Чалова Химия

21

Поэтому амфотерные оксиды и гидроксиды могут взаимодействовать как с кислотами, так и с основаниями. При взаимодействии с более сильными кислотами амфотерные соединения проявляют свойства оснований.

ZnO + SO3 → ZnSO4 + H2O

кислотный

оксид

Zn(OH)2 + H2SO4 → ZnSO4 + H2O

основные кислота соединения

При взаимодействии с сильными основаниями амфотерные соединения проявляют свойства кислот, образуя соответствующие соли. Состав соли зависит от условий проведения реакции. При сплавлении образуются простые

«обезвоженные» соли.

to

(тв) (тв)

В водных растворах щелочей образуются комплексные соли:

2NaOH + Zn(OH)2 → Na2[Zn(OH)4]

7.3.Закономерности изменения кислотно-основных свойств оксидов

игидроксисоединений

Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксисоединений закономер-

но изменяются по периоду и подгруппе.

В составе гидроксисоединений всегда присутствует фрагмент

I II ―Э–– О ––Н

Например:

Кислотно-основные свойства вещества определяются типом химических связей I и II . Ионный тип химической связи I определяет её относительно легкую диссоциацию в растворе с образованием ОН—ионов

―Э― О Н → ―Э+1 + ОН—

Вещества с преимущественно ионной связью I проявляют основные свойства. С увеличением электроотрицательности центрального атома (Э) кова-

лентность и прочность связи I возрастают. Одновременно связь II становится

22

более полярной и менее прочной, это определяет её преимущественную диссоциацию в растворе с образованием ионов Н+:

―Э―О―Н ―Э―О— + Н+

Такие соединения проявляют кислотные свойства.

Соединения с прочными промежуточными по характеру – ионноковалентными связями I и II – проявляют амфотерные свойства.

С увеличением электроотрицательности центрального атома (Э) фрагмента ––Э––О––Н усиливаются кислотные и ослабляются основные свойства соответствующего гидроксисоединения в периоде в направлении слева направо и в подгруппе снизу вверх.

Сравним, например, свойства гидроксисоединений элементов III периода и IIA-подгруппы:

Be(OH)2

Амфотерный гидроксид

С увеличением степени окисления элемента (Э+n) возрастает его электроотрицательность и, следовательно, усиливаются кислотные и ослабляются основные свойства соответствующих оксидов и гидроксисоединений.

23

Таблица 7

Сравнительная характеристика свойств оксидов металлов и неметаллов

Генетическая связь между классами неорганических соединений

Основной

оксид

Гидролиз солей – ионно-обменное взаимодействие солей с водой, сопровождающееся разложением соли. Гидролиз – реакция, обратная нейтрализации.

1.Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием (Na2SO4, KCl, CrNO3 и др.), гидролизу не подвергаются, их растворы нейтральны (рН=7).

2.Соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием (NH4Cl, CuSO4, MgCl2 и др.), подвергаются гидролизу по катиону,

В растворе увеличивается концентрация ионов Н+, следовательно, среда в растворе кислая (рН<7).

Процесс гидролиза равновесный, характеризуется константой гидролиза

истепенью гидролиза:

Кгидр.( NH 4 ) ([NH4OH][H ])/[NH4 ] (KH 2O ) /(KNH 4OH ) 10 14 /1,8 10 5 5,5 10 10

Кгидр.( NH 4 ) 1, следовательно, равновесие сильно смещено влево, идет час-

тичный гидролиз.

Степень гидролиза – это отношение молярной концентрации гидролизовавшейся соли к общей молярной концентрации соли в растворе.

h = Mгидр./Mo

Многозарядные катионы слабых оснований подвергаются гидролизу ступенчато:

Рассмотрим гидролиз CuSO4:

Вторая стадия гидролиза идет в гораздо меньшей степени, чем первая, т.е. «подавлена».

3.Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой (Na2CO3, K2S, Na3PO4 и др.), подвергаются гидролизу по аниону,

среда в растворе щелочная (рН>7).

Рассмотрим гидролиз соли CH3COONa.

В растворе увеличивается концентрация ОН– - ионов, следовательно, среда щелочная (рН>7).

4. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой (NH4F, CH3COONH4 и др.), подвергаются гидролизу одновременно по катиону и аниону, среда в растворе близка к нейтральной (слабокислая или слабощелочная, рН≈7).

26

8. Лабораторные работы по теме:

Классификация и свойства неорганических веществ

8.1.Лабораторная работа № 1.

Получение и химические свойства оксидов

Опыт 1. Получение бинарных соединений магния реакцией горения (показательный)

Взять в тигельные щипцы стружку магния и поджечь.

Охарактеризовать внешний вид металлического магния.

Объяснить, почему в обычных условиях металлический магний устойчив на воздухе.

Отметить, как протекает реакция:

-активно или нет, что выделяется;

-стружка магния сгорела полностью или нет, объяснить;

-охарактеризовать внешний вид продуктов реакции;

-охарактеризовать состав воздуха;

-составить уравнения реакций магния с основными компонентами воздуха:

Mg + O2 →

Mg + N2 →

- сделать вывод.

Опыт 2. Взаимодействие продуктов горения магния с водой

Белые порошкообразные продукты горения магния на воздухе (опыт 1) перенести в пробирку с дистиллированной водой, добавить 2 капли индикатора фенолфталеина.

-Отметить наблюдения;

-охарактеризовать растворимость оксида и гидроксида магния в воде;

-объяснить изменение окраски раствора и ответить, какая среда – кислая, нейтральная или щелочная – в полученном растворе;

-составить уравнения реакций взаимодействия бинарных соединений магния с водой:

MgO + H2O →…;

Mg3N2 + H2O →…;

-составить уравнение электролитической диссоциации гидроксида магния;

Mg(OH)2↓ …;

-охарактеризовать кислотно-основные свойства оксида и гидроксида магния.

Опыт 3. Получение оксидов фосфора реакцией горения (показательный)

На металлической ложке внести в стакан горящий красный фосфор. Стакан закрыть стеклянной конической воронкой.

-Охарактеризовать внешний вид красного фосфора;

-отметить, как протекает реакция;

-охарактеризовать внешний вид продуктов реакции;

-составить уравнения реакций горения фосфора:

27

Опыт 4. Взаимодействие оксидов фосфора с водой. Получение раствора ортофосфорной кислоты

Обмыть стеклянную воронку и стенки стакана (опыт 3) дистиллированной водой. Добавить индикатор – метиловый оранжевый:

-охарактеризовать растворимость оксидов фосфора;

-составить уравнения реакции оксидов фосфора с водой:

P2O5 + H2O →…;

P2O3 + H2O →…;

-объяснить изменение окраски раствора и какая среда – кислая, нейтральная или щелочная – в полученном растворе;

-составить уравнения электролитической диссоциации ортофосфорной кислоты:

-составить выражения для констант диссоциации (К1; К2; К3), привести значения констант (табл.1 приложения);

-в каком направлении смещены равновесия диссоциации первой, второй и третьей стадии;

-какая стадия диссоциации осуществляется лучше;

-назвать все полученные соединения и ионы, содержащие фосфор;

-охарактеризовать кислотно-основные свойства оксидов фосфора и ортофосфорной кислоты.

Опыт 5. Получение оксида углерода (IV) разложением малахита [(CuOH)2CO3] и его взаимодействие с водой (показательный)

На дно пробирки поместить небольшое количество измельченного малахита – карбоната гидроксомеди (II). Пробирку закрыть пробкой с газоотводной трубкой и закрепить в штативе в наклонном положении. Газоотводную трубку погрузить в пробирку с дистиллированной водой с 1 каплей индикатора метилоранжа. Пробирку с малахитом нагреть в пламени спиртовки до полного завершения реакции:

-охарактеризовать внешний вид малахита до реакции и какие изменения происходят по мере его нагревания;

-составить уравнение термического разложения карбоната гидроксомеди (II):

to

(CuOH)2CO3 → … + … + …;

-отметить, как изменяется цвет индикатора – метилоранжа в пробирке с дистиллированной водой, дать объяснение;

-составить уравнение реакции взаимодействия оксида углерода (IV) с водой:

CO2 + H2O …;

- составить уравнения диссоциации угольной кислоты:

28

-составить выражения и привести значения (табл.1 приложения) констант диссоциации угольной кислоты по первой и второй стадии;

-охарактеризовать кислотно-основные свойства оксида углерода (IV) и угольной кислоты;

-назвать все полученные соединения и ионы, содержащие углерод;

-привести все известные названия оксида углерода (IV).

Опыт 6. Получение оксида хрома (III) разложением дихромата аммония

На кафельную плитку насыпать немного кристаллов дихромата аммония. Нагреть в пламени горелки стеклянную палочку и внести её в дихромат аммония. Наблюдать энергичное разложение соли.

-Охарактеризовать внешний вид дихромата аммония;

-отметить, как протекает реакция: активно или нет, что выделяется, как изменяется цвет и объем реакционной массы;

-составить уравнение термического разложения дихромата аммония, учитывая, что образуются оксид хрома (III), азот, вода:

(NH4)2Cr2O7 → … + … + …;

- ответить, к какому типу относится эта реакция.

Опыт 7. Сравнение основных свойств оксида кальция и оксида меди (II)

Поместить в первую пробирку 1 микрошпатель оксида кальция, во вторую пробирку – 1 микрошпатель оксида меди (II). В каждую пробирку добавить по 10-12 капель раствора соляной кислоты или разбавленной азотной кислоты. Пробирку с оксидом меди (II) осторожно нагреть.

-Отметить, как протекает реакция, активно или нет, что выделяется, в какой пробирке изменяется окраска раствора;

-какой оксид растворяется полностью;

-составить уравнения основных реакций, учитывая, что образуются соль и вода:

CaO + HCl →…; CuO + HCl →…;

-в какой пробирке наблюдается выделение газа, какой это газ;

-обратить внимание, как хранятся оксид кальция и оксид меди (II), чем могут они загрязняться при хранении на воздухе;

-составить уравнение реакции, протекающей при хранении оксида кальция (негашеной извести) на воздухе:

CaO + CO2 →…;

-составить уравнение реакции примеси карбоната кальция, содержащегося в образце технического оксида кальция, с кислотой:

CaCO3 + HCl →…

-объяснить, почему оксид кальция загрязняется примесью карбоната в большей степени, чем оксид меди (II);

-охарактеризовать кислотно-основные свойства оксида кальция и оксида меди

(II);

-сравнить, какой оксид проявляет более основные свойства.

29

Опыт 8. Растворимость и кислотно-основные свойства оксида хрома (III)

В три пробирки поместить по 1 микрошпателю образовавшегося (опыт 6) оксида хрома (III). В 1-ю пробирку прилить дистиллированной воды, во 2-ю

-раствор соляной кислоты, в 3-ю – раствор гидроксида натрия.

-Отметить изменение окраски растворов, растворимость оксида хрома (III);

-составить уравнения реакций:

Cr2O3 + HCl →…; Cr2O3 + NaOH + H2O →…;

- сделать вывод о свойствах оксида хрома (III).

Контрольные тестовые задания по теме «Получение и химические свойства оксидов»

Задание 1.1.1 При горении алюминия образуется оксид:

Ответы: 1) Al; 2)Al2O3 ; 3) AlO; 4) AlO2 ; 5) AlO3

Задание 1.1.2 При горении бериллия образуется оксид:

Ответы: 1) BeO; 2) BeS; 3) BeO2 ;4) BeO3; 5) Be3N2

Задание 1.1.3 При горении железа образуются оксиды:

Ответы: 1) FeN; 2)FeO, Fe2O3 ; 3)FeN, FeS; 4) FeO, FeCO3; 5) Fe2O3, FeCO3

Задание 1.1.4 При горении кремния образуется оксид:

Ответы: 1) SiO; 2) SiO2; 3) Si2O3; 4)SiS2; 5) Si3N4

Задание 1.1.5 При горении цинка образуется оксид:

Ответы: 1) ZnS; 2) ZnO; 3) ZnO2; 4) Zn3N2; 5) Zn2O3

Задание 1.1.6 При горении хрома образуется оксид:

Ответы: 1) CrC; 2) CrO2; 3) Cr2O3; 4) CrN; 5) CrF3

Задание 1.1.7 При горении фосфора образуются оксиды:

Ответы: 1) PN, PO; 2) P2O3, PO2; 3) P2S3, P2S5; 4) PO, PO2; 5) P2O3, P2O5

Задание 1.1.8 При горении никеля образуется оксид:

Ответы: 1) NiO; 2) NiS; 3) NiO2; 4) NiO3; 5) NiN

Задание 1.1.9 При горении бора образуется оксид:

Ответы: 1) BO; 2) BO2; 3) B2O3; 4) BO3; 5) B2O5

Задание 1.1.10 При горении меди образуется оксид:

Ответы: 1) CuS; 2) Cu(OH)2; 3)Cu2O3; 4) CuO; 5) CuO2

Задание 1.1.11 При горении стронция образуется оксид:

Ответы: 1) SrO; 2) Sr(OH)2; 3)Sr2O; 4) Sr2O3; 5)SrO3

30

Задание 1.1.12 При горении олова образуется оксид:

Ответы: 1) Sn2O; 2) Sn2O3; 3) SnO2; 4) Sn(OH)2; 5) Sn(OH)4

Задание 1.1.13 При горении мышьяка образуются оксиды:

Ответы: 1) As2O3, As2O;2) AsO, As2O5; 3)As2O3, As2O5; 4) As2O, AsO2; 5) As2S3, As2S5

Задание 1.1.14 При горении серы образуется оксид:

Задание 1.1.15 При горении лития образуется оксид:

Ответы: 1) Li2O; 2) LiO; 3) Li2O3; 4) LiO2; 5) LiO3

Задание 1.2.1 Растворением в воде соответствующего оксида можно получить гидроксид:

Ответы: 1) Fe(OH)3 ; 2) RbOH; 3) Fe(OH)3; 4) Mn(OH)2; 5) Co(OH)2

Задание 1.2.2 Растворением в воде соответствующего оксида можно получить гидроксид:

Ответы: 1) Zn(OH)2; 2) Fe(OH)2; 3) KOH ; 4) Pb(OH)2 5) Cu(OH)2

Задание 1.2.3

При растворении оксида серы(IV) в воде образуется кислота:

Ответы: 1) H2SO3; 2) H2SO4 ; 3) H2S; 4) H2S2O3; 5) H2S2O7.

Задание 1.2.4

При растворении оксида серы(VI) в воде образуется кислота:

Ответы: 1) H2SO3; 2) H2SO4 ; 3) H2S; 4) H2S2O3; 5) H2S2O8.

Задание 1.2.5

При растворении оксида азота(V) в воде образуется кислота:

Ответы: 1) HNO3; 2) HNO2 ; 3) NH3; 4) NH4NO3; 5) N2H4.

Задание 1.2.6

При растворении оксида хлора(VII) в воде образуется кислота:

Ответы: 1) HClO3; 2) HClO4 ; 3) HCl; 4) HClO; 5) HClO2.

Задание 1.2.7 При растворении оксида азота(Ш) в воде образуется кислота:

Ответы: 1) HNO3; 2) HNO2 ; 3) NH3; 4) NH4NO3; 5) N2H4.

Задание 1.2.8

При растворении оксида хрома(VI) в воде образуется кислота:

Ответы: 1) H3CrO3; 2) H2CrO4 ; 3) Cr(OH)3; 4) Cr(OH)2; 5) HCrO2.

Задание 1.2.9

При растворении оксида углерода(IV) в воде образуется кислота:

Ответы: 1) H2СO3; 2) H2СO4 ; 3) СH4; 4) HCOOH; 5) CH3COOH.

Задание 1.2.10

При растворении оксида марганца(VII) в воде образуется кислота:

Ответы: 1) H2MnO3; 2) H2MnO4 ; 3) HMnO4; 4) MnO(OH)2; 5) Mn(OH)2.