Оксиды,кислоты,соли,основания.

Чимаева Медина
Химия
 Соединения
элементов с кислородом
называются оксидами. Не любое
кислородсодержащее соединение может
называться оксидом. Например, KMnO4
(марганцовка) не является оксидом,
потому что содержит помимо кислорода
еще два элемента (калий и марганец).
Зато негашеная известь CaO, вода H2O,
углекислый газ CO2 являются оксидами.
14.10.2011
2
 Поскольку
кислород соединяется почти
со всеми элементами, существуют оксиды
как металлов, так и неметаллов. Оксиды
металлов, подобно CuO, Fe2O3, СаО –
твердые вещества.
3


Элементы с переменной валентностью могут
образовывать несколько оксидов. Чтобы их
отличать, в названии оксида указывают
валентность связанного с кислородом
элемента.
Приведем примеры:
SO2
SO3
Cr2O3
CrO3
оксид серы (IV)
оксид серы (VI)
оксид хрома (III)
оксид хрома (VI)
14.10.2011
4
 Оксиды
получают, например, с помощью
реакций элементов с кислородом:
S + O2 = SO2
2Mg + O2 = 2MgO
C + O2 = CO2
14.10.2011
5
 Иногда
оксиды удобнее получать из
других соединений элементов или
даже из других оксидов:
2H3BO3 = B2O3 + 3H2O (при нагревании)
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
CaCO3 = CaO + CO2 (при нагревании)
SO2 + O2 = SO3 (реакция идет с катализатором)
2CO + O2 = 2CO2
14.10.2011
6


Многие элементы находятся в природе в виде своих
соединений с кислородом, т.е. оксидов. Руды
различных металлов часто являются именно
оксидами этих металлов.
Например, железные руды:
магнитный железняк
красный железняк
бурый железняк
алюминиевая руда боксит
Fe3O4 (смесь оксидов FeO× Fe2O3)
Fe3O4
2Fe3O4× 3H2O
Al2O3× nH2O
14.10.2011
7

Поэтому важнейшим применением оксидов
металлов является их восстановление. Например, в
доменной печи происходит восстановление
оксидов железа с образованием металлического
железа:
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
14.10.2011
8

Некоторые оксиды не растворяются в воде, но
многие вступают с водой в реакции соединения:
SO3 + H2O = H2SO4
CaO + H2O = H2CaO2 или Ca(OH)2
 В результате часто получаются очень нужные и полезные
соединения. Например, H2SO4 – серная кислота, Са(ОН)2 –
гашеная известь и т.д.
14.10.2011
9

Если оксиды нерастворимы в воде, то люди
умело используют и это их свойство.
Например, оксид цинка ZnO – вещество
белого цвета, поэтому используется для
приготовления белой масляной краски
(цинковые белила). Поскольку ZnO
практически не растворим в воде, то
цинковыми белилами можно красить любые
поверхности, в том числе и те, которые
подвергаются воздействию атмосферных
осадков.
14.10.2011
10
 Нерастворимость
и неядовитость позволяют
использовать оксид цинка ZnO при
изготовлении косметических кремов, пудры.
Фармацевты делают из него вяжущий и
подсушивающий порошок для наружного
применения
14.10.2011
11


Такими же ценными свойствами обладает оксид титана
(IV) – TiO2. Он тоже имеет красивый белый цвет и
применяется для изготовления титановых белил.
TiO2 не растворяется не только в воде, но и в кислотах,
поэтому покрытия из этого оксида особенно устойчивы.
Этот оксид добавляют в пластмассу для придания ей
белого цвета. Он входит в состав эмалей для
металлической и керамической посуды.
14.10.2011
12

Оксид хрома (III) – Cr2O3 – очень прочные кристаллы
темно-зеленого цвета, не растворимые в воде. Cr2O3
используют как пигмент (краску) при изготовлении
декоративного зеленого стекла и керамики. Известная
многим паста ГОИ (сокращение от наименования
“Государственный оптический институт”) применяется
для шлифовки и полировки оптики, металлических
изделий, в ювелирном деле.
14.10.2011
13

Благодаря нерастворимости и прочности оксида хрома
(III) его используют и в полиграфических красках
(например, для окраски денежных купюр). Вообще,
оксиды многих металлов применяются в качестве
пигментов для самых разнообразных красок, хотя это –
далеко не единственное их применение.
14.10.2011
14

Кислоты-сложные вещества, состоящие из одного
или нескольких атомов водорода, способных
заместиться на атом металла, и кислотного
остатка.Число атомов кислорода определяет
основность кислот.
14.10.2011
15
Кислоты
Бескислородные
Кислородсодержащие
HCl, HBr, HI, H2S анион "-ид"
HCl-хлороводородная(соляная
кислота), Cl--хлорид
H2S-сероводородная, S2-
H2SO4, HNO3, H2CO3, H3PO4 и
другие.
14.10.2011
16
Физические свойства кислот
Жидкости
H2SO4
HClO4 и др.
Твердые
H3PO4
H2SiO3 и др.
Газообразные
HCl
H2S и др.
14.10.2011
17

Классификация кислот на сильные и слабые
кислоты.
Сильные кислоты
HI иодоводородная
HBr бромоводородная
HCl хлороводородная
H2SO4 серная
HNO3 азотная
Слабые кислоты
HF фтороводородная
H3PO4 фосфорная
H2SO3 сернистая
H2S сероводородная
H2CO3 угольная
H2SiO3 кремниевая
14.10.2011
18
 При
нагревании Слабые кислоты легко
разлагаются:
H2SiO3=H2O+SiO2
H2S=H2+S
14.10.2011
19

Классификация кислот по числу атомов
водорода.
Одноосновные
HNO3 азотная
HF фтороводородная HCl
хлороводородная HBr
бромоводородная
HI иодоводородная
Двухосновные
H2SO4 серная
H2SO3 сернистая
H2S сероводородная
H2CO3 угольная H2SiO3
кремниевая
Трехосновные
H3PO4 фосфорная
14.10.2011
20

Важнейшие химические свойства кислот.
1. Действие растворов кислот на индикаторы.
Практически все кислоты (кроме кремниевой)
хорошо растворимы в воде. Растворы кислот в воде
изменяют окраску специальных веществ –
индикаторов. По окраске индикаторов определяют
присутствие кислоты. Индикатор лакмус
окрашивается растворами кислот в красный цвет,
индикатор метиловый оранжевый – тоже в красный
цвет. Индикаторы представляют собой вещества
сложного строения. В растворах оснований и в
нейтральных растворах они имеют иную окраску,
чем в растворах кислот.
14.10.2011
21
2. Взаимодействие кислот с основаниями. Эта реакция,
как вы уже знаете, называется реакцией
нейтрализации. Кислота реагируют с основанием с
образованием соли, в которой всегда в неизменном
виде обнаруживается кислотный остаток. Вторым
продуктом реакции нейтрализации обязательно
является вода.
14.10.2011
22

Примеры взаимодействия кислот с основаниями.
кислота
основание
соль
вода
H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 +
2 H2O
H3PO4 + Fe(OH)3
3 H2O
= FePO4 +
2 H3PO4 + 3 Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2+ 6 H2O
14.10.2011
23
3. Взаимодействие кислот с основными оксидами.
Поскольку основные оксиды – ближайшие родственники
оснований – с ними кислоты также вступают в реакции
нейтрализации:
кислота
2 HCl
оксид
+ CaO
соль
=
CaCl2
вода
+
2 H3PO4 + Fe2O3 = 2 FePO4 +
H2O
3 H2O
Как и в случае реакций с основаниями, с основными оксидами
кислоты образуют соль и воду. Соль содержит кислотный
остаток той кислоты, которая использовалась в реакции
нейтрализации.
14.10.2011
24
4. Взаимодействие кислот с металлами. Как мы видим из
предыдущего примера, для взаимодействия кислот с металлом
должны выполняться некоторые условия (в отличие от реакций
кислот с основаниями и основными оксидами, которые идут
практически всегда). Во-первых, металл должен быть достаточно
активным (реакционноспособным) по отношению к кислотам.
Например, золото, серебро, ртуть и некоторые другие металлы с
кислотами не реагируют. Такие металлы как натрий, кальций,
цинк – напротив – реагируют очень активно с выделением
газообразного водорода и большого количества тепла.
металл
кислота
HCl
2 HCl
+
Hg
2 Na
соль
= не образуется
=
2 NaCl
+
H2
14.10.2011
25

По реакционной способности в отношении
кислот все металлы располагаются в ряд
активности металлов. Слева находятся наиболее
активные металлы, справа – неактивные. Чем
левее находится металл в ряду активности, тем
интенсивнее он взаимодействует с кислотами.
14.10.2011
26
 Ряд
активности металлов.
Металлы, которые вытесняют Металлы, которые не
водород из кислот
вытесняют водород из кислот
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni
Sn Pb (H)
самые активные металлы
Cu Hg Ag Pt Au
самые неактивные металлы
14.10.2011
27

Есть металлы, которые реагируют с разбавленными
кислотами, но не реагирует с концентрированными
(т.е. безводными) кислотами – серной кислотой и
азотной кислотой. Эти металлы – Al, Fe, Cr, Ni и
некоторые другие – при контакте с безводными
кислотами сразу же покрываются продуктами
окисления (пассивируются). Продукты окисления,
образующие прочные пленки, могут растворяться в
водных растворах кислот, но нерастворимы в
кислотах концентрированных. Это обстоятельство
используют в промышленности. Например,
концентрированную серную кислоту хранят и
перевозят в железных бочках.
14.10.2011
28
 Солями
называются вещества, в которых
атомы металла связаны с кислотными
остатками.
 Исключением являются соли аммония, в
которых с кислотными остатками связаны
не атомы металла, а частицы NH4+.
14.10.2011
29
 Примеры
NaCl
Na2SO4
СаSO4
СаCl2
(NH4)2SO4
типичных солей:
хлорид натрия
сульфат натрия
сульфат кальция
хлорид кальция
сульфат аммония
14.10.2011
30

Формула соли строится с учетом валентностей металла и
кислотного остатка. Практически все соли – ионные
соединения, поэтому можно говорить, что в солях связаны
между собой ионы металла и ионы кислотных остатков:
Na+Cl– – хлорид натрия
Ca2+SO42– – сульфат кальция и т.д.
14.10.2011
31
 Названия
солей составляются из
названия кислотного остатка и названия
металла. Главным в названии является
кислотный остаток.
14.10.2011
32

В этой таблице приведены кислородсодержащие кислотные остатки.
Соль какой
кислоты
Кислотный
остаток
Азотная HNO3
NO3-
Кремниевая
H2SiO3
Название
солей
Примеры
I
нитраты
SiO32-
II
силикаты
Серная H2SO4
SO42-
II
сульфаты
Ca(NO3)2
нитрат кальция
Na2SiO3
силикат натрия
PbSO4 сульфат
свинца
Угольная H2CO3
CO32-
Фосфорная
H3PO4
PO43-
Валентность
остатка
II
карбонаты
III
фосфаты
14.10.2011
Na2CO3
карбонат
натрия
AlPO4 фосфат
алюминия
33

В этой таблице приведены бескислородные кислотные
остатки.
Соль какой
кислоты
Кислотный
остаток
Бромоводородная
HBr
Иодоводородная HI
Сероводородная H2S
Соляная HCl
Br-
Название
солей
Примеры
I
бромиды
I
иодиды
NaBr бромид натрия
KI иодид калия
S2-
II
сульфиды
Фтороводородная
HF
Cl-
I
хлориды
F-
I
фториды
I-
Валентность
остатка
14.10.2011
FeS сульфид железа
(II)
NH4Cl хлорид
аммония
CaF2 фторид
кальция
34


Из таблиц видно, что названия кислородсодержащих
солей имеют окончания "ат", а названия
бескислородных солей – окончания "ид".
В некоторых случаях для кислородсодержащих солей
может использоваться окончание "ит". Например,
Na2SO3 – сульфит натрия. Это делается для того,
чтобы различать соли серной кислоты (H2SO4) и
сернистой кислоты (H2SO3) и в других таких же случаях.
14.10.2011
35


Все соли разделяются на средние, кислые и основные.
Средние соли содержат только атомы металла и
кислотного остатка.
Любую соль можно получить соответствующей
реакцией нейтрализации. Например, сульфит натрия
образуется в реакции между сернистой кислотой и
основанием (едким натром). При этом на 1 моль
кислоты требуется взять 2 моля основания:
H2SO3+2 NaOH=Na2SO3+2 H2O
сульфит
натрия
(средняя соль)
14.10.2011
36

Если взять только 1 моль основания – то есть меньше,
чем требуется для полной нейтрализации, то
образуется кислая соль – гидросульфит натрия:
H2SO3+NaOH=NaHSO3+H2O
гидросульфит
натрия
(кислая соль)
14.10.2011
37



Кислые соли образуются многоосновными кислотами.
Одноосновные кислоты кислых солей не образуют.
Кислые соли, помимо ионов металла и кислотного
остатка, содержат ионы водорода.
Названия кислых солей содержат приставку "гидро"
(от слова hydrogenium – водород). Например:
NaHCO3
K2HPO4
KH2PO4
гидрокарбонат натрия
гидрофосфат калия
дигидрофосфат калия
14.10.2011
38



Основные соли образуются при неполной
нейтрализации основания. Названия основных солей
образуют с помощью приставки "гидроксо".
Основные соли, помимо ионов металла и кислотного
остатка, содержат гидроксильные группы.
Основные соли образуются только из многокислотных
оснований. Одноокислотные основания таких солей
образовать не могут.
14.10.2011
39

В химии и в технике до сих пор сохраняется много
старинных названий. Например, каустическая сода –
вовсе не соль, а техническое название гидроксида
натрия NaOH. Если обыкновенной содой можно
почистить раковину или посуду, то каустическую соду
ни при каких обстоятельствах брать в руки или
использовать в быту нельзя!
14.10.2011
40
 Рассмотрим важнейшие
способы
получения солей.
1. Реакция нейтрализации. Этот способ уже
неоднократно встречался в предыдущих параграфах.
Растворы кислоты и основания смешивают
(осторожно!) в нужном мольном соотношении. После
выпаривания воды получают кристаллическую соль
14.10.2011
41
2. Реакция кислот с основными оксидами.
3. Реакция оснований с кислотными оксидами.
4. Реакция основных и кислотных оксидов между
собой.
5. Реакция кислот с солями. Этот способ подходит,
например, в том случае, если образуется
нерастворимая соль, выпадающая в осадок.
14.10.2011
42
6. Реакция оснований с солями. Для таких реакций
подходят только щелочи (растворимые основания). В
этих реакциях образуется другое основание и другая
соль. Важно, чтобы новое основание не было щелочью
и не могло реагировать с образовавшейся солью.
7. Реакция двух различных солей. Реакцию удается
провести только в том случае, если хотя бы одна из
образующихся солей нерастворима и выпадает в
осадок.
14.10.2011
43
8. Реакция металлов с кислотами. Соли образуются в
окислительно-восстановительных реакциях.
Например, металлы, расположенные левее водорода в
ряду активности металлов, вытесняют из кислот
водород и сами соединяются с ними, образуя соли.
9. Реакция металлов с неметаллами. Эта реакция
внешне напоминает горение. Металл "сгорает" в токе
неметалла, образуя мельчайшие кристаллы соли,
которые выглядят, как белый "дым".
14.10.2011
44
10. Реакция металлов с солями. Более активные
металлы, расположенные в ряду активности левее,
способны вытеснять менее активные (расположенные
правее) металлы из их солей.
14.10.2011
45

Если вещество содержит гидрокси-группы (ОН),
которые могут отщепляться (подобно отдельному
"атому") в реакциях с другими веществами, то такое
вещество является основанием. Существует много
оснований, которые состоят из атома какого-либо
металла и присоединенных к нему гидрокси-групп.
Например:
NaOH
KOH
Ca(OH)2
Fe(OH)3
Ba(OH)2
гидроксид натрия
гидроксид калия
гидроксид кальция
гидроксид железа (III)
гидроксид бария
14.10.2011
46

Гидрокси-группы одновалентны, поэтому формулу
основания легко составить по валентности металла. К
химическому символу металла надо приписать столько
гидрокси-групп, какова валентность металла.
Большинство оснований – ионные соединения.
14.10.2011
47
 Основаниями
называются вещества, в
которых атомы металла связаны с
гидрокси-группами.
14.10.2011
48

Существует также основание, в котором гидроксигруппа присоединена не к металлу, а к иону NH4+
(катиону аммония). Это основание называется
гидроксидом аммония и имеет формулу NH4OH.
Гидроксид аммония образуется в рекции
присоединения воды к аммиаку, когда аммиак
растворяют в воде:
NH3 + H2O = NH4OH (гидроксид аммония)
14.10.2011
49

Основания бывают растворимыми и нерастворимыми.
Растворимые основания называются щелочами.
Растворы щелочей скользкие на ощупь ("мыльные") и
довольно едкие. Они разъедают кожу, ткани, бумагу,
очень опасны (как и кислоты) при попадании в глаза.
Поэтому при работе со щелочами и кислотами
необходимо пользоваться защитными очками.
14.10.2011
50

Если раствор щелочи все-таки попал в лицо,
необходимо промыть глаза большим количеством
воды, а затем разбавленным раствором слабой
кислоты (например, уксусной). Этот способ
медицинской помощи основан на уже известной нам
реакции нейтрализации.
NaOH + уксусная кислота (разб.) = соль + вода
14.10.2011
51

Лишь небольшую часть всех оснований называют
щелочами. Это, например, KOH – гидроксид калия
(едкое кали), NaOH – гидроксид натрия (едкий натр),
LiOH – гидроксид лития, Ca(OH)2 – гидроксид кальция
(его раствор называется известковой водой), Ba(OH)2 –
гидроксид бария. Большинство других оснований в
воде нерастворимы и щелочами их не называют.
14.10.2011
52


Щелочами называются растворимые в воде сильные
основания.
Разные основания имеют разную способность
отщеплять гидрокси-группы, поэтому их, подобно
кислотам, подразделяют на сильные и слабые
основания. Сильные основания в водных растворах
склонны легко отдавать свои гидрокси-группы, а
слабые – нет.
14.10.2011
53
 Классификация
оснований по силе.
Сильные основания
Слабые основания
NaOH гидроксид натрия (едкий натр)
KOH гидроксид калия (едкое кали)
LiOH гидроксид лития
Ba(OH)2 гидроксид бария
Ca(OH)2 гидроксид кальция (гашеная
известь)
Mg(OH)2 гидроксид магния
Fe(OH)2 гидроксид железа (II)
Zn(OH)2 гидроксид цинка
NH4OH гидроксид аммония
Fe(OH)3 гидроксид железа (III)
и т.д. (большинство гидроксидов
металлов)
14.10.2011
54

Не следует путать силу основания и его растворимость.
Например, гидроксид кальция – сильное основание,
хотя его растворимость в воде не велика. В данном
случае сильным основанием (щелочью) мы называем
ту часть гидроксида кальция, которая растворена в
воде.
14.10.2011
55

Сила основания важна в реакциях со слабыми
кислотами. Слабое основание и слабая кислота
реагируют лишь в незначительной степени. Напротив,
сильное основание легче реагирует с любой кислотой
независимо от её силы.
2 NH4OH
слабое
основание
+
H2S
слабая
кислота
=
(NH4)2S
+
2 H2O
реакция протекает лишь в
незначительной степени (мало продуктов
реакции)
14.10.2011
56


Еще одно важное химическое свойство оснований –
способность разлагаться при нагревании на воду и
основной оксид.
Cu(OH)2 = CuO + H2O (при нагревании)
2 Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3 H2O (при нагревании)
Растворы щелочей окрашивают индикаторы: лакмус –
в синий цвет, фенолфталеин – в малиновый цвет.
Индикатор метиловый оранжевый (или метилоранж) в
растворах щелочей имеет желтый цвет.
14.10.2011
57