI) | H₂SO₄ — серная | SO₃ + H₂O → H₂SO₄ | SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O | SO₃ + CaO → CaSO₄ |
| P₂O₅ — оксид фосфора(V) | H₃PO₄ — фосфорная | P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄ | P₂O₅ + 6NaOH → 2Na₃PO₄ + 3H₂O | 3CaO + P₂O₅ → Ca₃(PO₄)₂ |
| SiO₂ — оксид кремния(IV) | H₂SiO₃ — кремниевая | Не реагирует при обычных условиях | SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O | SiO₂ + CaO → CaSiO₃ |
Задача 1. Распределить CO₂, SO₂, CO, MgO и P₂O₅ на кислотные, основные и нейтральные оксиды. Сначала смотрим на природу элемента: углерод, сера и фосфор — неметаллы, магний — металл. Затем проверяем, не относится ли какой-либо оксид неметалла к нейтральным.
Ответ: кислотные — CO₂, SO₂, P₂O₅; основный — MgO; нейтральный — CO. Вывод сделан по типичным свойствам, а не только по тому, металл или неметалл образует оксид.
Задача 2. Составить уравнения реакций SO₃ и P₂O₅ с водой, а также CO₂ и SO₂ с раствором NaOH. Сначала определяем продукты: в первых двух случаях образуются соответствующие кислоты, а при реакции с избытком щёлочи — соли и вода. Затем проверяем число атомов каждого элемента.
Ответ: записаны четыре уравнения. Проверка баланса атомов подтверждает, что формулы и коэффициенты выбраны верно.
Задача 3. Осуществить превращения S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → Na₂SO₄. Каждая стрелка означает отдельную реакцию, поэтому нужно найти реагент для каждого шага и указать его в уравнении. Цепочка связывает простое вещество, кислотные оксиды, кислоту и соль.
Ответ: цепочка превращений записана. В последнем уравнении образуется сульфат натрия, потому что кислотный остаток H₂SO₄ соединяется с натрием из основания.
Ошибка — считать кислотными все оксиды неметаллов. Так рассуждают, опираясь только на состав, и забывают о нейтральных CO и NO. Проверьте себя: реагирует ли оксид с основанием или основным оксидом с образованием соли; если типичных свойств нет, не называйте его кислотным автоматически.
Ошибка — записывать реакцию с водой для любого кислотного оксида. Её допускают, перенося правило на все вещества без проверки условий. Помните, что SiO₂ при обычных условиях с водой не реагирует, хотя является кислотным оксидом; указывайте реакцию только там, где она действительно протекает.
При реакции кислотного оксида с основанием ошибочно записывать новую кислоту вместо соли и воды. Причина — смешение двух разных схем: реакции оксида с водой и реакции с основанием. Сверьте реагенты: для основания ожидайте соль и воду, например CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O.
Неверная формула соответствующей кислоты или несбалансированное уравнение часто появляются, если индекс оксида механически переносят в кислоту. Состав кислот не всегда получается простым копированием индексов. Сначала определите формулы продуктов, затем пересчитайте атомы каждого элемента по обе стороны уравнения и поставьте коэффициенты.
Для этой темы нужны знания о классификации оксидов, валентности, составлении формул веществ и расстановке коэффициентов. Она опирается на свойства кислот, оснований и солей: без них нельзя предсказать продукты реакций кислотного оксида со щёлочью. Изучение таких превращений помогает увидеть генетические связи между классами неорганических веществ. Эти знания применяются при объяснении кислотных дождей, состава природных минералов, получения кислот и промышленных процессов.
Почему CO2 является кислотным оксидом, если сам не содержит атомов водорода?
Кислотный оксид не обязан содержать водород: его кислотный характер определяют химические свойства. CO₂ реагирует со щёлочью с образованием соли и воды, а его соответствующая кислота — H₂CO₃.
Все ли оксиды неметаллов реагируют с водой?
Нет. Например, SiO₂ с водой в обычных условиях не реагирует, хотя относится к кислотным оксидам. А CO и NO обычно вообще не относят к кислотным.
Чем кислотный оксид отличается от нейтрального?
Кислотный оксид проявляет кислотные свойства: может реагировать с основаниями и основными оксидами с образованием солей. Нейтральный оксид, например CO или NO, не проявляет типичных кислотных и основных свойств.
Как определить формулу кислоты, соответствующей данному оксиду?
Можно рассмотреть продукт взаимодействия оксида с водой, если такая реакция происходит, а затем проверить состав кислоты и баланс атомов. Например, SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Для некоторых кислотных оксидов прямое взаимодействие с водой не идёт, поэтому соответствующую кислоту устанавливают по другим свойствам.
Почему при реакции кислотного оксида со щёлочью образуются соль и вода?
Кислотный оксид проявляет свойства, сходные со свойствами соответствующей кислоты. При реакции со щёлочью образуются соль и вода, как и при нейтрализации кислоты основанием; состав соли зависит от оксида и щёлочи.
§ 40. Оксиды неметаллов могут быть кислотными
