onch_posobie

2.2.2. Гидроксиды (гидратированные оксиды)

Гидроксиды (рис. 2.1) так же как и оксиды, по характеру делятся на:

1)гидроксиды основного характера – основания;

2)амфотерные гидроксиды – амфолиты;

3)гидроксиды кислотного характера – кислородсодержащие кислоты.

Номенклатура гидроксидов

Систематические названия основных и амфотерных гидроксидов

складываются из слова «гидроксид» и названия элемента в родительном падеже с указанием его степени окисления, если она непостоянна. Например, Ca(OH)2 – гидроксид кальция, Fe(OH)2 – гидроксид железа(II), Fe(OH)3 – гидроксид железа(III). Если электроотрицательная составляющая основного или амфотерного гидроксида включает оксидные и другие ионы, то в названии они перечисляются через дефис с использованием числовых приставок. Примеры: AlO(OH) – гидроксид-оксид алюминия; MnO(OH)2 – дигидроксид-оксид марганца(IV); Zn2(PO4)OH – гидроксидфосфат дицинка; Hg2ClO4(O)OH – гидроксид-оксид-тетраперхлорат дирту-

ти(II).

Для кислот используются систематические, традиционные и специальные названия, причем традиционные и специальные названия наиболее распространены.

Систематические названия кислородсодержащих кислот (оксокислот) строятся из латинского названия элемента следующим образом: в названии аниона вначале указываются атомы кислорода (-оксо-), затем кислотообразующий элемент, к которому добавляется суффикс -ат; другие элементы или группы атомов приобретают соединительную гласную -о-. В круглых скобках римской цифрой указывается степень окисления кислотообразующего элемента. Систематические названия некоторых кислот приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

21

Окончание табл. 2.2

Традиционные названия гидроксидов кислотного характера образуются от кислотообразующего элемента: HNO3 – азотная кислота, H2CrO4 – хромовая кислота (табл. 2.3). В названии отражается степень окисления центрального атома. В случае, если степень окисления центрального атома наивысшая, название кислоты оканчивается на -ная, -евая или -овая; если степень окисления центрального атома меньше наивысшей, то название кислоты оканчивается на –новатая, -истая или -овистая. Например, H2SO4 – серная кислота, H2SO3 – сернистая кислота, HReO4 – рениевая кислота, H3AsO4 – мышьяковая кислота, H3AsO3 – мышьяковистая кислота, HClO3 – хлорноватая кислота. При низшей из возможных для кислородсодержащих кислот степени окисления цетрального атома название кислоты оканчивается на -новатистая. Например, HClO – хлорноватистая, а HBrO – бромноватистая кислоты.

Одному и тому же оксиду могут отвечать несколько кислот, различающихся числом присоединенных оксидом молекул воды. При этом наиболее богатая водой форма имеет приставку орто-, а наименее богатая – мета-. Так, кислота H3PO4, в которой на одну молекулу оксида фосфора

(V) P2O5 приходится три молекулы воды, называется ортофосфорная, а кислота HPO3 – метафосфорная, так как в ней на одну молекулу оксида P2O5 приходится одна молекула воды.

Существуют также поликислоты, возникающие в результате полимеризации анионов. Для обозначения первых представителей таких полисоединений (димеров) используются приставки пиро- или дву-. Например, пиросерная (двусерная) кислота – H2S2O7, пирофосфорная (двуфосфорная) кислота – H4P2O7.

22

При замене в анионе кислоты кислорода на другой элемент название кислоты (и ее аниона) составляется из корней соответствующих элементов и соединительной буквы -о-: H2SO3S – тиосерная кислота, SO3S2- тио- сульфат-ион.

Кислоты, в состав которых также, как и в пероксиде водорода, входят два атома кислорода, связанные ковалентной связью, образуя «цепочку», носят название пероксокислот (надкислот). Например, пероксо-двусерная кислота (надсерная) кислота – H2S2O8, которую можно представить следующей графической формулой (подробнее см. текст перед табл. 2.4):

O O

HO – S – O – O – S – OH

O O

Отношение гидроксидов к воде аналогично поведению соответствующих им оксидов: если оксид растворим в воде, то и соответствующий ему гидроксид также хорошо растворим в воде.

Деление гидроксидов так же, как и оксидов, на основные, амфотерные и кислотные обусловлено их отношением к другим оксидам и гидроксидам:

-основные гидроксиды так же, как и оксиды, реагируют с кислотными оксидами и гидроксидами с образованием солей; с оксидами и гидроксидами основного характера они не взаимодействуют;

-амфотерные гидроксиды так же, как и оксиды, вступают в реакции как с кислотными оксидами и гидроксидами, так и с основными. То есть в зависимости от партнера по реакции амфотерный оксид и гидроксид могут проявлять сами как кислотные, так и основные свойства;

-кислотные гидроксиды так же, как и оксиды, независимо от их растворимости в воде способны взаимодействовать с основными оксидами и гидроксидами с образованием солей; с оксидами и гидроксидами кислотного характера они не взаимодействуют.

2.2.3. Бескислородные кислоты

Наряду с кислотными гидроксидами к классу кислот относятся и бескислородные кислоты (рис. 2.1). Это водные растворы некоторых соединений неметаллов с водородом. Все бескислородные кислоты легколетучи.

Бескислородные кислоты так же, как и кислородсодержащие, реагируют с основными и амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием солей. С оксидами и гидроксидами кислотного характера они не взаимодействуют.

23

Для бескислородных кислот в основном используются специальные названия. Название бескислородных кислот складывается из названия элемента, входящего в их состав, соединительной гласной -о- и слова «водородная». Например, HCl – хлороводородная кислота, HF – фтороводородная кислота, H2S – сероводородная кислота. Название кислот, содержащих многоэлементные бескислородные анионы, строятся по номенклатурным правилам для комплексных соединений (см. разд. 3). Например, H[AuCl4] – тетрахлороаурат(III) водорода; H2[SiF6] – гексафторосиликат(IV) водорода.

2.2.4. Соли

Соли можно рассматривать как:

-продукты замещения ионов водорода в кислоте на другие катионы (простые или сложные). В многоосновных кислотах это замещение можно осуществлять полностью (получаются средние соли) или частично (полу-

чаются кислые соли). Например, K2CO3, KHCO3, (NH4)2SO4, NH4HSO4;

-продукты замещения гидроксильных групп основания на кислотный остаток. В многокислотных основаниях это замещение можно осуществлять полностью (получаются средние соли) или частично (получаются

основные соли). Например, FeCl3, FeOHCl2, Fe(OH)2Cl.

По своим свойствам кислые соли являются соединениями промежуточными между средними солями и кислотами. Они обычно хорошо растворимы в воде. Чем больше ионов водорода в молекуле кислой соли, тем обычно выше ее растворимость. Например, растворимость увеличивается от малорастворимого фосфата кальция до хорошо растворимого дигидро-

фосфата в ряду Ca3(PO4)2 CaHPO4 Ca(H2PO4)2.

Основные соли мало растворимы и при нагревании разлагаются с выделением воды.

Методы получения кислых и основных солей

1. Взаимодействие основания с избытком кислоты:

KOH + H2CO3 = KHCO3 + H2O,

или кислоты с избытком основания:

HCl + Cu(OH)2 = CuOHCl + H2O.

2. Взаимодействие основания с избытком кислотного оксида:

KOH + CO2 = KHCO3,

или кислотного оксида с избытком основания:

CO2 + 2Cu(OH)2 = (CuOH)2CO3 + H2O. 3. Взаимодействие средней соли с кислотой:

CuSO4 + H2SO4 = Cu(HSO4)2,

или основанием:

CuSO4 + Cu(OH)2 = (CuOH)2SO4.

24

4. Проведение окислительно-восстановительных реакций (см. разд. 11) между двумя кислотами:

2H2CrO4+ 3H2SO3 + 3H2SO4 = 2C2(НSO4)3 + 5H2O,

или кислотным оксидом и кислотой:

2H2CrO4 + 3SO2 = 2CrOHSO4 + H2SO4.

Кислую или основную соли можно перевести в средние, добавив к ним основание или кислоту, соответственно:

Cu(HSO4)2 + Cu(OH)2 = 2CuSO4 + 2H2O,

(CuOH)2SO4 + H2SO4 = 2CuSO4 + 2H2O.

Номенклатура солей

Соли имеют систематические и традиционные названия, причем последние имеют более широкое распространение.

Систематическое название соли кислородсодержащей кислоты (оксокислоты) складывается из названия кислоты в именительном падеже с окончанием -ат и названия иона металла (катиона) в родительном падеже. Например, KMnO4 – тетраоксоманганат(VII) калия, Na2SiO3 – триоксосиликат(IV) натрия, (NH4)2CrO4 – тетраоксохромат(VI) аммония.

Традиционные названия соли образуются из двух слов: названия аниона (кислотного остатка) в именительном падеже и названия катиона в родительном падеже с указанием его степени окисления, если она не постоянна (табл. 2.3). Например, KCl – хлорид калия, FeSO4 – сульфат железа(II), Fe2(SO4)3 – сульфат железа(III).

Название кислой соли образуется добавлением к названию аниона приставки гидро- с указанием числа атомов водорода в нем. Например, K2HPO4 – гидрофосфат калия, KH2PO4 – дигидрофосфат калия.

Название основной соли образуется добавлением к названию катиона приставки гидроксо- с указанием числа гидроксильных групп. Например, AlOHCl2 – хлорид гидроксоалюминия, Al(OH)2Cl – хлорид дигидроксоалюминия, (CuOH)2CO3 – карбонат гидроксомеди(II).

Таблица 2.3

Традиционные названия некоторых кислот и соответствующих им кислотных остатков

25

Ряду элементов (Sb, Bi, Ti, V, W, U) свойственно образование оксосолей за счет того, что их основные соли легко отщепляют воду:

BiCl3 + 2NaOH = Bi(OH)2Cl + 2NaCl, Bi(OH)2Cl = BiOCl + H2O,

или суммарно:

BiCl3 + 2NaOH = BiOCl + 2NaCl + H2O.

Такие соли называют солями оксометалла: хлорид оксовисмута(III), сульфат оксотитана(IV) TiOSO4, сульфат диоксоурана(VI) UO2SO4.

Соли, в кристаллы которых входят молекулы воды, называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода – кристаллизационной. Состав кристаллогидратов изображают формулами, показывающими, какое количество кристаллизационной воды содержит кристаллогидрат. Например, кристаллогидрат сульфата меди (бытовое название – медный купорос), содержащий на один моль CuSO4 пять молей воды, записывается формулой CuSO4 5H2O; кристаллогидрат сульфата натрия (глауберова соль) – формулой Na2SO4 10H2O.

Двойными солями называют соли, образованные разными катионами и одним и тем же анионом. Например, кристаллогидрат сульфата калияалюминия (бытовое название – алюмокалиевые квасцы) KAl(SO4)2 12H2O.

Смешанными называют соли, образованные одним и тем же катионом, но разными анионами, например BaClNO3 – хлорид-нитрат бария, CaCl(OCl) (или в более привычном написании CaOCl2) – хлоридгипохлорит кальция.

26

Классификация электролитов с позиций теории электролитиче-

ской диссоциации (см. также теоретические разделы: «Растворы электролитов» и «Ионные реакции в растворах электролитов» в гл. 9 и 10).

Кислотами называются электролиты, диссоциирующие с образованием иона водорода:

HF  H+ + F- ; H2SO4 = 2H+ + SO42- .

Число ионов водорода, образующихся при диссоциации одной молекулы кислоты, определяет ее основность.

Основаниями называются электролиты, диссоциирующие с образованием гидроксильных групп:

Число гидроксогрупп, образующихся при диссоциации одной молекулы основания, определяет его кислотность.

Средними солями называются электролиты, диссоциирующие с образованием катионов, отличных от ионов водорода, и анионов, отличных от гидроксильных групп:

CaCl2 = Ca2+ + 2Cl- .

Кислые соли, подобно многоосновным кислотам, могут диссоциировать ступенчато:

Диссоциацию кислых солей в ионных уравнениях пишут только по первой ступени (разрыв ионной связи), так как диссоциация по второй ступени (разрыв полярной ковалентной связи) пренебрежимо мала (см. ч. 3, табл. 17).

Большинство основных солей малорастворимы в воде. Однако в растворе над осадком основной соли всегда присутствует небольшое количество ее молекул. Диссоциацию основных солей в ионных уравнениях записывают только по первой ступени (разрыв ионной связи), так как диссоциация по второй ступени (разрыв полярной ковалентной связи) пренебрежимо мала (см. ч. 3, табл. 18):

AlOHCl2 (осадок)  AlOHCl2 (раствор) = AlOH2+ + 2Cl- , AlOH2+  Al3+ + OH- .

Графической формулой соединения называется его условное изображение, в котором указывается, какие атомы и в какой последовательности связаны в соединении, и каждая связывающая электронная пара изображается одной черточкой. Часто для отображения факта образования данной ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму вместо черточки используют стрелку, направленную от донора электронной пары к акцептору (табл. 2.4).

27

Таблица 2.4

Графические формулы соединений

Задачи

57.На основании положения элемента в периодической системе напишите формулы высших оксидов: Li, Sr, Al, Si, P, S, Cl, Mn, Os. Какой из оксидов с точки зрения теории электролитической диссоциации образует наиболее сильное основание, сильную кислоту (см. ч. 3, табл. 17, 18)?

58.Приведите названия следующих оксидов в соответствии с между-

народной номенклатурой: Ag2O, HgO, ZrO2, PbO, Sb2O3, Cr2O3, CrO3, CrO2, Mn2O3, MnO2, Mn2O7. Какой из оксидов, хрома или марганца, образует наиболее сильную кислоту с точки зрения их нахождения в периодической таблице? Подтвердите свой вывод данными табл. 17, ч. 3.

59.Дайте названия и напишите формулы ангидридов следующих ки-

слот: H2SO3, H2SO4, H2CrO4, H3PO3, HClO, HMnO4, H2CO3, H3PO4, HNO3.

Пользуясь табл. 17, ч. 3 укажите какая из приведенных кислот наиболее сильная?

60. Какие сложные вещества называют галогенангидридами? Закончите следующие химические уравнения:

61. Дайте названия и напишите формулы оксидов, соответствующих следующим гидроксидам: LiOH, KOH, Ba(OH)2, Al(OH)3, TlOH, Cu(OH)2, Si(OH)4, Mg(OH)2, B(OH)3. Сильными или слабыми электролитами являются эти гидроксиды? Запишите их уравнения диссоциации в водном растворе, основываясь на данных ч. 3, табл. 17, 18.

28

62. Составьте уравнения реакций и дайте названия продуктам взаимодействия следующих газообразных веществ с растворами щелочей: H2S,

HCl, SO2, СO2.

63. Дайте названия следующих водород- и кислородсодержащих со-

единений: LiH, CaH2, H2O2, Na2O2, KO2, SrO2, BaO2.

64.Какие оксиды получаются при термическом разложении следую-

щих веществ: (CuOH)2CO3, H2SiO3, H3BO3, Al(OH)3, Mg(OH)2, CaCO3? Со-

ставьте уравнения реакций разложения.

65.Приведите по пять примеров кислородсодержащих и бескислородных кислот; укажите, какие из них являются одно-, двух- и трехосновными. Приведите их графические формулы.

66.Дайте названия и приведите графические формулы следующих пероксокислот: H2SO5, HNO4, HVO4.

67.Какие из перечисленных оксидов Ag2O, Al2O3, CO2, Na2O, CO, SO3, NO2, N2O5 при взаимодействии с водой дают кислоты? Приведите формулы и названия этих кислот.

68.Соответствующими реакциями подтвердите амфотерный характер следующих соединений: BeO, Al(OH)3, Cr(OH)3, ZnO.

69.Какие гидроксиды Вa(OH)2, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Sn(OH)2,

NaOH растворимы в воде? Как называется такая группа гидроксидов?

70.Какие гидроксиды (из перечисленных в задаче 69) могут образовывать основные соли? Приведите реакции получения таких солей.

71.Составьте уравнения реакций, лежащих в основе получения нормальных и кислых солей, образованных сероводородной, угольной и ортофосфорной кислотами.

72.Дайте названия следующих оксосолей: SbOCl, BiONO3, TiOSO4, UO2(NO3)2, VOSO4. Приведите их графические формулы.

73.Дайте названия и приведите графические формулы следующих пероксосолей: Na2SO5, (NH4)2S2O8, KNO4, NH4VO4.

74.Приведите по два примера протекающих в растворе реакций кислоты с солью, кислоты с основанием и соли с солью. Дайте характеристику образующихся веществ.

75.Назовите соли и приведите возможные уравнения реакций их по-

лучения: СrOHSO4, (NH4)2Cr2O7, (MgOH)2CO3, Ca(HSO3)2, Ca(HS)2, BaCrO4, CaHPO4, Ca(H2PO4)2. Приведите их графические формулы.

76.Предложите три различных способа получения основной соли

(CuOH)2SO4. Назовите ее и приведите ее графическую формулу.

Для 77-81. Используя ч. 3, табл. 4,5, 17-19, ответьте: могут ли одновременно находиться в растворе приводимые ниже пары веществ? В тех случаях, когда они реагируют, напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Изобразите графические формулы перечисленных веществ.

29

77.Сульфат цинка и ацетат свинца, сульфид натрия и соляная кислота, хлорид меди(II) и гидроксид цезия.

78.Алюминат натрия и соляная кислота, гидроксид лития и сульфат железа(III), ацетат бария и нитрат меди(II).

79.Хлорид аммония и гидроксид бария, силикат натрия и бромид стронция, карбонат рубидия и серная кислота.

80.Хромат натрия и нитрат бария, сульфит лития и бромистоводородная кислота, гидроксид калия и сульфат цинка.

81.Гидроксид лития и ортофосфат натрия, нитрат меди(II) и иодид стронция, сульфат хрома(III) и гидроксид калия.

Для 82-84. Используя ч. 3, табл. 4,5, 17-19, допишите недостающие реактивы, проставьте коэффициенты в уравнения химических реакций, идущих до конца, и назовите соединения.

82.Ag NO3 + ... Zn(NO3)2 + ... ; NH4NO3 + ... NH4OH + ... ; Cu(NO3)2 + ... CuS + ... .

83.ZnS + ... H2S + ... ; BaCl2 + ... BaCO3 + ... ;

Ca(H2PO4)2 + ... Ca3(PO4)2 + ... .

84.Na2[Zn(OH)4] + ... ZnCl2 + ... ; CuSO4 + ... Cu(NO3)2 + ... ;

CrOHSO4 + ... Cr(OH)3 + ... .

Для 85-112. Используя ч. 3, табл. 4,5, 17-19, составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения (каждая из придуманных вами реакций должна протекать до конца):

[Cu(NH3)4]SO4.

30