Interakcija oksida s vodom. Kemijska svojstva kiselinskih oksida
|
Možete kupiti video lekciju (snimljeni webinar, 1,5 sat) i teorijski komplet na temu "Oksidi: priprema i kemijska svojstva." Trošak materijala je 500 rubalja. Plaćanje putem sustava Yandex.Money (Visa, Mastercard, MIR, Maestro) putem veze. Pažnja! Nakon uplate potrebno je poslati poruku s oznakom “Oksidi” s e-mail adresom na koju možete poslati poveznicu za preuzimanje i gledanje webinara. U roku od 24 sata nakon plaćanja narudžbe i primitka poruke, materijali webinara bit će poslani na vašu e-poštu. Poruka se može poslati na jedan od sljedećih načina:
Bez poruke nećemo moći identificirati uplatu i poslati vam materijale. |
Kemijska svojstva bazični oksidi
Možete pročitati detaljno o oksidima, njihovoj klasifikaciji i metodama pripreme. .
1. Interakcija s vodom. S vodom mogu reagirati samo bazični oksidi, koji odgovaraju topivim hidroksidima (lužinama). Alkalije tvore alkalijske metale (litij, natrij, kalij, rubidij i cezij) i zemnoalkalijske metale (kalcij, stroncij, barij). Oksidi drugih metala ne reagiraju kemijski s vodom. Magnezijev oksid reagira s vodom kada se kuha.
CaO + H 2 O → Ca(OH) 2
CuO + H 2 O ≠
2. Interakcija s kiselim oksidima i kiselinama. Kada bazični oksidi stupaju u interakciju s kiselinama, nastaje sol te kiseline i vode. Kada bazični oksid stupa u interakciju s kiselim, nastaje sol:
bazični oksid + kiselina = sol + voda
bazični oksid + kiseli oksid = sol
Kod međudjelovanja bazičnih oksida s kiselinama i njihovim oksidima vrijedi sljedeće pravilo:
Najmanje jedan od reagensa mora odgovarati jakom hidroksidu (lužina ili jaka kiselina).
Drugim riječima, bazični oksidi, koji odgovaraju alkalijama, reagiraju sa svim kiselim oksidima i njihovim kiselinama. Bazični oksidi, koji odgovaraju netopljivim hidroksidima, reagiraju samo s jakim kiselinama i njihovim oksidima (N 2 O 5, NO 2, SO 3 itd.).
3. Interakcija s amfoternim oksidima i hidroksidima.
Kada bazični oksidi komuniciraju s amfoternim, nastaju soli:
bazični oksid + amfoterni oksid = sol
Oni stupaju u interakciju s amfoternim oksidima tijekom fuzije samo bazični oksidi, koji odgovaraju alkalijama . Ovo stvara sol. Metal u soli dolazi iz bazičnijeg oksida, a kiselinski ostatak iz kiselijeg. U tom slučaju amfoterni oksid stvara kiselinski ostatak.
K 2 O + Al 2 O 3 → 2KAlO 2
CuO + Al 2 O 3 ≠ (reakcija se ne događa, jer je Cu(OH) 2 netopljivi hidroksid)
(za određivanje kiselinskog ostatka, formuli amfoternog ili kiselog oksida dodamo molekulu vode: Al 2 O 3 + H 2 O = H 2 Al 2 O 4 i dobivene indekse podijelimo na pola ako je oksidacijsko stanje element je neparan: HAlO 2. Rezultat je aluminatni ion AlO 2 - Naboj iona se lako može odrediti prema broju spojenih atoma vodika - ako postoji 1 atom vodika, tada će naboj aniona biti -1 , ako postoje 2 vodika, onda -2, itd.).
Amfoterni hidroksidi se zagrijavanjem raspadaju, pa zapravo ne mogu reagirati s bazičnim oksidima.
4. Međudjelovanje bazičnih oksida s redukcijskim sredstvima.
Dakle, neki metalni ioni su oksidansi (što su više desno u nizu napona, to su jači). U interakciji s redukcijskim agensima metali prelaze u oksidacijsko stanje 0.
4.1. Redukcija ugljenom ili ugljikovim monoksidom.
Ugljik (ugljen) reducira iz oksida samo metale koji se nalaze u nizu aktivnosti nakon aluminija. Reakcija se događa samo pri zagrijavanju.
FeO + C → Fe + CO
Ugljični monoksid također reducira iz oksida samo metale koji se nalaze nakon aluminija u elektrokemijskom nizu:
Fe 2 O 3 + CO → Al 2 O 3 + CO 2
CuO + CO → Cu + CO 2
4.2. Redukcija vodikom .
Vodik reducira iz oksida samo metale smještene u nizu aktivnosti desno od aluminija. Reakcija s vodikom događa se samo u teškim uvjetima - pod pritiskom i zagrijavanjem.
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
4.3. Redukcija s više aktivnih metala (u talini ili otopini, ovisno o metalu)
U tom slučaju aktivniji metali istiskuju manje aktivne. To jest, metal dodan oksidu mora biti smješten lijevo u seriji aktivnosti od metala iz oksida. Reakcije obično nastaju pri zagrijavanju.
Na primjer , Cinkov oksid reagira s aluminijem:
3ZnO + 2Al → Al 2 O 3 + 3Zn
ali ne stupa u interakciju s bakrom:
ZnO + Cu ≠
Redukcija metala iz oksida korištenjem drugih metala vrlo je uobičajen proces. Aluminij i magnezij često se koriste za obnovu metala. Ali alkalijski metali nisu baš prikladni za to - previše su kemijski aktivni, što stvara poteškoće pri radu s njima.
Na primjer, cezij eksplodira u zraku.
Aluminotermija– je redukcija metala iz oksida aluminijem.
Na primjer : aluminij reducira bakrov (II) oksid iz oksida:
3CuO + 2Al → Al 2 O 3 + 3Cu
Magnitermija– je redukcija metala iz oksida s magnezijem.
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
4.4. Redukcija amonijakom.
Samo oksidi neaktivnih metala mogu se reducirati amonijakom. Reakcija se odvija samo pri visokim temperaturama.
Na primjer , amonijak reducira bakrov(II) oksid:
3CuO + 2NH 3 → 3Cu + 3H 2 O + N 2
5. Međudjelovanje bazičnih oksida s oksidansima.
Pod utjecajem oksidacijskih sredstava neki bazični oksidi (u kojima metali mogu povećati oksidacijsko stanje, na primjer Fe 2+, Cr 2+, Mn 2+ itd.) mogu djelovati kao redukcijska sredstva.
Na primjer ,Željezov(II) oksid može se oksidirati kisikom u željezov(III) oksid:
4FeO + O 2 → 2Fe 2 O 3
Kemijska svojstva vode
Međudjelovanje vode s metalima.
Ako se strugotine kalcija stave u cilindar s vodom, mjehurići plina će se početi odvajati od površine kalcija, baš kao i od površine cinka stavljenog u otopinu sumporne kiseline. Kada upaljeni iver prinesemo otvoru u cilindru, opazit ćemo bljeskove. Ovo je izgaranje vodika. Voda u cilindru postaje mutna. Bijele suspendirane čestice koje se pojavljuju u cilindru su kalcijev hidroksid Ca(OH)2. Reakcija koja je u tijeku izražena je jednadžbom:
Ca + 2H 2 0 = 2Ca (OH) 2 + H 2
Tijekom ove reakcije, iz molekule vode H 2 O, koja se može predstaviti kao H-OH (skupina - OH - hidrokso grupa), -OH se pretvara u kalcijev hidroksid. Budući da je atom kalcija dvovalentan, on istiskuje dva atoma vodika iz dvije molekule vode, a preostale dvije -OH skupine spajaju se s atomom kalcija.
Reakcija natrija s vodom odvija se još snažnije. Stavite komadić natrija u čašu vode. Natrij ispliva na njegovu površinu, topi se, pretvarajući se u sjajnu kapljicu. Brzo se kreće po površini vode, ispuštajući šištanje i smanjujući se u veličini. Nakon isparavanja otopine, naći ćemo bijelu krutu tvar - natrijev hidroksid NaOH
2Na + 2NN = 2NaOH + H2
Natrij i kalcij su među kemijski najaktivnijima.
Interakcija vode s oksidima nemetala .
Spalimo crveni fosfor u staklenku na žlicu. Dodamo malo vode i pričekamo da se dobiveni fosforov oksid (V) P 2 0 5 otopi. U otopinu dodajte nekoliko kapi ljubičastog lakmusa. Lakmus će postati crven. To znači da otopina sadrži kiselinu.Fosforov oksid (V) spaja se s vodom i dobiva se fosforna kiselina H 3 P0 4:
R 2 0 5 + ZN 2 0 = 2N 3 R0 4
Zapalimo sumpor u posudi s malo vode i ispitajmo dobivenu otopinu otopinom lakmusa. Također će pocrvenjeti. Sumporni oksid (IV) S0 2, nastao izgaranjem sumpora, spojen je s vodom i dobivena je sumporna kiselina:
S0 2 + H 2 0 = H 2 S0 2
Sumporni oksid (VI), u interakciji s vodom, tvori sumpornu kiselinu H 2 S0 4:
SO 2+ H 2 O = H 2 S0 4
Dušik može formirati oksid N205, koji reagira s vodom i stvara dušičnu kiselinu:
N 2 0 5 + N 2 0 = 2HN0 3
Spojevi oksida nemetala s vodom klasificiraju se kao kiseline.
Interakcija vode s metalnim oksidima.
Razmotrimo sada odnos metalnih oksida prema vodi. Bakreni oksid CuO, željezni oksid Fe203, cinkov oksid ZnO i kalcijev oksid CaO uspite u šalice i u svaku dodajte malo vode. Oksidi bakra, željeza i cinka ne otapaju se u vodi i ne spajaju se s njom. Kalcijev oksid, ili živo vapno, ponaša se drugačije.
Pri prelijevanju vodom komadića živog vapna opaža se tako jako zagrijavanje da se dio vode pretvara u paru, a komadići živog vapna, mrveći se, pretvaraju se u suhi, rahli prah - gašeno vapno ili kalcijev hidroksid Ca(OH) 2:
CaO + H 2 0 = Ca(OH) 2
Poput kalcijevog oksida, natrijev i kalijev oksid spajaju se s vodom:
Na 2 0 + H 2 0 = 2NaOH
K 2 0+N 2 0 = 2KON
Ove reakcije proizvode natrijev hidroksid NaOH i kalijev hidroksid KOH.
Tako neki metalni oksidi ne reagiraju s vodom (većina njih), dok se drugi (kalijev oksid, natrijev oksid, kalcijev oksid, barijev oksid itd.) s njom spajaju tvoreći hidrokside koji se svrstavaju u baze.
(Anorganska kemija 7.-8. razred autor Yu. V. Khodakov i drugi)
Oksidi- to su složeni anorganski spojevi koji se sastoje od dva elementa, od kojih je jedan kisik (u oksidacijskom stanju -2).
Na primjer, Na 2 O, B 2 O 3, Cl 2 O 7 klasificiraju se kao oksidi. Sve ove tvari sadrže kisik i još jedan element. Tvari Na 2 O 2 , H 2 SO 4 i HCl nisu oksidi: u prvom je oksidacijsko stanje kisika -1, u drugom nisu dva, već tri elementa, a treći ne sadrži kisik uopće.
Ako ne razumijete značenje pojma oksidacijski broj, to je u redu. Prvo, možete pogledati odgovarajući članak na ovoj stranici. Drugo, čak i bez razumijevanja ovog pojma, možete nastaviti čitati. Možete privremeno zaboraviti na spominjanje oksidacijskog stanja.
Dobiveni su oksidi gotovo svih trenutno poznatih elemenata, osim nekih plemenitih plinova i “egzotičnih” transuranijevih elemenata. Štoviše, mnogi elementi tvore nekoliko oksida (za dušik je, na primjer, poznato šest).
Nomenklatura oksida
Moramo naučiti imenovati okside. Vrlo je jednostavno.Primjer 1. Navedite sljedeće spojeve: Li 2 O, Al 2 O 3, N 2 O 5, N 2 O 3.
Li 2 O - litijev oksid,
Al 2 O 3 - aluminijev oksid,
N 2 O 5 - dušikov oksid (V),
N 2 O 3 - dušikov oksid (III).
Imajte na umu važnu točku: ako je valencija elementa konstantna, NE spominjemo je u nazivu oksida. Ako se valencija mijenja, obavezno to označite u zagradama! Litij i aluminij imaju stalna valencija, dušik ima promjenjivu valenciju; Zbog toga su nazivi dušikovih oksida dopunjeni rimskim brojevima koji simboliziraju valentnost.
Vježba 1. Imenujte okside: Na 2 O, P 2 O 3, BaO, V 2 O 5, Fe 2 O 3, GeO 2, Rb 2 O. Ne zaboravite da postoje elementi s konstantnom i promjenjivom valencijom.
Još jedna važna točka: ispravnije je nazvati tvar F 2 O ne "fluorov oksid", već "kisikov fluorid"!
Fizikalna svojstva oksida
Fizička svojstva su vrlo raznolika. To je posebno zbog činjenice da oksidi mogu izlagati različiti tipovi kemijska veza. Točke taljenja i vrelišta jako variraju. U normalnim uvjetima oksidi mogu biti u čvrstom stanju (CaO, Fe 2 O 3, SiO 2, B 2 O 3), tekućem stanju (N 2 O 3, H 2 O), u obliku plinova (N 2 O , SO 2, NO, CO).
Različite boje: MgO i Na 2 O su bijeli, CuO je crni, N 2 O 3 je plavi, CrO 3 je crveni itd.
Taline oksida s ionskom vrstom veze dobro provode električnu struju; kovalentni oksidi u pravilu imaju nisku električnu vodljivost.
Klasifikacija oksida
Svi oksidi koji postoje u prirodi mogu se podijeliti u 4 klase: bazične, kisele, amfoterne i one koje ne tvore soli. Ponekad se prve tri klase spajaju u skupinu oksida koji tvore sol, ali za nas to sada nije važno. Kemijska svojstva oksida iz različitih klasa jako se razlikuju, stoga je pitanje klasifikacije vrlo važno za daljnje proučavanje ove teme!
Počnimo s oksidi koji ne stvaraju soli. Treba ih zapamtiti: NO, SiO, CO, N 2 O. Samo naučite ove četiri formule!
Kako bismo krenuli naprijed, moramo zapamtiti da u prirodi postoje dvije vrste jednostavne tvari- metali i nemetali (ponekad se razlikuje druga skupina polumetala ili metaloida). Ako jasno razumijete koji su elementi metali, nastavite čitati ovaj članak. Ako imate i najmanju sumnju, pogledajte materijal "Metali i nemetali" na toj web stranici.
Dakle, dopustite mi da vam kažem da su svi amfoterni oksidi metalni oksidi, ali nisu svi metalni oksidi amfoterni. Navest ću najvažnije od njih: BeO, ZnO, Al 2 O 3, Cr 2 O 3, SnO. Popis nije potpun, ali svakako treba zapamtiti navedene formule! U većini amfoternih oksida, metal pokazuje oksidacijsko stanje +2 ili +3 (ali postoje iznimke).
U sljedećem dijelu članka nastavit ćemo govoriti o klasifikaciji; Razgovarajmo o kiselim i bazičnim oksidima.
Oksidi su anorganski spojevi koji se sastoje od dva kemijski elementi, od kojih je jedan kisik u oksidacijskom stanju -2. Jedini element koji ne tvori oksid je fluor, koji se spaja s kisikom i stvara kisikov fluorid. To je zbog činjenice da je fluor elektronegativniji element od kisika.
Ova klasa spojeva vrlo je česta. Svaki dan se osoba susreće s raznim oksidima u svakodnevnom životu. Voda, pijesak, ugljični dioksid koji izdišemo, ispušni plinovi automobila, hrđa, sve su to primjeri oksida.
Klasifikacija oksida
Svi oksidi, prema sposobnosti tvorbe soli, mogu se podijeliti u dvije skupine:
- Tvorbe soli oksidi (CO 2, N 2 O 5, Na 2 O, SO 3 itd.)
- Ne stvara sol oksidi (CO, N 2 O, SiO, NO, itd.)
S druge strane, oksidi koji stvaraju sol podijeljeni su u 3 skupine:
- Bazični oksidi- (Metalni oksidi - Na 2 O, CaO, CuO itd.)
- Kiseli oksidi - (Oksidi nemetala, kao i oksidi metala do stupnja oksidacija V-VII- Mn 2 O 7, CO 2, N 2 O 5, SO 2, SO 3 itd.)
- (Metalni oksidi oksidacijskog stanja III-IV kao i ZnO, BeO, SnO, PbO)
Ova se klasifikacija temelji na manifestaciji određenih kemijskih svojstava pomoću oksida. Tako, bazni oksidi odgovaraju bazama, a kiseli oksidi odgovaraju kiselinama. Kiseli oksidi reagiraju s bazičnim oksidima da bi formirali odgovarajuću sol, kao da su baza i kiselina koje odgovaraju ovim oksidima reagirale: 
Također, Amfoterne baze odgovaraju amfoternim oksidima, koji može pokazivati i kisela i bazična svojstva: 
Kemijski elementi koji pokazuju različite stupnjeve oksidacije mogu tvoriti različite okside. Da bi se nekako razlikovali oksidi takvih elemenata, iza naziva oksida u zagradi je navedena valencija.
CO 2 – ugljikov monoksid (IV)
N 2 O 3 – dušikov oksid (III)
Fizikalna svojstva oksida
Oksidi su vrlo raznoliki u svojim fizička svojstva. Mogu biti ili tekućine (H 2 O), plinovi (CO 2, SO 3) ili čvrste tvari (Al 2 O 3, Fe 2 O 3). Štoviše, bazični oksidi su obično krutine. Oksidi također imaju širok izbor boja - od bezbojnih (H 2 O, CO) i bijelih (ZnO, TiO 2) do zelenih (Cr 2 O 3), pa čak i crnih (CuO).
Bazični oksidi
Neki oksidi reagiraju s vodom tvoreći odgovarajuće hidrokside (baze): Bazični oksidi reagiraju s kiselim oksidima tvoreći soli: Slično reagiraju s kiselinama, ali uz oslobađanje vode: Oksidi metala manje aktivnih od aluminija mogu se reducirati u metale:
Kiseli oksidi
Kiseli oksidi reagiraju s vodom stvarajući kiseline: Neki oksidi (na primjer, silicijev oksid SiO2) ne reagiraju s vodom, pa se kiseline dobivaju na druge načine.
Kiseli oksidi međusobno djeluju s bazičnim oksidima, tvoreći soli: Na isti način, uz stvaranje soli, kiseli oksidi reagiraju s bazama: Ako polibazična kiselina odgovara danom oksidu, tada može nastati i kisela sol: Nehlapljivi kiselinski oksidi može zamijeniti hlapljive okside u solima:
Kao što je ranije spomenuto, amfoterni oksidi, ovisno o uvjetima, mogu pokazivati i kisela i bazična svojstva. Stoga djeluju kao bazični oksidi u reakcijama s kiselinama ili kiselim oksidima, tvoreći soli: A u reakcijama s bazama ili bazičnim oksidima pokazuju kisela svojstva: 
Dobivanje oksida
Oksidi se mogu dobiti na različite načine, a mi ćemo predstaviti one glavne.
Većina oksida može se dobiti izravnom interakcijom kisika s kemijskim elementom: 
Kod prženja ili spaljivanja različitih binarnih spojeva: Toplinska razgradnja soli, kiselina i baza: 
Međudjelovanje nekih metala s vodom:
Primjena oksida
Oksidi su iznimno česti posvuda na kuglu zemaljsku a koriste se kako u svakodnevnom životu tako i u industriji. Najvažniji oksid, vodikov oksid, voda, omogućio je život na Zemlji. Sumporni oksid SO 3 koristi se za proizvodnju sumporne kiseline, kao i za preradu prehrambenih proizvoda - time se povećava rok trajanja, na primjer, voća.
Željezni oksidi se koriste za dobivanje boja i proizvodnju elektroda, iako se većina željeznih oksida reducira u metalno željezo u metalurgiji.
Kalcijev oksid, poznat i kao živo vapno, koristi se u građevinarstvu. Oksidi cinka i titana imaju bijela boja a netopljivi su u vodi pa su postali dobar materijal za izradu boja – kreča.
Silicijev oksid SiO 2 glavna je komponenta stakla. Krom oksid Cr 2 O 3 koristi se za proizvodnju obojenih zelenih stakala i keramike, a zbog visoke čvrstoće i za poliranje proizvoda (u obliku GOI paste).
Ugljični monoksid CO 2, koji disanjem ispuštaju svi živi organizmi, koristi se za gašenje požara, a u obliku suhog leda i za hlađenje.
Oksidi su složene tvari koje se sastoje od dva kemijska elementa, od kojih je jedan kisik sa stupnjem oksidacije ($-2$).
Opća formula oksida je: $E_(m)O_n$, gdje je $m$ broj atoma elementa $E$, a $n$ broj atoma kisika. Oksidi mogu biti teško(pijesak $SiO_2$, varijante kvarca), tekućina(vodikov oksid $H_2O$), plinoviti(ugljični oksidi: plinovi ugljikov dioksid $CO_2$ i ugljikov dioksid $CO$). Na temelju kemijskih svojstava oksidi se dijele na soli koje tvore i one koje ne tvore soli.
Ne stvara sol To su oksidi koji ne reagiraju s alkalijama ili kiselinama i ne stvaraju soli. Malo ih je, sadrže nemetale.
Tvorbe soli To su oksidi koji reagiraju s kiselinama ili bazama i tvore sol i vodu.
Među oksidima koji tvore soli postoje oksidi bazni, kiseli, amfoterni.
Bazični oksidi- to su oksidi koji odgovaraju bazama. Na primjer: $CaO$ odgovara $Ca(OH)_2, Na_2O NaOH$.
Tipične reakcije bazičnih oksida:
1. Bazični oksid + kiselina → sol + voda (reakcija izmjene):
$CaO+2HNO_3=Ca(NO_3)_2+H_2O$.
2. Bazični oksid + kiseli oksid → sol (reakcija spoja):
$MgO+SiO_2(→)↖(t)MgSiO_3$.
3. Bazični oksid + voda → lužina (reakcija spoja):
$K_2O+H_2O=2KOH$.
Kiseli oksidi- to su oksidi koji odgovaraju kiselinama. Ovo su oksidi nemetala:
N2O5 odgovara $HNO_3, SO_3 - H_2SO_4, CO_2 - H_2CO_3, P_2O_5 - H_3PO_4$, kao i metalni oksidi s visokim stupnjem oksidacije: $(Cr)↖(+6)O_3$ odgovara $H_2CrO_4, (Mn_2)↖( +7 )O_7 — HMnO_4$.
Tipične reakcije kiselih oksida:
1. Kiselinski oksid + baza → sol + voda (reakcija izmjene):
$SO_2+2NaOH=Na_2SO_3+H_2O$.
2. Kiseli oksid + bazični oksid → sol (reakcija spoja):
$CaO+CO_2=CaCO_3$.
3. Kiselinski oksid + voda → kiselina (reakcija spoja):
$N_2O_5+H_2O=2HNO_3$.
Ova reakcija je moguća samo ako je kiselinski oksid topiv u vodi.
Amfoteran nazivaju se oksidi, koji, ovisno o uvjetima, pokazuju bazična ili kisela svojstva. To su $ZnO, Al_2O_3, Cr_2O_3, V_2O_5$. Amfoterni oksidi ne spajaju se izravno s vodom.
Tipične reakcije amfoternih oksida:
1. Amfoterni oksid + kiselina → sol + voda (reakcija izmjene):
$ZnO+2HCl=ZnCl_2+H_2O$.
2. Amfoterni oksid + baza → sol + voda ili kompleksni spoj:
$Al_2O_3+2NaOH+3H_2O(=2Na,)↙(\text"natrijev tetrahidroksoaluminat")$
$Al_2O_3+2NaOH=(2NaAlO_2)↙(\text"natrijev aluminat")+H_2O$.
