Специфические свойства оксидов. Химические свойства кислотных оксидов

Оксиды - это сложные неорганические соединения, состоящие из двух элементов, один из которых кислород (в степени окисления -2).

Например, Na 2 O, B 2 O 3 , Cl 2 O 7 относятся к оксидам. Все перечисленные вещества содержат кислород и еще один элемент. Вещества Na 2 O 2 , H 2 SO 4 , HCl не относятся к оксидам: в первом степень окисления кислорода равна -1, в составе второго не два, а три элемента, а третье вообще не содержит кислорода.

Если вы не понимаете смысл термина "степень окисления", ничего страшного. Во-первых, можно обратиться к соответствующей статье на этом сайте. Во-вторых, даже без понимания этого термина можно продолжать чтение. Временно можете забыть про упоминание о степени окисления.

Получены оксиды практически всех известных на сегодняшний день элементов, кроме некоторых благородных газов и "экзотических" трансурановых элементов. Более того, многие элементы образуют несколько оксидов (для азота, например, их известно шесть).

Номенклатура оксидов

Мы должны научиться называть оксиды. Это очень просто.

Пример 1 . Назовите следующие соединения: Li 2 O, Al 2 O 3 , N 2 O 5 , N 2 O 3 .

Li 2 O - оксид лития,
Al 2 O 3 - оксид алюминия,
N 2 O 5 - оксид азота (V),
N 2 O 3 - оксид азота (III).

Обратите внимание на важный момент: если валентность элемента постоянна, мы НЕ упоминаем ее в названии оксида. Если валентность меняется, следует обязательно указать ее в скобках! Литий и алюминий имеют постоянную валентность, у азота валентность переменная; именно по этой причине названия окислов азота дополнены римскими цифрами, символизирующими валентность.

Задание 1 . Назовите оксиды: Na 2 O, P 2 O 3 , BaO, V 2 O 5 , Fe 2 O 3 , GeO 2 , Rb 2 O. Не забывайте, что существуют элементы как с постоянной, так и с переменной валентностью.

Еще один важный момент: вещество F 2 O правильнее называть не "оксид фтора", а "фторид кислорода"!

Физические свойства оксидов

Физические свойства весьма разнообразны. Обусловлено это, в частности, тем, что в оксидах могут проявляться разные типы химической связи. Температуры плавления и кипения варьируются в широких пределах. При нормальных условиях оксиды могут находиться в твердом состоянии (CaO, Fe 2 O 3 , SiO 2 , B 2 O 3), жидком состоянии (N 2 O 3 , H 2 O), в виде газов (N 2 O, SO 2 , NO, CO).

Разнообразна окраска: MgO и Na 2 O белого цвета, CuO - черного, N 2 O 3 - синего, CrO 3 - красного и т. д.

Расплавы оксидов с ионным типом связи хорошо проводят электрический ток, ковалентные оксиды, как правило, имеют низкую электропроводность.

Классификация оксидов

Все существующие в природе оксиды можно разделить на 4 класса: основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие. Иногда первые три класса объединяют в группу солеобразующих оксидов, но для нас это сейчас несущественно. Химические свойства оксидов из разных классов отличаются весьма сильно, поэтому вопрос классификации очень важен для дальнейшего изучения этой темы!

Начнем с несолеобразующих оксидов . Их нужно запомнить: NO, SiO, CO, N 2 O. Просто выучите эти четыре формулы!

Для дальнейшего продвижения мы должны вспомнить, что в природе существуют два типа простых веществ - металлы и неметаллы (иногда выделяют еще группу полуметаллов или металлоидов). Если вы четко понимаете, какие элементы относятся к металлам, продолжайте читать эту статью. Если есть малейшие сомнения, обратитесь к материалу "Металлы и неметаллы" на этом сайте.

Итак, сообщаю вам, что все амфотерные оксиды являются оксидами металлов, но не все оксиды металлов относятся к амфотерным. Я перечислю наиболее важные из них: BeO, ZnO, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , SnO. Список не является полным, но перечисленные формулы следует обязательно запомнить! В большинстве амфотерных оксидов металл проявляет степень окисления +2 или +3 (но есть исключения).

В следующей части статьи мы продолжим говорить о классификации; обсудим кислотные и основные оксиды.

Прежде чем начать говорить про химические свойства оксидов, нужно вспомнить о том, что все оксиды делятся на 4 типа, а именно основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие. Для того чтобы определить тип какого-либо оксида, прежде всего нужно понять — оксид металла или неметалла перед вами, а затем воспользоваться алгоритмом (его надо выучить!), представленным в следующей таблице:

Оксид неметалла	Оксид металла
1) Степень окисления неметалла +1 или +2 Вывод: оксид несолеобразующий Исключение: Cl 2 O не относится к несолеобразующим оксидам	1) Степень окисления металла +1 или +2 Вывод: оксид металла — основный Исключение: BeO, ZnO и PbO не относятся к основным оксидам
2) Степень окисления больше либо равна +3 Вывод: оксид кислотный Исключение: Cl 2 O относится к кислотным оксидам, несмотря на степень окисления хлора +1	2) Степень окисления металла +3 или +4 Вывод: оксид амфотерный Исключение: BeO, ZnO и PbO амфотерны, несмотря на степень окисления +2 у металлов 3) Степень окисления металла +5, +6, +7 Вывод: оксид кислотный

Помимо типов оксидов, указанных выше, введем также еще два подтипа основных оксидов, исходя из их химической активности, а именно активные основные оксиды и малоактивные основные оксиды.

• К активным основным оксидам отнесем оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (все элементы IA и IIA групп, кроме водорода H, бериллия Be и магния Mg). Например, Na 2 O, CaO, Rb 2 O, SrO и т.д.
• К малоактивным основным оксидам отнесем все основные оксиды, которые не попали в список активных основных оксидов . Например, FeO, CuO, CrO и т.д.

Логично предположить, что активные основные оксиды часто вступают в те реакции, в которые не вступают малоактивные.
Следует отметить, что несмотря на то что фактически вода является оксидом неметалла (H 2 O), обычно ее свойства рассматривают в отрыве от свойств иных оксидов. Обусловлено это ее специфически огромным распространением в окружающем нас мире, в связи с чем в большинстве случаев вода является не реагентом, а средой, в которой может осуществляться бесчисленное множество химических реакций. Однако нередко она принимает и непосредственное участие в различных превращениях, в частности, некоторые группы оксидов с ней реагируют.

Какие оксиды реагируют с водой?

Из всех оксидов с водой реагируют только:
1) все активные основные оксиды (оксиды ЩМ и ЩЗМ);
2) все кислотные оксиды, кроме диоксида кремния (SiO 2);

т.е. из вышесказанного следует, что с водой точно не реагируют :
1) все малоактивные основные оксиды;
2) все амфотерные оксиды;
3) несолеобразующие оксиды (NO, N 2 O, CO, SiO).

Способность определить то, какие оксиды могут реагировать с водой даже без умения писать соответствующие уравнения реакций, уже позволяет получить баллы за некоторые вопросы тестовой части ЕГЭ.

Теперь давайте разберемся, как же все-таки те или иные оксиды реагируют с водой, т.е. научимся писать соответствующие уравнения реакций.

Активные основные оксиды , реагируя с водой, образуют соответствующие им гидроксиды. Напомним, что соответствующим оксиду металла является такой гидроксид, который содержит металл в той же степени окисления, что и оксид. Так, например, при реакции с водой активных основных оксидов K +1 2 O и Ba +2 O образуются соответствующие им гидроксиды K +1 OH и Ba +2 (OH) 2:

K 2 O + H 2 O = 2KOH – гидроксид калия

BaO + H 2 O = Ba(OH) 2 – гидроксид бария

Все гидроксиды, соответствующие активным основным оксидам (оксидам ЩМ и ЩЗМ), относятся к щелочам. Щелочами называют все хорошо растворимые в воде гидроксиды металлов, а также малорастворимый гидроксид кальция Ca(OH) 2 (как исключение).

Взаимодействие кислотных оксидов с водой так же, как и реакция активных основных оксидов с водой, приводит к образованию соответствующих гидроксидов. Только в случае кислотных оксидов им соответствуют не основные, а кислотные гидроксиды, чаще называемые кислородсодержащими кислотами . Напомним, что соответствующей кислотному оксиду является такая кислородсодержащая кислота, которая содержит кислотообразующий элемент в той же степени окисления, что и в оксиде.

Таким образом, если мы, например, хотим записать уравнение взаимодействия кислотного оксида SO 3 с водой, прежде всего мы должны вспомнить основные, изучаемые в рамках школьной программы, серосодержащие кислоты. Таковыми являются сероводородная H 2 S, сернистая H 2 SO 3 и серная H 2 SO 4 кислоты. Cероводородная кислота H 2 S, как легко заметить, не является кислородсодержащей, поэтому ее образование при взаимодействии SO 3 с водой можно сразу исключить. Из кислот H 2 SO 3 и H 2 SO 4 серу в степени окисления +6, как в оксиде SO 3 , содержит только серная кислота H 2 SO 4 . Поэтому именно она и будет образовываться в реакции SO 3 с водой:

H 2 O + SO 3 = H 2 SO 4

Аналогично оксид N 2 O 5 , содержащий азот в степени окисления +5, реагируя с водой, образует азотную кислоту HNO 3 , но ни в коем случае не азотистую HNO 2 , поскольку в азотной кислоте степень окисления азота, как и в N 2 O 5 , равна +5, а в азотистой — +3:

N +5 2 O 5 + H 2 O = 2HN +5 O 3

Взаимодействие оксидов друг с другом

Прежде всего нужно четко усвоить тот факт, что среди солеобразующих оксидов (кислотных, основных, амфотерных) практически никогда не протекают реакции между оксидами одного класса, т.е. в подавляющем большинстве случаев невозможно взаимодействие:

1) основный оксид + основный оксид ≠

2) кислотный оксид + кислотный оксид ≠

3) амфотерный оксид + амфотерный оксид ≠

В то время, как практически всегда возможно взаимодействие между оксидами, относящимися к разным типам, т.е. практически всегда протекают реакции между:

1) основным оксидом и кислотным оксидом;

2) амфотерным оксидом и кислотным оксидом;

3) амфотерным оксидом и основным оксидом.

В результате всех таких взаимодействий всегда продуктом является средняя (нормальная) соль.

Рассмотрим все указанные пары взаимодействий более детально.

В результате взаимодействия:

Me x O y + кислотный оксид, где Me x O y – оксид металла (основный или амфотерный)

образуется соль, состоящая из катиона металла Me (из исходного Me x O y) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.

Для примера попробуем записать уравнения взаимодействия следующих пар реагентов:

Na 2 O + P 2 O 5 и Al 2 O 3 + SO 3

В первой паре реагентов мы видим основный оксид (Na 2 O) и кислотный оксид (P 2 O 5). Во второй – амфотерный оксид (Al 2 O 3) и кислотный оксид (SO 3).

Как уже было сказано, в результате взаимодействия основного/амфотерного оксида с кислотным образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного основного/амфотерного оксида) и кислотного остатка кислоты, соответствующей исходному кислотному оксиду.

Таким образом, при взаимодействии Na 2 O и P 2 O 5 должна образоваться соль, состоящая из катионов Na + (из Na 2 O) и кислотного остатка PO 4 3- , поскольку оксиду P +5 2 O 5 соответствует кислота H 3 P +5 O 4 . Т.е. в результате такого взаимодействия образуется фосфат натрия:

3Na 2 O + P 2 O 5 = 2Na 3 PO 4 — фосфат натрия

В свою очередь, при взаимодействии Al 2 O 3 и SO 3 должна образоваться соль, состоящая из катионов Al 3+ (из Al 2 O 3) и кислотного остатка SO 4 2- , поскольку оксиду S +6 O 3 соответствует кислота H 2 S +6 O 4 . Таким образом, в результате данной реакции получается сульфат алюминия:

Al 2 O 3 + 3SO 3 = Al 2 (SO 4) 3 — сульфат алюминия

Более специфическим является взаимодействие между амфотерными и основными оксидами. Данные реакции осуществляют при высоких температурах, и их протекание возможно благодаря тому, что амфотерный оксид фактически берет на себя роль кислотного. В результате такого взаимодействия образуется соль специфического состава, состоящая из катиона металла, образующего исходный основный оксид и «кислотного остатка»/аниона, в состав которого входит металл из амфотерного оксида. Формулу такого «кислотного остатка»/аниона в общем виде можно записать как MeO 2 x — , где Me – металл из амфотерного оксида, а х = 2 в случае амфотерных оксидов с общей формулой вида Me +2 O (ZnO, BeO, PbO) и x = 1 – для амфотерных оксидов с общей формулой вида Me +3 2 O 3 (например, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 и Fe 2 O 3).

Попробуем записать в качестве примера уравнения взаимодействия

ZnO + Na 2 O и Al 2 O 3 + BaO

В первом случае ZnO является амфотерным оксидом с общей формулой Me +2 O, а Na 2 O – типичный основный оксид. Согласно сказанному выше, в результате их взаимодействия должна образоваться соль, состоящая из катиона металла, образующего основный оксид, т.е. в нашем случае Na + (из Na 2 O) и «кислотного остатка»/аниона c формулой ZnO 2 2- , поскольку амфотерный оксид имеет общую формулу вида Me +2 O. Таким образом, формула получаемой соли при соблюдении условия электронейтральности одной ее структурной единицы («молекулы») будет иметь вид Na 2 ZnO 2:

ZnO + Na 2 O =t o => Na 2 ZnO 2

В случае взаимодействующей пары реагентов Al 2 O 3 и BaO первое вещество является амфотерным оксидом с общей формулой вида Me +3 2 O 3 , а второе — типичным основным оксидом. В этом случае образуется соль, содержащая катион металла из основного оксида, т.е. Ba 2+ (из BaO) и «кислотного остатка»/аниона AlO 2 — . Т.е. формула получаемой соли при соблюдении условия электронейтральности одной ее структурной единицы («молекулы») будет иметь вид Ba(AlO 2) 2 , а само уравнение взаимодействия запишется как:

Al 2 O 3 + BaO =t o => Ba(AlO 2) 2

Как мы уже писали выше, практически всегда протекает реакция:

Me x O y + кислотный оксид ,

где Me x O y – либо основный, либо амфотерный оксид металла.

Однако следует запомнить два «привередливых» кислотных оксида – углекислый газ (CO 2) и сернистый газ (SO 2). «Привередливость» их заключается в том, что несмотря на явные кислотные свойства, активности CO 2 и SO 2 недостаточно для их взаимодействия с малоактивными основными и амфотерными оксидами. Из оксидов металлов они реагируют только с активными основными оксидами (оксидами ЩМ и ЩЗМ). Так, например, Na 2 O и BaO, являясь активными основными оксидами, могут с ними реагировать:

CO 2 + Na 2 O = Na 2 CO 3

SO 2 + BaO = BaSO 3

В то время, как оксиды CuO и Al 2 O 3 , не относящиеся к активным основным оксидам, в реакцию с CO 2 и SO 2 не вступают:

CO 2 + CuO ≠

CO 2 + Al 2 O 3 ≠

SO 2 + CuO ≠

SO 2 + Al 2 O 3 ≠

Взаимодействие оксидов с кислотами

С кислотами реагируют основные и амфотерные оксиды. При этом образуются соли и вода:

FeO + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 O

Несолеобразующие оксиды не реагируют с кислотами вообще, а кислотные оксиды не реагируют с кислотами в большинстве случаев.

Когда все-таки кислотный оксид реагирует с кислотой?

Решая часть ЕГЭ с вариантами ответа, вы должны условно считать, что кислотные оксиды не реагируют ни с кислотными оксидами, ни с кислотами, за исключением следующих случаев:

1) диоксид кремния, будучи кислотным оксидом, реагирует с плавиковой кислотой, растворяясь в ней. В частности, благодаря этой реакции в плавиковой кислоте можно растворить стекло. В случае избытка HF уравнение реакции имеет вид:

SiO 2 + 6HF = H 2 + 2H 2 O ,

а в случае недостатка HF:

SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O

2) SO 2 , будучи кислотным оксидом, легко реагирует с сероводородной кислотой H 2 S по типу сопропорционирования :

S +4 O 2 + 2H 2 S -2 = 3S 0 + 2H 2 O

3) Оксид фосфора (III) P 2 O 3 может реагировать с кислотами-окислителями, к которым относятся концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации. При этом степень окисления фосфора повышается от значения +3 до +5:

P 2 O 3	+	2H 2 SO 4	+	H 2 O	=t o =>	2SO 2	+	2H 3 PO 4
		(конц.)

3 P 2 O 3	+	4HNO 3	+	7 H 2 O	=t o =>	4NO	+	6 H 3 PO 4
		(разб.)

2HNO 3	+	3SO 2	+	2H 2 O	=t o =>	3H 2 SO 4	+	2NO
(разб.)

Взаимодействие оксидов с гидроксидами металлов

С гидроксидами металлов как основными, так и амфотерными реагируют кислотные оксиды. При этом образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного гидроксида металла) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.

SO 3 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O

Кислотные оксиды, которым соответствуют многоосновные кислоты, с щелочами могут образовывать как нормальные, так и кислые соли:

CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O

CO 2 + NaOH = NaHCO 3

P 2 O 5 + 6KOH = 2K 3 PO 4 + 3H 2 O

P 2 O 5 + 4KOH = 2K 2 HPO 4 + H 2 O

P 2 O 5 + 2KOH + H 2 O = 2KH 2 PO 4

«Привередливые» оксиды CO 2 и SO 2 , активности которых, как уже было сказано, не хватает для протекания их реакции с малоактивными основными и амфотерными оксидами, тем не менее, реагируют с большей частью соответствующих им гидроксидов металлов. Точнее, углекислый и сернистый газы взаимодействуют с нерастворимыми гидроксидами в виде их суспензии в воде. При этом образуются только осно вные соли, называемые гидроксокарбонатами и гидроксосульфитами, а образование средних (нормальных) солей невозможно:

2Zn(OH) 2 + CO 2 = (ZnOH) 2 CO 3 + H 2 O (в растворе)

2Cu(OH) 2 + CO 2 = (CuOH) 2 CO 3 + H 2 O (в растворе)

Однако с гидроксидами металлов в степени окисления +3, например, такими, как Al(OH) 3 , Cr(OH) 3 и т.д., углекислый и сернистый газ не реагируют вовсе.

Следует отметить также особую инертность диоксида кремния (SiO 2), в природе наиболее часто встречаемого в виде обычного песка. Данный оксид является кислотным, однако из гидроксидов металлов способен реагировать только с концентрированными (50-60%) растворами щелочей, а также с чистыми (твердыми) щелочами при сплавлении. При этом образуются силикаты:

2NaOH + SiO 2 =t o => Na 2 SiO 3 + H 2 O

Амфотерные оксиды из гидроксидов металлов реагируют только со щелочами (гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов). При этом при проведении реакции в водных растворах образуются растворимые комплексные соли:

ZnO + 2NaOH + H 2 O = Na 2 — тетрагидроксоцинкат натрия

BeO + 2NaOH + H 2 O = Na 2 — тетрагидроксобериллат натрия

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na — тетрагидроксоалюминат натрия

Cr 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O = 2Na 3 — гексагидроксохромат (III) натрия

А при сплавлении этих же амфотерных оксидов со щелочами получаются соли, состоящие из катиона щелочного или щелочноземельного металла и аниона вида MeO 2 x — , где x = 2 в случае амфотерного оксида типа Me +2 O и x = 1 для амфотерного оксида вида Me 2 +2 O 3:

ZnO + 2NaOH =t o => Na 2 ZnO 2 + H 2 O

BeO + 2NaOH =t o => Na 2 BeO 2 + H 2 O

Al 2 O 3 + 2NaOH =t o => 2NaAlO 2 + H 2 O

Cr 2 O 3 + 2NaOH =t o => 2NaCrO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + 2NaOH =t o => 2NaFeO 2 + H 2 O

Следует отметить, что соли, получаемые сплавлением амфотерных оксидов с твердыми щелочами, могут быть легко получены из растворов соответствующих комплексных солей их упариванием и последующим прокаливанием:

Na 2 =t o => Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O

Na =t o => NaAlO 2 + 2H 2 O

Взаимодействие оксидов со средними солями

Чаще всего средние соли с оксидами не реагируют.

Однако следует выучить следующие исключения из данного правила, часто встречающиеся на экзамене.

Одним из таких исключений является то, что амфотерные оксиды, а также диоксид кремния (SiO 2) при их сплавлении с сульфитами и карбонатами вытесняют из последних сернистый (SO 2) и углекислый (CO 2) газы соответственно. Например:

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 =t o => 2NaAlO 2 + CO 2

SiO 2 + K 2 SO 3 =t o => K 2 SiO 3 + SO 2

Также к реакциям оксидов с солями можно условно отнести взаимодействие сернистого и углекислого газов с водными растворами или взвесями соответствующих солей — сульфитов и карбонатов, приводящее к образованию кислых солей:

Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2NaHCO 3

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2

Также сернистый газ при пропускании его через водные растворы или взвеси карбонатов вытесняет из них углекислый газ благодаря тому, что сернистая кислота является более сильной и устойчивой кислотой, чем угольная:

K 2 СO 3 + SO 2 = K 2 SO 3 + CO 2

ОВР с участием оксидов

Восстановление оксидов металлов и неметаллов

Аналогично тому, как металлы могут реагировать с растворами солей менее активных металлов, вытесняя последние в свободном виде, оксиды металлов при нагревании также способны реагировать с более активными металлами.

Напомним, что сравнить активность металлов можно либо используя ряд активности металлов, либо, если одного или сразу двух металлов нет в ряду активности, по их положению относительно друг друга в таблице Менделеева: чем ниже и левее металл, тем он более активен. Также полезно помнить, что любой металл из семейства ЩМ и ЩЗМ будет всегда активнее металла, не являющегося представителем ЩМ или ЩЗМ.

В частности, на взаимодействии металла с оксидом менее активного металла основан метод алюмотермии, используемый в промышленности для получения таких трудновосстанавливаемых металлов, как хром и ванадий:

Cr 2 O 3 + 2Al =t o => Al 2 O 3 + 2Cr

При протекании процесса алюмотермии образуется колоссальное количество тепла, а температура реакционной смеси может достигать более 2000 o C.

Также оксиды практически всех металлов, находящихся в ряду активности правее алюминия, могут быть восстановлены до свободных металлов водородом (H 2), углеродом (C) и угарным газом (CO) при нагревании. Например:

Fe 2 O 3 + 3CO =t o => 2Fe + 3CO 2

CuO + C =t o => Cu + CO

FeO + H 2 =t o => Fe + H 2 O

Следует отметить, что в случае, если металл может иметь несколько степеней окисления, при недостатке используемого восстановителя возможно также неполное восстановление оксидов. Например:

Fe 2 O 3 + CO =t o => 2FeO + CO 2

4CuO + C =t o => 2Cu 2 O + CO 2

Оксиды активных металлов (щелочных, щелочноземельных, магния и алюминия) с водородом и угарным газом не реагируют .

Однако оксиды активных металлов реагируют с углеродом, но иначе, чем оксиды менее активных металлов.

В рамках программы ЕГЭ, чтобы не путаться, следует считать, что в результате реакции оксидов активных металлов (до Al включительно) с углеродом образование свободного ЩМ, ЩЗМ, Mg, а также Al невозможно. В таких случаях происходит образование карбида металла и угарного газа. Например:

2Al 2 O 3 + 9C =t o => Al 4 C 3 + 6CO

CaO + 3C =t o => CaC 2 + CO

Оксиды неметаллов нередко могут быть восстановлены металлами до свободных неметаллов. Так, например, оксиды углерода и кремния при нагревании реагируют с щелочными, щелочноземельными металлами и магнием:

CO 2 + 2Mg =t o => 2MgO + C

SiO 2 + 2Mg =t o => Si + 2MgO

При избытке магния последнее взаимодействие может приводить также к образованию силицида магния Mg 2 Si:

SiO 2 + 4Mg =t o => Mg 2 Si + 2MgO

Оксиды азота могут быть относительно легко восстановлены даже менее активными металлами, например, цинком или медью:

Zn + 2NO =t o => ZnO + N 2

NO 2 + 2Cu =t o => 2CuO + N 2

Взаимодействие оксидов с кислородом

Для того чтобы в заданиях реального ЕГЭ суметь ответить на вопрос, реагирует ли какой-либо оксид с кислородом (O 2), прежде всего нужно запомнить, что оксиды, способные реагировать с кислородом (из тех, что могут попасться вам на самом экзамене) могут образовать только химические элементы из списка:

Встречающиеся в реальном ЕГЭ оксиды любых других химических элементов с кислородом реагировать не будут (!) .

Для более наглядного удобного запоминания перечисленных выше списка элементов, на мой взгляд, удобна следующая иллюстрация:

Все химические элементы, способные образовывать оксиды, реагирующие с кислородом (из встречающегося на экзамене)

В первую очередь, среди перечисленных элементов следует рассмотреть азот N, т.к. отношение его оксидов к кислороду заметно отличается от оксидов остальных элементов приведенного выше списка.

Следует четко запомнить тот факт, что всего азот способен образовать пять оксидов, а именно:

Из всех оксидов азота с кислородом может реагировать только NO. Данная реакция протекает очень легко при смешении NO как с чистым кислородом, так и с воздухом. При этом наблюдается быстрое изменение окраски газа с бесцветной (NO) на бурую (NO 2):

2NO	+	O 2	=	2NO 2
бесцветный				бурый

Для того чтобы дать ответ на вопрос — реагирует ли с кислородом какой-либо оксид любого другого из перечисленных выше химических элементов (т.е. С, Si , P , S , Cu , Mn , Fe , Cr ) — прежде всего обязательно нужно запомнить их основные степени окисления (СО). Вот они:

Далее нужно запомнить тот факт, что из возможных оксидов указанных выше химических элементов, с кислородом будут реагировать только те, которые содержат элемент в минимальной, среди указанных выше, степени окисления. При этом степень окисления элемента повышается до ближайшего положительного значения из возможных:

элемент	Отношение его оксидов к кислороду
С	Минимальная среди основных положительных степеней окисления углерода равна +2 , а ближайшая к ней положительная — +4 . Таким образом, с кислородом из оксидов C +2 O и C +4 O 2 реагирует только CO. При этом протекает реакция: 2C +2 O + O 2 =t o => 2C +4 O 2 CO 2 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +4 – высшая степень окисления углерода.
Si	Минимальная среди основных положительных степеней окисления кремния равна +2, а ближайшая к ней положительная — +4. Таким образом, с кислородом из оксидов Si +2 O и Si +4 O 2 реагирует только SiO. Из-за некоторых особенностей оксидов SiO и SiO 2 возможно окисление лишь части атомов кремния в оксиде Si +2 O. Т.е. в результате его взаимодействия с кислородом, образуется смешанный оксид, содержащий как кремний в степени окисления +2, так и кремний в степени окисления +4, а именно Si 2 O 3 (Si +2 O·Si +4 O 2): 4Si +2 O + O 2 =t o => 2Si +2 ,+4 2 O 3 (Si +2 O·Si +4 O 2) SiO 2 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +4 – высшая степень окисления кремния.
P	Минимальная среди основных положительных степеней окисления фосфора равна +3, а ближайшая к нему положительная — +5. Таким образом, с кислородом из оксидов P +3 2 O 3 и P +5 2 O 5 реагирует только P 2 O 3 . При этом протекает реакция доокисления фосфора кислородом от степени окисления +3 до степени окисления +5: P +3 2 O 3 + O 2 =t o => P +5 2 O 5 P +5 2 O 5 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +5 – высшая степень окисления фосфора.
S	Минимальная среди основных положительных степеней окисления серы равна +4, а ближайшая к ней по значению положительная — +6. Таким образом, с кислородом из оксидов S +4 O 2 , S +6 O 3 реагирует только SO 2 . При этом протекает реакция: 2S +4 O 2 + O 2 =t o => 2S +6 O 3 2S +6 O 3 + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +6 – высшая степень окисления серы.
Cu	Минимальная среди положительных степеней окисления меди равна +1, а ближайшая к ней по значению — положительная (и единственная) +2. Таким образом, с кислородом из оксидов Cu +1 2 O, Cu +2 O реагирует только Cu 2 O. При этом протекает реакция: 2Cu +1 2 O + O 2 =t o => 4Cu +2 O CuO + O 2 ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +2 – высшая степень окисления меди.
Cr	Минимальная среди основных положительных степеней окисления хрома равна +2, а ближайшая к ней по значению положительная равна +3. Таким образом, с кислородом из оксидов Cr +2 O, Cr +3 2 O 3 и Cr +6 O 3 реагирует только CrO, при этом окисляясь кислородом до соседней (из возможных) положительной степени окисления, т.е. +3: 4Cr +2 O + O 2 =t o => 2Cr +3 2 O 3 Cr +3 2 O 3 + O 2 ≠ — реакция не протекает, несмотря на то что существует оксид хрома и в большей, чем +3, степени окисления (Cr +6 O 3). Невозможность протекания данной реакции связана с тем, что требуемый для ее гипотетического осуществления нагрев сильно превышает температуру разложения оксида CrO 3 . Cr +6 O 3 + O 2 ≠ — данная реакция не может протекать в принципе, т.к. +6 – высшая степень окисления хрома.
Mn	Минимальная среди основных положительных степеней окисления марганца равна +2, а ближайшая к ней положительная — +4. Таким образом, с кислородом из возможных оксидов Mn +2 O, Mn +4 O 2 , Mn +6 O 3 и Mn +7 2 O 7 реагирует только MnO, при этом окисляясь кислородом до соседней (из возможных) положительной степени окисления, т.е. +4: 2Mn +2 O + O 2 =t o => 2Mn +4 O 2 в то время, как: Mn +4 O 2 + O 2 ≠ и Mn +6 O 3 + O 2 ≠ — реакции не протекают, несмотря на то что существует оксид марганца Mn 2 O 7 , содержащий Mn в большей, чем +4 и +6, степени окисления. Связанно это с тем, что требуемый для дальнейшего гипотетического окисления оксидов Mn +4 O 2 и Mn +6 O 3 нагрев существенно превышает температуру разложения получаемых оксидов MnO 3 и Mn 2 O 7. Mn +7 2 O 7 + O 2 ≠ — данная реакция невозможна в принципе, т.к. +7 – высшая степень окисления марганца.
Fe	Минимальная среди основных положительных степеней окисления железа равна +2 , а ближайшая к ней среди возможных — +3 . Несмотря на то что для железа существует степень окисления +6, кислотного оксида FeO 3 , впрочем, как и соответствующей ему «железной» кислоты не существует. Таким образом, из оксидов железа с кислородом могут реагировать только те оксиды, которые содержат Fe в степени окисления +2. Это либо оксид Fe +2 O, либо смешанный оксид железа Fe +2 ,+3 3 O 4 (железная окалина): 4Fe +2 O + O 2 =t o => 2Fe +3 2 O 3 или 6Fe +2 O + O 2 =t o => 2Fe +2,+3 3 O 4 смешанный оксид Fe +2,+3 3 O 4 может быть доокислен до Fe +3 2 O 3: 4Fe +2 ,+3 3 O 4 + O 2 =t o => 6Fe +3 2 O 3 Fe +3 2 O 3 + O 2 ≠ — протекание данной реакции невозможно в принципе, т.к. оксидов, содержащих железо в степени окисления выше, чем +3, не существует.

В природе существует три класса неорганических химических соединений: соли, гидроксиды и оксиды. Первые являются соединениями атома металла с кислотным остатком, к примеру, СІ-. Вторые подразделяются на кислоты и основания. Молекулы первых из них состоят из катионов Н+ и кислотного остатка, например, SO 4 -. Основания же имеют в своем составе катион металла, к примеру, К+, и анион в виде гидроксильной группы ОН-. А оксиды, в зависимости от своих свойств, делятся на кислотные и основные. О последних мы и расскажем в этой статье.

Определение

Основные оксиды — это вещества, состоящие из двух химических элементов, одним из которых обязательно является оксиген, а вторым — металл. При добавлении воды к веществам этого типа образуются основания.

Химические свойства основных оксидов

Вещества данного класса в первую очередь способны вступать в реакцию с водой, вследствие которой получается основание. Для примера можно привести следующее уравнение: СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 .

Реакции с кислотами

Если основные оксиды смешать с кислотами, можно получить соли и воду. К примеру, если к оксиду калия добавить хлоридную кислоту, получим хлорид калия и воду. Уравнение реакции будет выглядеть таким образом: К 2 О + 2НСІ = 2КСІ + Н 2 О.

Взаимодействие с кислотными оксидами

Такого рода химические реакции приводят к образованию солей. Например, если к оксиду кальция добавить углекислый газ, получим карбонат кальция. Данную реакцию можно выразить в виде следующего уравнения: СаО + СО 2 = СаСО 3 . Подобного рода химическое взаимодействие может произойти только под воздействием высокой температуры.

Амфотерные и основные оксиды

Эти вещества также могут взаимодействовать между собой. Это происходит, потому что первые из них имеют свойства как кислотных, так и основных оксидов. В результате подобных химических взаимодействий образуются сложные соли. Для примера приведем уравнение реакции, которая происходит при смешивании оксида калия (основного) с оксидом алюминия (амфотерным): К 2 О + АІ 2 О 3 = 2КАІО 2 . Полученное при этом вещество называется алюминат калия. Если смешать те же реагенты, но еще и добавить воду, то реакция пройдет следующим образом: К 2 О + АІ 2 О 3 + 4Н 2 О = 2К. Вещество, которое образовалось, называется тетрагидроксоалюминат калия.

Физические свойства

Разнообразные основные оксиды весьма отличаются друг от друга по физическим свойствам, однако все они в основном при нормальных условиях пребывают в твердом агрегатном состоянии, имеют высокую температуру плавления.

Давайте рассмотрим каждое химическое соединение по отдельности. Оксид калия выглядит как твердое вещество светло-желтого цвета. Плавится при температуре +740 градусов по шкале Цельсия. Оксид натрия представляет собой бесцветные кристаллы. Превращаются в жидкость при температуре +1132 градуса. Оксид кальция представлен белыми кристаллами, которые плавятся при +2570 градусах. Диоксид железа выглядит как черный порошок. Принимает жидкое агрегатное состояние при температуре +1377 градусов Цельсия. Оксид магния похож на соединение кальция — это также кристаллы белого цвета. Плавится при +2825 градусах. Оксид лития представляет собой прозрачные кристаллы с температурой плавления +1570 градусов. Данное вещество обладает высокой гигроскопичностью. Оксид бария выглядит так же, как и предыдущее химическое соединения, температура, при которой оно принимает жидкое состояние, чуть выше — +1920 градусов. Оксид ртути — порошок оранжево-красного цвета. При температуре +500 градусов по Цельсию данное химическое вещество разлагается. Оксид хрома — это порошок темно-красной расцветки с такой же температурой плавления, как и у соединения лития. Оксид цезия обладает такой же окраской, как и ртути. Разлагается под воздействием солнечной энергии. Оксид никеля — кристаллы зеленого цвета, превращаются в жидкость при температуре +1682 градуса по шкале Цельсия. Как видите, физические свойства всех веществ данной группы обладают многими общими чертами, хотя и имеют некоторые различия. Оксид купрума (меди) выглядит как кристаллы, обладающие черной окраской. В жидкое агрегатное состояние переходит при температуре +1447 градус по Цельсию.

Как добывают химические вещества этого класса?

Основные оксиды можно получить путем проведения реакции между металлом и кислородом под воздействием высокой температуры. Уравнение такого взаимодействия выглядит следующим образом: 4К + О 2 = 2К 2 О. Второй способ получения химических соединений данного класса — разложение нерастворимого основания. Уравнение можно записать так: Са(ОН) 2 = СаО + Н 2 О. Для осуществления подобного рода реакции необходимы специальные условия в виде высоких температур. Кроме того, основные оксиды также образуются при разложении определенных солей. Примером может служить такое уравнение: СаСО 3 = СаО + СО 2 . Таким образом, образовался еще и кислотный оксид.

Использование основных оксидов

Химические соединения данной группы находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Далее рассмотрим использование каждого из них. Оксид алюминия применяют в стоматологии для изготовления зубных протезов. Его также используют при производстве керамики. Оксид кальция является одним из компонентов, участвующих в изготовлении силикатного кирпича. Также он может выступать в роли огнеупорного материала. В пищевой промышленности это добавка Е529. Оксид калия — один из ингредиентов минеральных удобрений для растений, натрия — используется в химической промышленности, в основном при получении гидроксида этого же металла. Оксид магния также применяют в пищевой отрасли, в качестве добавки под номером Е530. Кроме того, он является средством против повышения кислотности желудочного сока. Оксид бария применяется в химических реакциях в качестве катализатора. Диоксид железа используют в производстве чугуна, керамики, красок. Он также является пищевым красителем по номером Е172. Оксид никеля придает стеклу зеленый цвет. Кроме того, он используется в синтезе солей и катализаторов. Оксид лития — один из компонентов в производстве некоторых видов стекла, он повышает прочность материала. Соединение цезия выступает в роли катализатора для проведения некоторых химических реакций. Оксид купрума, как и некоторые другие, находит свое применение в изготовлении специальных видов стекла, а также для получения чистой меди. При производстве красок и эмалей он используется в качестве пигмента, придающего синий цвет.

Вещества данного класса в природе

В естественной среде химические соединения этой группы встречаются в виде минералов. В основном это кислотные оксиды, но среди других также они встречаются. К примеру, соединение алюминия — корунд.

В зависимости от присутствующих в нем примесей, он может быть различного цвета. Среди вариаций на основе АІ 2 О 3 можно выделить рубин, который имеет красную расцветку, и сапфир — минерал, обладающий синей окраской. Это же химическое вещество можно встретить в природе и в виде глинозема. Соединение купрума с оксигеном встречается в природе в виде минерала тенорита.

Заключение

В качестве вывода можно сказать, что все вещества, рассмотренные в данной статье, обладают похожими физическими и аналогичными химическими свойствами. Они находят свое применение во многих отраслях промышленности — от фармацевтической до пищевой.

Видеоурок 2: Химические свойства основных оксидов

Лекция: Характерные химические свойства оксидов: основных, амфотерных, кислотных

Оксиды - бинарные соединения (сложные вещества), состоящие из кислорода со степенью окисления -2 и другого элемента.

По своим химическим способностям образовывать соли все оксиды подразделены на две группы:

• солеобразующие,
• несолеобразующие.

Солеообразующие в свою очередь подразделены на три группы: основные, ксилотные, амфотерные. К несолеобразующим относятся оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO, оксид кремния(II) SiO.

Основные оксиды - это оксиды, проявляющие основные свойства, образованные щелочными и щелочноземельными металлами в степенях окисления +1,+2, а также переходными металлами в низших степенях окисления.

Данной группе оксидов соответствуют основания: К 2 О – КОН; ВаО – Ва(ОН) 2 ; La 2 O 3 – La(OH) 3 .

Кислотные оксиды - это оксиды, проявляющие кислотные свойства, образованные типичными неметаллами, а также некоторыми переходными металлами в степенях окисления от +4 до +7.

Данной группе оксидов соответствуют кислоты: SO 3 –H 2 SO 4 ; CO 2 – H 2 CO 3 ; SO 2 – H 2 SO 3 и т.д.

Амфотерные оксиды - это оксиды, проявляющие основные и кислотные свойства, образованные переходными металлами в степенях окисления +3,+4. Искл.: ZnO, BeO, SnO, PbO.

Данной группе оксидов соответствуют амфотерные основания: ZnO – Zn(OH) 2 ; Al 2 O 3 – Al(OH) 3 .

Рассмотрим химические свойства оксидов:

Реагент	Основные оксиды	Амфотерные оксиды	Кислотные оксиды
Вода	Реагируют. Пример: CaO + H 2 O → Ca(OH) 2	Не реагируют	Реагируют. Пример: SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4
Кислота	Реагируют. Пример: Fe 2 O 3 + 6HCl → 2FeCl 3 + 3H 2 O	Реагируют. Пример: ZnO + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 O	Не реагируют
Основание	Не реагируют	Реагируют. Пример: ZnO + 2NaOH + H 2 O → Na 2	Реагируют. Пример: 2NaOH + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + H 2 O
Основный оксид	Не реагируют	Реагируют. Пример: ZnO + CaO → CaZnO 2	Реагируют. Пример: SiO 2 + CaO → CaSiO 3
Кислотный оксид	Реагируют. Пример: CaO + CO 2 → CaCO 3	Реагируют. Пример: ZnO + SiO 2 → ZnSiO 3	Не реагируют
Амфотерный оксид	Реагируют. Пример: Li 2 O + Al 2 O 3 → 2LiAlO	Реагируют	Реагируют. Пример: Al 2 O 3 + 3SO 3 → Al 2 (SO 4) 3

Из приведенной таблицы можно резюмировать следующее :

Основные оксиды наиболее активных металлов взаимодействуют с водой, образуя сильные основания – щелочи. Основные оксиды менее активных металлов, при обычных условиях с водой не реагируют. С кислотами реагируют всегда и все оксиды данной группы, образуя соли и воду. А с основаниями не реагируют.

Кислотные оксиды в большинстве своем реагируют с водой. Но не все реагируют в обычных условиях. С основаниями реагирует все оксиды данной группы, образуя соли и воду. С кислотами не реагируют.

Основные и кислотные оксиды способны реагировать между собой, с последующим образованием соли.

Амфотерные оксиды обладают основными и кислотными свойствами. Поэтому они реагируют и с кислотами, и с основаниями, образуя соли и воду. Амфотерные оксиды реагируют с кислотными и основными оксидами. Так же взаимодействуют и между собой. Чаще всего, данные химические реакции протекают при нагревании с образованием солей.

Это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых - кислород со степенью окисления (-2). Общая формула оксидов: Э m О n , где m - чис­ло атомов элемента Э , а n - число атомов кис­лорода. Оксиды могут быть твердыми (песок SiO 2 , разно­видности кварца), жидкими (оксид водорода H 2 O), газо­образными (оксиды углерода: углекислый CO 2 и угарный СО газы).

Номенклатура химических соединений развивалась по мере накопления фактического материала. Сначала, пока число известных соединений было невелико, широко использовались тривиальные названия, не отражающие состава, строения и свойства вещества, - сурик РЬ 3 О 4 , глет РЬО, жженая магнезия MgO, железная окалина Fe 3 О 4 , веселящий газ N 2 О, белый мышьяк As 2 О 3 На смену тривиальной номенклатуре при шла полусистематическая номенклатура - в название были включены указания числа атомов кислорода в соединении: закись - для более низких, окись - для более высоких степеней окисления; ангидрид - для оксидов кислотного характера.

В настоящее время почти завершен переход к современной номенклатуре. Согласно международной номенклатуре, в названии оксида следует указывать валентность элемента; например, SО 2 - оксид cepы(IV), SО 3 - оксид cepы(VI), CrO - оксид хрома(II), Cr 2 О 3 - оксид хрома(III), CrO 3 - оксид хрома(VI).

По химическим свойствам оксиды подразде­ляются на солеобразующие и несолеобразующие .

Типы оксидов

Несолеобразующими называются такие окси­ды, которые не взаимодействуют ни со щелочами, ни с кислотами и не образуют солей. Их немного, в состав входят неметаллы.

Солеобразующими называются такие оксиды, которые взаимодействуют с кислотами или основа­ниями и образуют при этом соль и воду.

Среди солеобразующих оксидов различают ок­сиды основные, кислотные, амфотерные.

Основные оксиды - это такие оксиды, кото­рым соответствуют основания. Например: CuO со­ответствует основание Cu(OH) 2 , Na 2 O - основание NaOH, Cu 2 O - CuOH и т. д.

Оксиды в таблице Менделеева

Типичные реакции основных оксидов

1. Основный оксид + кислота = соль + вода (реак­ция обмена):

2. Основный оксид + кислотный оксид = соль (реакция соединения):

3. Основный оксид + вода = щелочь (реакция со­единения):

Кислотные оксиды - это такие оксиды, кото­рым соответствуют кислоты. Это оксиды неметал­лов: N 2 O 5 соответствует HNO 3 , SO 3 - H 2 SO 4 , CO 2 - H 2 CO 3 , P 2 O 5 - H 4 PO 4 а также оксиды металлов с большим значением степеней окисления: Cr 2 +6 O 3 соответствует H 2 CrO 4 , Mn 2 +7 O 7 - HMnO 4 .

Типичные реакции кислотных оксидов

1. Кислотный оксид + основание = соль + вода (реакция обмена):

2. Кислотный оксид + основный оксид соль (реакция соединения):

3. Кислотный оксид + вода = кислота (реакция соединения):

Такая реакция возможна, только если кислот­ный оксид растворим в воде.

Амфотерными называются оксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные или кислотные свойства. Это ZnO, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , V 2 O 5 .

Амфотерные оксиды с водой непосредственно не соединяются.

Типичные реакции амфотерных оксидов

1. Амфотерный оксид + кислота = соль + вода (ре­акция обмена):

2. Амфотерный оксид + основание = соль + вода или комплексное соединение:

Основные оксиды. К основным относят оксиды типичных металлов, им соответствуют гидроксиды, обладающие свойствами оснований.

Получение основных оксидов

Окисление металлов при нагревании в атмосфере кислорода.

2Mg + O 2 = 2MgO

2Cu + O 2 = 2CuO

Метод неприменим для получения оксидов щелочных металлов. В реакции с кислородом щелочные металлы обычно дают пероксиды, поэтому оксиды Na 2 O, К 2 O труднодоступны.

Обжиг сульфидов

2CuS + 3O 2 = 2CuO + 2SO 2

4FeS 2 + 110 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

Метод неприменим для сульфидов активных металлов, окисляю­щихся до сульфатов.

Разложение гидроксидов

Cu(OH) 2 = СuО + Н 2 О

Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.

Разложение солей кислородсодержащих кислот.

ВаСO 3 = ВаО + СO 2

2Pb(NO 3) 2 = 2РЬО + 4N0 2 + O 2

4FeSO 4 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 + O 2

Разложение легко осуществляется для нитратов и карбонатов, в том числе и для основных солей.

2 CO 3 = 2ZnO + СO 2 + Н 2 O

Получение кислотных оксидов

Кислотные оксиды представлены оксидами неметаллов или переходных металлов в высоких степенях окис­ления. Они могут быть получены методами, аналогичными методам получения основных оксидов, например:

1. 4Р + 5O 2 = 2Р 2 O 5
2. 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2
3. K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 = 2CrO 3 ↓ + K 2 SO 4 + H 2 O
4. Na 2 SiO 3 + 2HCl = 2NaCl + SiO 2 ↓ + H 2 O