Как составить формулу оксида металла

§ 17	Валентность. Составление формул оксидов

Вы, наверное, обратили внимание на то, что оксиды различных химических элементов по составу отличаются друг от друга. Например, на один атом кислорода в воде H₂O приходятся два атома водорода, а в оксиде магния MgO — один атом магния. Как это можно объяснить?

В XIX в. учёные предположили, что атомы разных элементов обладают различной способностью присоединять к себе другие атомы. Так, атом водорода может присоединить лишь один атом другого химического элемента, кислород — два атома, азот — три. В настоящее время известно, что атомы, входящие в состав молекул, соединены между собой химическими связями в определённой последовательности. Чтобы показать это, используют структурные формулы, выражающие не только число атомов, но и последовательность их соединения. Химические связи между атомами в молекулах принято обозначать чёрточками.

Слово «валентность» в переводе с латинского означает «сила, способность».

Изобразим структурную формулу воды:

Обратите внимание на то, что атомы водорода в молекуле воды не связаны друг с другом, а соединены только с атомом кислорода. Каждый атом водорода образует одну химическую связь (от символа H отходит одна чёрточка) — он одновалентен. Атом кислорода образует две связи — он двухвалентен. Число чёрточек, отходящих от символа химического элемента в структурной формуле, и есть валентность данного атома.

Установлено, что и в других соединениях водород всегда одновалентен, т. е. атомы водорода образуют лишь одну связь. Валентность кислорода всегда равна двум.

В молекуле углекислого газа CO₂ атом углерода образует с каждым атомом кислорода две двойные связи, которые равноценны четырём одинарным (четыре чёрточки в структурной формуле), следовательно, углерод в этом веществе четырёхвалентен:

OCO.

Зная валентность одного химического элемента в соединении, можно определить валентность другого. Так, хлор в хлороводороде HCl одновалентен, азот в аммиаке NH₃ трёхвалентен, а валентность углерода в метане CH₄ равна четырём:

Для обозначения валентности обычно используют римские цифры, которые ставят в формуле над символом химического элемента:

Чтобы подсчитать валентность, нет необходимости каждый раз рисовать структурные формулы. Легко заметить, что в соединении общее число единиц валентности всех атомов одного элемента всегда равно общему числу единиц валентности всех атомов другого элемента. Иными словами, произведение числа атомов одного элемента на его валентность равно произведению числа атомов второго элемента на его валентность.

Таблица 4

Последовательность действий	Составление формулы
Указать валентность кислорода
Умножить число атомов кислорода на численное значение его валентности (II)	3•2 = 6	2•2 = 4
Разделить полученное значение на индекс, показывающий число атомов другого элемента	6 : 2 = 3	4 : 1 = 4
Записать значение валентности над символом этого элемента

Например:

.

Для углерода (число атомов равно 1): IV•1 = 4;

для кислорода (число атомов равно 2): II•2 = 4.

Чтобы определить валентность элемента в оксиде по формуле, необходимо провести следующие математические вычисления (табл. 4).

Некоторые химические элементы проявляют в соединениях постоянную валентность (табл. 5), её надо запомнить, другие — переменную.

Химические элементы с постоянной валентностьюТаблица 5

Валентность	Химические элементы
I	H, Na, K, Ag
II	O, Mg, Ca, Ba, Zn
III	Al

Таблица 6

Последовательность действий	Составление формулы
Записываем символы химических элементов (кислород на втором месте) и указываем их валентность (кислород двухвалентен, валентность второго элемента либо дана в названии, либо постоянна и приведена в таблице 5)	Оксид алюминия	Оксид углерода(IV)
Находим наименьшее общее кратное двух числовых значений валентности	III и II ⇒ 6	IV и II ⇒ 4
Находим индексы, поделив наименьшее общее кратное на численные значения валентности данного элемента	6 : 3 = 2 (Al) 6 : 2 = 3 (O)	4 : 4 = 1 (C) 4 : 2 = 2 (O)
Записываем индексы после знаков химических элементов	Al2O3	CO2

Обратите внимание, что значения валентности многих металлов совпадают с номерами групп Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, в которых они находятся.

Значение переменной валентности принято указывать в скобках в названии соединения, например: — оксид углерода(IV),  — оксид углерода(II).

Рассмотрим, как можно составить формулу оксида по его названию (табл. 6).

Понятие о валентности возникло на заре современной химии, поэтому его использование в настоящее время вызывает много вопросов. Как, например, определить валентность атомов в простых веществах? В железе при комнатной температуре у каждого атома 8 ближайших соседей (см. рис. 23, а). Означает ли это, что железо восьмивалентно? Как быть с другими веществами немолекулярного строения? Так, оксиды металлов, как правило, не образуют молекул. Строение того же оксида алюминия Al₂O₃ лишь формально можно изобразить структурной формулой OAlOAlO, на самом деле в этом веществе каждый атом алюминия находится в окружении шести атомов кислорода. Поэтому приведённую формулу принято называть графической. В общем, надо помнить, что валентность имеет реальный смысл лишь в случае веществ молекулярного строения.

1.Дайте определение понятия «валентность».

2.Зная, что водород одновалентен, определите валентность химических элементов по формулам соединений: NaH, CaH₂, AlH₃, CH₄, PH₃, H₂S, HF.

3.Определите валентность элементов по формулам оксидов и назовите вещества: P₂O₅, SO₂, SO₃, NO, Na₂O, CaO, Mn₂O₇, SnO₂, I₂O₅, H₂O.

4.Напишите формулы следующих оксидов: оксида магния, оксида фосфора(III), оксида калия, оксида хлора(IV), оксида железа(III), оксида меди(II), оксида кремния(IV), оксида хлора(VII), оксида цинка, оксида алюминия, оксида водорода, оксида золота(III).

5.В соединениях с кислородом марганец проявляет валентности II, III, IV, VII. Составьте формулы этих оксидов и назовите их.

6.Хлор образует четыре оксида, в которых он проявляет валентности I, III, V и VII. Составьте формулы этих соединений и назовите их.

7.При горении магния, цинка и алюминия в кислороде образуются их оксиды. Составьте формулы этих соединений, напишите уравнения реакций.

Оксиды

Оксиды — сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов двух химических элементов, один из которых — кислород. Атом кислорода в оксидах всегда имеет степень окисления –2.

Определите, какое из следующих соединений — оксид:

Оксидом является последнее соединение — P₂O₅ (в состав РН₃ не входит атом кислорода, а в состав H₃PO₄ входят атомы трёх химических элементов: H, Р, O).

Оксиды называют по схеме:

оксид чего? (название элемента).

Например: СаО — оксид кальция.

Если оксид образован химическим элементом с переменной валентностью, то после названия элемента, нужно указать его валентность.

Например: Fe₂О₃ — оксид железа III, FеО — оксид железа II.

Задание 2.1. Среди следующих соединений найдите оксиды и назовите их:

Задание 2.2. Составьте формулы следующих оксидов: оксид хрома III, оксид углерода IV, оксид магния, оксид серы VI, оксид азота V, оксид калия, оксид марганца VI.

Многие оксиды могут реагировать с кислотами или основаниями. Продуктами таких реакций являются соли. Поэтому такие оксиды называются солеобразующими.

Однако существует небольшая группа оксидов, которые к таким реакциям не способны. Такие оксиды называются несолеобразующими:

Задание 2.3. Назовите эти несолеобразующие оксиды.

Некоторые оксиды имеют особые (тривиальные) названия:

Солеобразующие оксиды делятся на три группы: основные, кислотные, амфотерные.

Точно установить характер оксида можно, только изучая его химические свойства. Например, кислотные оксиды реагируют с основаниями и не реагируют с кислотами. Основные оксиды реагируют с кислотами и не реагируют с основаниями. Амфотерные оксиды могут реагировать и с кислотами, и с основаниями, причём, реагируя с кислотами, они проявляют свойства основных оксидов, а реагируя с основаниями, — кислотных.

Отсюда вывод: в химических реакциях участвуют вещества с противоположными свойствами:

• основание и кислота;
• металл и неметалл;
• окислитель и восстановитель.

Впрочем, последние два случая мы рассмотрим позднее (см. уроки 2.4 и 7).

Поэтому, если определить по формуле оксида, какими свойствами он обладает, — можно предсказать, возможна ли эта реакция или нет! Но КАК это сделать? Вот некоторые правила:

• неметаллы образуют только кислотные оксиды*;
• металлы могут образовывать разные оксиды — основные, амфотерные, кислотные — в зависимости от валентности металла.

* Обратите внимание, что и безразличные оксиды образуются только неметаллами.

Предсказать свойства оксида металла может помочь эта схема.

Итак, основные оксиды металлов от кислотных оксидов металлов отличить легко: малая валентность металла — основный оксид; большая — кислотный. Но как быть с амфотерными оксидами? «Любимая» валентность металлов в этих оксидах — III. Но есть и исключения. Поэтому желательно запомнить формулы наиболее часто встречающихся амфотерных оксидов:

Задание 2.4. Назовите эти амфотерные оксиды.

Задание 2.5. Классифицируйте нижеприведённые оксиды:

Упражнение рекомендуется выполнить по схеме:

1. Определить, не является ли данный оксид несолеобразующим;

2. Определить, какой элемент входит в состав оксида: металл или неметалл, для чего выписать из таблицы Менделеева символы элементов – неметаллов: они расположены в главных подгруппах выше линии БОР — АСТАТ и на этой линии. Это:

3. Если в состав оксида входит атом неметалла — то оксид кислотный;

4. Для атома металла определить валентность, и по схеме определить характер оксида: основный, амфотерный или кислотный.

Например:

• Сr₂О₃ — амфотерный, так как хром — металл с низкой валентностью III;
• N₂O₃ — кислотный оксид, так как азот — неметалл;
• СrO₃ — кислотный оксид, так как хром — металл с высокой валентностью VI.

Зная характер оксида, можно описать его свойства.

Свойства кислотных оксидов

1. Кислотные оксиды, кроме SiО₂, реагируют c водой, образуя кислоту:

Чтобы составить формулу кислоты, нужно «сложить» все атомы исходных веществ, записывая на первом месте символ водорода, на втором — символ элемента, образующего оксид, и на последнем — символ кислорода. Если индексы получились чётными, их можно сократить:

Эти же реакции можно записать в виде «арифметического примера»:

Задание 2.6. Составьте уравнения реакций с водой для кислотных оксидов из задания 2.5, зная, что реакции идут по схеме:

кислотный оксид + вода → кислота

2. Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами, образуя соль соответствующей кислоты, т. е. кислоты, которая образуется при взаимодействии этого оксида с водой (см. выше):

Для того чтобы составить такое уравнение, нужно:

• составить формулу кислоты («прибавив» к молекуле оксида молекулу воды);
• определить валентность кислотного остатка (это часть молекулы кислоты без атомов водорода). В данном случае кислотный остаток имеет состав СО₃, его валентность равна числу атомов водорода в кислоте, т. е. II;
• составить формулу соли, записав вместо атомов водорода атом металла из основного оксида с его валентностью (в данном случае — натрий);
• составить формулу соли по валентности металла и кислотного остатка.

Задание 2.7. Составьте уравнения реакций с оксидом кальция кислотных оксидов из задания 2.5, зная, что реакции идут по схеме:

кислотный оксид + основный оксид → соль

3. Кислотные оксиды реагируют с основаниями, образуя соль соответствующей кислоты и воду:

Принципы составления уравнения те же, что и для реакций с основными оксидами (см. пункт 2).

Задание 2.8. Составьте уравнения реакций с гидроксидом натрия NаОН кислотных оксидов из задания 2.5, зная, что реакции идут по схеме:

кислотный оксид + основание → соль + вода

ЗАПОМНИТЕ! Кислотные оксиды и с кислотами и кислотными оксидами НЕ РЕАГИРУЮТ!

Свойства основных оксидов

1. Основные оксиды реагируют с водой, образуя основание. Реакция происходит, если получающееся основание растворимо в воде.

Общая формула оснований Ме(ОН)х, где х — валентность металла, равная числу ОН групп.

Последняя реакция не идет, так как основание Fe(ОН)₃ нерастворимо в воде. Растворимость веществ в воде можно определить по таблице растворимости (рис. 2).

При определении возможности протекания данной реакции можно использовать и другое правило.

Основный оксид реагирует с водой, если он образован активным металлом. Такие металлы стоят в ряду напряжений до магния (см. табл. 3).

Задание 2.9. Составьте уравнения реакций с водой для основных оксидов из задания 2.5, зная, что реакции идут по схеме:

основный оксид + вода → основание

2. Основные оксиды реагируют с кислотами, образуя соль и воду:

Обратите внимание: при составлении формулы соли нужно вместо атомов водорода в формуле кислоты написать символ металла, а затем составить полученную формулу по валентности.

Задание 2.10. Составьте уравнения реакций с Н₂SО₄ для основных оксидов из задания 2.5, зная, что реакции идут по схеме:

основный оксид + кислота → соль + вода

3. Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами, образуя соль (см. задание 2.7).

4. Некоторые основные оксиды реагируют при нагревании с водородом, при этом образуется металл и вода:

ЗАПОМНИТЕ! Основные оксиды с основаниями и основными оксидами НЕ РЕАГИРУЮТ!

ВЫВОД. В реакцию легче всего вступают вещества с противоположными свойствами, и не вступают в реакцию вещества со сходными свойствами.

Свойства амфотерных оксидов

Амфотерные оксиды (от греч. amphi — двойной) проявляют двойственные свойства: они могут реагировать и с кислотами, и с основаниями (точнее, со щелочами). При этом образуются соль и вода.

Например,

* Такая реакция не происходит, но эта схема позволяет определить состав «кислотного остатка» и его валентность, а затем составить химическую формулу соли.

Задание 2.11. Составьте уравнения реакций с КОН и с НNО₃ для амфотерных оксидов из задания 2.5.

Задание 2.12. С какими веществами (Н₂О, NаОН, НСl) могут реагировать оксиды: Cr₂O₃, CrO, SO₃, V₂O₅?

Составьте уравнения необходимых реакций. При составлении уравнений реакций помните:

• реагируют вещества с противоположными свойствами;
• сначала определите, какой это оксид (см. задание 2.5);
• затем, исходя из свойств этого оксида, составьте уравнения, пользуясь схемами заданий 2.6–2.10 и вышеприведенными уравнениями реакций для амфотерных оксидов.

Способы получения оксидов

Оксиды могут быть получены при разложении некоторых кислот, оснований, солей:

Оксиды обычно получают при сгорании в кислороде простых и сложных веществ:

Обратите внимание! При сгорании сложных веществ образуются оксиды элементов, которые входят в его состав. Исключение составляют только азот и галогены (F, Cl, Br, I), которые выделяются в виде простых веществ. Например:

Выводы

Молекулы оксидов состоят из атомов двух элементов. Один из этих элементов — кислород. Оксиды, образующие соли, бывают кислотные, амфотерные и основные. Оксиды реагируют с веществами, которые проявляют противоположные свойства.

• Основные оксиды — с кислотными оксидами или кислотами.
• Кислотные оксиды — с основными оксидами или основаниями.
• Амфотерные — и с кислотами, и с основаниями (щелочами).

В каждой из таких реакций образуется соль и вода.

Кислоты

Кислоты — это сложные вещества, в состав молекул которых входит активный атом водорода и кислотный остаток. Этот активный атом водорода в химических реакциях способен замещаться на атом металла, в результате чего всегда получается соль.

В формулах неорганических кислот этот атом водорода записывается на первом месте*:

* В химических формулах органических кислот атом водорода стоит в конце, например, CH₃–COOH уксусная кислота

В состав любой кислоты кроме атомов водорода входит кислотный остаток. Кислотный остаток — это часть молекулы кислоты без атомов водорода (которые могут быть замещены на атом металла). Валентность кислотного остатка равна числу таких атомов водорода:

При определении валентности кислотного остатка учитываются те атомы водорода, которые участвовали в реакции или могут участвовать в ней. Так, фосфорной кислоте Н₃РО₄, в зависимости от условий, могут соответствовать кислотные остатки иного состава:

У органических кислот не все атомы водорода в молекуле способны замещаться на атом металла:

Задание 2.13. Определите состав и валентность кислотных остатков для кислот, учитывая, что все атомы водорода кислот участвуют в реакции:

По числу атомов водорода кислоты делят на одноосновные и многоосновные:

• НСl — одноосновная, так как один атом водорода;
• Н₂СО₃ — двухосновная, так как два атома водорода.

По составу кислоты делят на:

• бескислородные: НСl, Н₂S;
• кислородсодержащие: НСlO, Н₂SO₄.

Бескислородные кислоты представляют собой растворы некоторых газов в воде, при этом и растворённому газу, и полученному раствору приписывают одинаковые свойства, хотя это не так. Например, из простых веществ водорода и хлора получается газ хлороводород:

Этот газ не проявляет кислотных свойств, если он сухой: его можно перевозить в металлических ёмкостях, и никакой реакции не происходит. Но при растворении хлороводорода в воде получается раствор, который проявляет свойства сильной кислоты, её перевозить в металлических ёмкостях нельзя! Этот раствор называется «соляная кислота».

Названия бескислородных кислот составляют по принципу:

«ЭЛЕМЕНТ» + «ВОДОРОД»ная кислота

• H₂S — сероводородная кислота (это раствор газа сероводорода в воде);
• НСl — хлороводородная (соляная) кислота (это раствор газа хлороводорода в воде);
• НF — фтороводородная (плавиковая) кислота (это раствор газа фтороводорода в воде).

Кислородсодержащие кислоты могут быть получены при действии воды на кислотные оксиды (см. задание 2.6). Исходные кислотные оксиды называются «АНГИДРИДЫ кислот»:

Метафосфорная кислота неустойчива и, присоединяя воду, превращается в более устойчивую кислоту:

или в суммарном виде:

Таким образом, Р₂O₅ — ангидрид фосфорной кислоты, а также некоторых других, менее устойчивых кислот.

Обратите внимание! Название кислородосодержащей кислоты содержит в виде корня название элемента, входящего в состав ангидрида:

Если элементу соответствуют несколько кислот, то для кислоты с большей валентностью элемента, входящего в состав ангидрида, в названии употребляют суффикс «Н» или «В». Для кислот с меньшей валентностью элемента в названиях добавляют еще один суффикс «ИСТ».

Валентность элемента проще всего определять по формуле ангидрида:

Обратим внимание, что в названии сернистой кислоты основной суффикс -ИСТ-, а суффикс -Н- введён дополнительно для благозвучия.

Сведём всё известное о названиях кислот в таблицу 4.

Задание 2.14. Заполнить табл. 4, заменив знаки вопросов формулами и названиями соответствующих кислот.

Задание 2.15. Напишите НА ПАМЯТЬ формулы кислот: кремниевой, сернистой, серной, сероводородной, азотистой, азотной, соляной, фосфорной, угольной. Укажите ангидриды этих кислот (там, где они существуют).

Свойства кислот

Главным свойством всех кислот является их способность образовывать соли. Соли образуются в любой реакции, в которой участвует кислота, при этом замещаются активные атомы водорода (один, все или несколько).

1. Кислоты реагируют с металлами, при этом атом водорода кислоты замещается на атом металла — в результате образуется растворимая соль* и водород:

* Если образуется нерастворимая соль, то эта соль закрывает поверхность металла и реакция останавливается.

Не все металлы способны вытеснять водород из растворов кислот: этот процесс возможен только для тех металлов, которые стоят в ряду напряжений ДО водорода (рис. 3 или таблица 3).

Задание 2.16. Составьте уравнения возможных реакций:

1. серная кислота + алюминий →
2. соляная кислота + серебро →
3. бромоводородная кислота + цинк →

При составлении уравнений пользуйтесь рядом напряжений и схемой реакции:

кислота + металл (до водорода) → соль + водород

Не забывайте, составляя формулы солей, учитывать валентность металла и кислотного остатка.

Некоторые кислоты могут растворять металлы, которые стоят в ряду напряжения после водорода, но водород при этом не выделяется:

2. Кислоты реагируют с основаниями, образуя соль и воду*. Это реакция обмена, и поэтому валентность составных частей в результате реакции не меняется:

* Реакция между кислотой и основанием называется реакцией нейтрализации.

Расставим коэффициенты:

Задание 2.17. Составьте аналогичные уравнения реакций по схеме:

кислота + основание → соль + вода

для:

• серной кислоты и Fe(ОН)₃;
• соляной кислоты и Ва(ОН)₂;
• сернистой кислоты и NаОН.

Не забудьте:

• составить формулу соли по валентности металла и кислотного остатка;
• расставить коэффициенты.

3. Кислоты могут реагировать с солями. При этом сильная кислота вытесняет более слабую из её соли.

• К сильным кислотам относятся: серная, азотная, соляная и др.
• К слабым кислотам относятся: угольная, кремниевая, сероводородная, азотистая.

Происходит реакция обмена: образуется новая соль и новая кислота.

Более подробно о подобных реакциях см. в уроке 6.

Задание 2.18. Составьте НА ПАМЯТЬ формулы: а) сильных, б) слабых кислот.

Задание 2.19. Составьте уравнения реакций по схеме:

(более сильная) кислота + соль → соль + кислота (более слабая):

• соляная кислота + FeS →
• азотная кислота + Na₂SiO₃ →
• серная кислота + K₂CO₃ →

4. И, наконец, выяснив свойства кислот, зададим себе вопрос: а можно ли обнаружить кислоту в растворе? Например, в одном стакане налита вода, а в другом — раствор кислоты. Как определить, где кислота? Хотя многие кислоты кислые на вкус, пробовать их НЕЛЬЗЯ — это опасно! Выручают особые вещества — ИНДИКАТОРЫ. Это соединения, которые изменяют цвет в присутствии кислот:

• синий ЛАКМУС становится красным;
• оранжевый МЕТИЛОРАНЖ тоже становится красным.

Выводы

Кислоты классифицируются:

• по числу атомов водорода на одноосновные, двухосновные и т. д.,
• по наличию атома кислорода в составе молекулы на бескислородные и кислородсодержащие,
• по силе на сильные и слабые,
• по устойчивости на устойчивые и неустойчивые.

Кислоты реагируют:

• с активными металлами (до «Н»),
• с основаниями,
• с основными и амфотерными оксидами,
• с солями более слабых кислот.

Кислоты обнаруживаются индикаторами в кислой («красной») области.

Основания

Основания — это сложные соединения, в состав молекул которых входит атом металла и гидроксогруппа ОН:

Валентность ОН-группы равна I.

Основания называют по схеме:

гидроксид (чего?) металла (n),

где n — переменная валентность металла.

Например:

• Са(ОН)₂ — гидроксид кальция,
• Fе(OH)₃ — гидроксид железа (III),
• NH₄OH — гидроксид аммония.

Обратите внимание. В состав последнего основания не входит атом металла. Это исключение. Валентность группы NН₄ (аммоний) равна I.

Основания бывают растворимые в воде и нерастворимые в воде. Это легко определить по таблице растворимости.

Растворимые в воде основания называются ЩЕЛОЧАМИ. В состав щелочей входят атомы активных металлов (они находятся в начале ряда напряжений, до магния). Гидроксид аммония тоже относится к щелочам, так как существует только в растворах.

Задание 2.20. Составьте, пользуясь таблицей растворимости или рядом напряжений, химические формулы 2–3 щелочей.

Свойства и способы получения щелочей

Щёлочи можно получить действием активного металла (К, Nа, Cа, Ва) или его оксида на воду:

1. Растворы щелочей реагируют с кислотными и амфотерными оксидами (см. урок 2.1) и с кислотами (см. урок 2.2). Последняя реакция называется реакцией НЕЙТРАЛИЗАЦИИ:

Реакция нейтрализации характерна для всех кислот!

2. Растворы щелочей реагируют с растворами солей. Реакция происходит, если образуется хотя бы одно нерастворимое соединение. Эта реакция относится к реакциям обмена, т. е. в результате получается новая соль и новое основание:

1. Последняя реакция не происходит, так как оба полученных вещества растворимы в воде.
2. Валентности составных частей исходных молекул определяйте по кислотному остатку или по числу групп ОН.
3. Полученные значения валентностей используйте при составлении формул полученных веществ.
4. Растворимость получаемых веществ определяйте по таблице растворимости.

Задание 2.21. Расставьте коэффициенты в вышеприведённых уравнениях реакций.

Задание 2.22. Составьте уравнения реакций обмена:

• Fe(NO₃)₃ + гидроксид калия →
• Na₂SO₃ + гидроксид кальция →
• K₃PO₄ + гидроксид аммония →

Определите, какая из реакций не происходит и почему.

3. Растворы щелочей, как и растворы кислот, способны изменять окраску индикаторов:

• фиолетовый лакмус синеет,
• оранжевый метилоранж желтеет,
• бесцветный фенолфталеин краснеет.

Все изменения окрасок индикаторов можно свести в таблицу 5.

Обратите внимание: если к воде добавить кислоты, то в растворе будет кислая среда; если добавить щелочь — щелочная; в чистой воде среда нейтральная.

Вопрос 1. Можно ли при помощи фенолфталеина узнать, что налито в стакане: вода? НCl? КОН? А при помощи лакмуса?

Вопрос 2. Почему реакция между кислотой и щелочью названа реакцией нейтрализации?

Свойства и способы получения нерастворимых в воде оснований

Среди нерастворимых в воде оснований следует выделить особую группу веществ — амфотерные гидроксиды. Их свойства будут рассмотрены ниже. Способы получения их такие же, как и для нерастворимых оснований.

Нерастворимые основания получают, действуя на раствор соли, в состав которой входит нужный атом металла, раствором щёлочи:

Попробуем определить, какие вещества нужно взять для того, чтобы получить гидроксид марганца (II):

Задание 2.23. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно получить: а) гидроксид железа (III), б) гидроксид железа (II).

Свойства нерастворимых в воде оснований во многом отличаются от свойств щелочей: нерастворимые в воде основания не могут реагировать с растворами солей, а также с амфотерными и некоторыми кислотными оксидами. Они не изменяют окраску индикатора.

1. Нерастворимые основания могут реагировать с кислотами, если при этом происходит растворение исходного нерастворимого вещества (осадка):

Таким образом, эта реакция возможна, если образуется растворимая соль (см. таблицу 3).

2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании. При этом, чем меньше активность металла (см. ряд напряжений), тем легче разлагается основание на оксид и воду:

Свойства амфотерных гидроксидов

Амфотерные гидроксиды соответствуют амфотерным оксидам. Это означает, что в состав амфотерного гидроксида входит тот же атом металла и с той же валентностью, что и в состав амфотерного оксида:

Как вы думаете, почему эти вещества называются амфотерными? (Если ответить не можете — загляните в урок 2.1.)

Ответ простой — амфотерные соединения проявляют двойственные свойства, т. е. реагируют) и с кислотами, и со щелочами (и растворяются при этом):

Если эта реакция происходит с растворами щелочей, то вместо вещества состава Na₃AlO₃ (или NaAlO₂)* образуется сложное комплексное соединение:

* Ортоалюминиевая кислота H₃AlO₃ теряет молекулу H₂O, и образуется метаалюминиевая кислота HAlO₂, в которой кислотный остаток AlO₂ имеет валентность I.

Задание 2.24. Составьте уравнения реакций с кислотой и со щёлочью для амфотерных гидроксидов: а) гидроксида цинка; б) гидроксида хрома (III).

Выводы

Молекулы неорганических оснований содержат гидроксогруппу ОН. Все неорганические основания, кроме NH₄OH, содержат атом металла. Основания делят на растворимые в воде (щёлочи) и нерастворимые в воде.

Растворы щёлочей реагируют:

• с кислотами (реакция нейтрализации),
• с кислотными и амфотерными оксидами,
• с растворами солей.

Щёлочи обнаруживаются индикаторами в щелочной («синей») области. Нерастворимые в воде основания не изменяют окраску индикатора, могут реагировать с некоторыми кислотами и кислотными оксидами, а также термически неустойчивы.

Соли

Соли — это продукт реакции между кислотой и основанием, например реакции нейтрализации. Даже если такая реакция невозможна, ЛЮБОЙ соли можно поставить в соответствие основание и кислоту. Поэтому в состав любой соли входит остаток основания (обычно атом металла или группа NH₄) и остаток кислоты (кислотный остаток).

Задание 2.25. Попробуйте определить для каждой из этих солей

где в её молекуле остаток кислоты, а где — остаток основания. Определите валентности составных частей.

Обратите внимание, что в состав некоторых солей входят атомы водорода или группы ОН. Такое различие подсказывает, что соли могут быть разных типов. Рассмотрим три вида солей.

Средние соли. Такие соли получаются, если кислота и основание полностью прореагировали:

Кислые соли. Такие соли получаются, если не все атомы водорода кислоты были замещены на атом металла:

Кислотные остатки таких солей содержат атом водорода. Кислые соли образуются в результате гидролиза некоторых солей, а также при взаимодействии средней соли с ангидридом «своей» кислоты:

Кислые соли могут проявлять некоторые свойства кислот, например они могут реагировать с щелочами:

Основные соли. Такие соли образуются, если не все группы ОН основания замещены на кислотный остаток:

Такие соли содержат гидроксогруппу ОН. Основные соли образуются в результате гидролиза некоторых солей. Основные соли могут проявлять некоторые свойства оснований. Например, они могут реагировать с кислотами:

Способы получения солей

Вспомните, во многих примерах, которые иллюстрировали свойства оксидов, кислот, оснований, — продуктом реакции была соль. Попробуем обобщить эти сведения и выяснить, в результате каких процессов можно получить СОЛЬ заданного состава. Прежде всего, отметим, что способы получения солей можно условно разбить на 2 группы:

• I — получение солей из веществ, которые не являются солями;
• II — получение солей из других солей.

Реакции I группы основаны на том, что в реакцию вступают противоположные по свойствам вещества (рис. 4).

Приведём конкретные примеры:

1. Металл + неметалл (галоген или сера):

2. Металл + кислота:

3. Основный оксид + кислотный оксид:

4. Основный оксид + кислота:

5. Основание + кислота:

6. Основание + кислотный оксид:

Задание 2.26. Расставьте коэффициенты в этих уравнениях. Приведите свои примеры каждого типа.

Реакции II группы являются реакциями обмена или замещения. В каждой из таких реакций участвует соль, и поэтому способы получения солей по группе II фактически являются химическими свойствами солей:

7. Более активный металл вытесняет менее активный из растворов его солей:

обратный процесс не идёт:

Активность металлов можно определять по ряду напряжений:

В этом ряду любой металл активнее всех металлов, стоящих после него (правее него).

8. Сильная кислота вытесняет более слабую кислоту из её соли:

9. Щёлочь, реагируя с солью, образует новое основание и новую соль

Эта реакция происходит, если оба исходных вещества растворимы, а хотя бы одно из полученных веществ — нерастворимо.

10. Соль, вступая в реакцию обмена с другой солью, образует две новые соли

Эта реакция также происходит, если оба исходных вещества растворимы, а хотя бы одно из полученных веществ — нерастворимо.

Например, эта реакция:

невозможна, так как обе полученные соли растворимы. А этот процесс:

невозможен потому, что СаСО₃ (мел) нерастворим в воде.

Названия солей

Названия солей происходят от латинского названия химического элемента, который входит в состав кислотного остатка (исключая кислород):

• S — сульфур;
• N — нитрогениум;
• С — карбонеум;
• Si — силициум.

Например:

Очевидно, что для солей разного состава должны быть разные названия. Это достигается введением суффиксов:

• для солей бескислородных кислот -ИД-;
• для солей кислородсодержащих кислот -ИТ- (меньшая валентность элемента), АТ- (бОльшая валентность элемента).

Задание 2.27. Составьте названия вышеприведённых солей серусодержащих кислот.

При правильной работе должно получиться:

Аналогично составляют названия остальных солей (табл. 6).

Задание 2.28. Дополните таблицу 6, составив химические формулы солей тех металлов, которые указаны в таблице.

При составлении названий кислых солей используют частицу «гидро»:

При составлении названий основных солей используют частицу «гидроксо»:

Задание 2.29. Назовите все соли, которые встречаются в тексте и уравнениях реакций этого раздела.

Задание 2.30. Составьте по 3–4 уравнения реакций получения:

• бромида магния;
• сульфата цинка.

Выводы

Соли состоят из остатков веществ, которые проявляют противоположные свойства: кислоты и основания.

.

.

Формулы
оксидов можно составлять по правилу креста:

^Рис.1

Запомни при составлении
формул первым ставят
элемент степень окисления. которого со знаком +, а
вторым элемент с отрицательной степенью окисления. Для оксидов это
всегда кислород.
Далее
необходимо:
1. расставить степени
окисления
(с.о.) для каждого атома. Кислород в оксидах всегда имеет с.о. -2
(минус два).
2. Для того чтобы
правильно
определить степень окисления. второго элемента необходимо познакомится
с таблицей возможных степеней окисления некоторых элементов:

Таблица.1 Степени окисления некоторых элементов

Элемент	Возможные степени окисления
N (азот)	-3, 0, +1, +2, +3, +4,+5.
P (фосфор)	-3, 0, +3, +5.
S (сера)	-2, 0, +4, +6.
C (углерод)	-4, 0, +2, +4.

Степень окисления «0» —
ноль имеют:

1. Простые вещества: Н₂,
Са, О₂ …
2. Сложные в-ва (в сумме): Са⁺²О^-2 (+2 – 2 =0)

рис.2

Запомни если степени
окисления.
элементов в бинарных соединениях равны по модулю, то индексы в формуле
не ставятся: Сa⁺²О^-2.

Составим формулу
оксида натрия:

По
таблице растворимости заряд иона натрия +,
соответственно степень окисления натрия имеет значение +1 (Na⁺¹),
с.о. кислорода в оксидах всегда -2.
Натрий
имеет положительный заряд, значит, его ставим первым, а вторым
ставим кислород и по правилу креста получим: Na₂⁺¹O^-2
или Na₂O.

Правило
наименьшего общего кратного
это способ наиболее универсальный для составления формул. Как им
пользоваться рассмотрим на примере.

Составить формулу
оксида серы (VI).

1.
У кислорода с.о. -2 следовательно в формуле он ставиться вторым, а
первым элементом будет сера ее с.о. указана в названии оксида VI, т. е
+6. S⁺⁶O^-2.
2.
Найдем наименьшее общее кратное. Для чисел 2 и 6 это будет 6.
3.
Находим индексы и расставляем для каждого элемента. См. рисунки ниже.
6 : 6 = 1 это индекс для серы.
Индексы со значением 1 в формулах не ставятся.

Рис.3

6 : 2 = 3
это индекс для кислорода

Рис.4

В результате получим
формулу оксида серы (VI):

* * *

.