Страница 102 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

С важнейшими свойствами представителей этого класса соединений вы уже знакомились, когда изучали химические свойства воды. Предложите классификацию оксидов, исходя из их химических свойств.

Связь с химическими свойствами воды, о которой говорится в вопросе, проявляется в том, что вода, реагируя с оксидами, позволяет разделить их на две большие группы. Оксиды, реагирующие с водой с образованием оснований (например, $Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$), проявляют основные свойства. Оксиды, реагирующие с водой с образованием кислот (например, $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$), проявляют кислотные свойства. Однако не все оксиды реагируют с водой. Поэтому для полной классификации необходимо рассматривать их взаимодействие не только с водой, но и с кислотами и основаниями. Исходя из этих химических свойств, оксиды можно классифицировать на четыре группы.

Основные оксиды

Это оксиды, которым соответствуют основания. Они образуются, как правило, металлами с низкой степенью окисления (+1, +2).

Химические свойства:

• Взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды. Например, оксид меди(II) реагирует с соляной кислотой: $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$.
• Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (наиболее активных) реагируют с водой, образуя щёлочи (растворимые основания). Например, реакция оксида кальция с водой: $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$.
• Реагируют с кислотными оксидами с образованием соли: $Na_2O + SO_3 \rightarrow Na_2SO_4$.

Примеры: оксид натрия ($Na_2O$), оксид кальция ($CaO$), оксид меди(II) ($CuO$), оксид железа(II) ($FeO$).

Ответ: Основные оксиды — это оксиды металлов, которые реагируют с кислотами (или кислотными оксидами) с образованием соли; оксиды активных металлов также реагируют с водой, образуя соответствующие основания (щёлочи).

Кислотные оксиды

Это оксиды, которым соответствуют кислоты. Они образуются неметаллами или металлами в высоких степенях окисления (от +4 до +7).

Химические свойства:

• Взаимодействуют с основаниями (щелочами) с образованием соли и воды. Например, реакция диоксида углерода с гидроксидом натрия: $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$.
• Большинство кислотных оксидов (кроме $SiO_2$) реагируют с водой с образованием соответствующей кислоты. Например, реакция оксида серы(VI) с водой: $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$.
• Реагируют с основными оксидами с образованием соли: $CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$.

Примеры: оксид углерода(IV) ($CO_2$), оксид серы(VI) ($SO_3$), оксид фосфора(V) ($P_2O_5$), оксид хрома(VI) ($CrO_3$).

Ответ: Кислотные оксиды — это оксиды, которые реагируют с основаниями (или основными оксидами) с образованием соли; большинство из них при реакции с водой образуют соответствующие кислоты.

Амфотерные оксиды

Это оксиды, которые проявляют двойственные свойства: в зависимости от условий они могут вести себя и как основные, и как кислотные оксиды. Они не реагируют с водой. Образуются, как правило, металлами, которые в Периодической системе занимают промежуточное положение между типичными металлами и неметаллами (например, Be, Al, Zn, Sn, Pb), а также переходными металлами в промежуточных степенях окисления (например, $Cr_2O_3$, $Fe_2O_3$).

Химические свойства:

• Реагируют с сильными кислотами как основные оксиды, образуя соль и воду: $ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$.
• Реагируют с сильными основаниями (щелочами) как кислотные оксиды, образуя соли. При реакции в растворе образуются комплексные соединения: $ZnO + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$. При сплавлении образуются средние соли: $Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} 2NaAlO_2 + H_2O$.

Примеры: оксид цинка ($ZnO$), оксид алюминия ($Al_2O_3$), оксид бериллия ($BeO$), оксид железа(III) ($Fe_2O_3$).

Ответ: Амфотерные оксиды — это оксиды, которые в зависимости от условий реагируют как с кислотами, так и с основаниями, образуя соли, но не реагируют с водой.

Несолеобразующие (безразличные) оксиды

Это оксиды, которые не проявляют ни основных, ни кислотных, ни амфотерных свойств, то есть не взаимодействуют ни с водой, ни с кислотами, ни с основаниями с образованием солей.

Как правило, это оксиды неметаллов в низких степенях окисления.

Примеры: оксид углерода(II) ($CO$), оксид азота(I) ($N_2O$), оксид азота(II) ($NO$).

Ответ: Несолеобразующие оксиды — это оксиды, которые не способны образовывать соли при взаимодействии с водой, кислотами или основаниями.

Лабораторный опыт 17

Поместите в пробирку небольшое количество (на кончике шпателя) негашёной извести — оксида кальция. Добавьте 2–3 мл воды, взболтайте содержимое пробирки и с помощью пипетки внесите 3–4 капли фенолфталеина. Что наблюдаете?

Решение:

При выполнении данного лабораторного опыта происходят следующие процессы и наблюдаются соответствующие явления:

1. Взаимодействие оксида кальция с водой. При добавлении воды к оксиду кальция ($CaO$), также известному как негашёная известь, начинается химическая реакция. Эта реакция является экзотермической, что означает выделение большого количества тепла. В результате пробирка и её содержимое заметно нагреваются. Процесс называется «гашением извести».

Уравнение химической реакции выглядит следующим образом:

$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

2. Образование гидроксида кальция. Продуктом реакции является гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) или гашёная известь. Это вещество является малорастворимым в воде, поэтому при взбалтывании образуется белая мутная жидкость — суспензия, которую называют известковым молоком.

3. Определение среды раствора. Гидроксид кальция является сильным основанием (щёлочью). При его частичном растворении в воде образуются гидроксид-ионы ($OH^-$), которые создают в пробирке щелочную среду. Фенолфталеин — это кислотно-основный индикатор, который используется для определения щелочной среды. В нейтральной и кислой средах он бесцветен, а в щелочной (при pH > 8,2) приобретает малиновую окраску. Поэтому при добавлении капель фенолфталеина в пробирку с продуктами реакции наблюдается яркое малиновое окрашивание содержимого.

Ответ:

При добавлении воды к оксиду кальция пробирка сильно нагревается, а в её содержимом образуется белая мутная взвесь. Последующее добавление фенолфталеина вызывает появление яркой малиновой окраски.

А какие ещё свойства проявляют оксиды металлов?

Оксиды металлов, в зависимости от природы металла и его степени окисления, проявляют различные химические свойства. Их можно разделить на несколько основных групп: основные, амфотерные и кислотные. Также они могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях.

Основные оксиды

Это оксиды, которым соответствуют основания. Их образуют, как правило, щелочные ($Li_2O$, $Na_2O$, $K_2O$) и щелочноземельные ($MgO$, $CaO$, $BaO$) металлы, а также переходные металлы в низших степенях окисления (например, $CuO$, $FeO$).

Основные свойства:

• Взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):
  $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$
  $CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$
• Взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли:
  $Na_2O + SO_3 \rightarrow Na_2SO_4$
  $CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$
• Оксиды щелочных и некоторых щелочноземельных металлов (кроме BeO и MgO) реагируют с водой, образуя щёлочи (растворимые основания):
  $K_2O + H_2O \rightarrow 2KOH$
  $BaO + H_2O \rightarrow Ba(OH)_2$

Ответ: Основные оксиды металлов реагируют с кислотами и кислотными оксидами, а наиболее активные из них — и с водой, образуя основания (щёлочи).

Амфотерные оксиды

Эти оксиды проявляют двойственные свойства: в зависимости от условий они могут вести себя и как основные, и как кислотные оксиды. Их образуют металлы с промежуточной электроотрицательностью, например, $BeO$, $Al_2O_3$, $ZnO$, $SnO$, $PbO$, $Cr_2O_3$.

Амфотерные свойства:

• Реагируют с сильными кислотами (проявляя основные свойства) с образованием соли и воды:
  $ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$
  $Al_2O_3 + 6HNO_3 \rightarrow 2Al(NO_3)_3 + 3H_2O$
• Реагируют с сильными основаниями (щёлочами), проявляя кислотные свойства. При сплавлении образуется соль и вода, а в растворе — комплексная соль:
  Сплавление: $Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} 2NaAlO_2 \text{ (алюминат натрия)} + H_2O$
  В растворе: $Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] \text{ (тетрагидроксоалюминат натрия)}$
• Могут реагировать как с кислотными, так и с основными оксидами при сплавлении:
  $ZnO + SO_3 \rightarrow ZnSO_4$
  $ZnO + Na_2O \xrightarrow{t} Na_2ZnO_2 \text{ (цинкат натрия)}$

Ответ: Амфотерные оксиды металлов вступают в реакции как с кислотами (и кислотными оксидами), так и с основаниями (и основными оксидами), образуя соли.

Кислотные оксиды

Такие оксиды образуют металлы в высоких степенях окисления (обычно от +5 до +7), например, хром(VI) в $CrO_3$, марганец(VII) в $Mn_2O_7$, ванадий(V) в $V_2O_5$. Этим оксидам соответствуют кислоты.

Кислотные свойства:

• Взаимодействуют с основаниями (щёлочами) с образованием соли и воды:
  $CrO_3 + 2KOH \rightarrow K_2CrO_4 + H_2O$
  $Mn_2O_7 + 2NaOH \rightarrow 2NaMnO_4 + H_2O$
• Взаимодействуют с основными оксидами с образованием соли:
  $CrO_3 + CaO \rightarrow CaCrO_4$
• Реагируют с водой с образованием соответствующих кислот:
  $Mn_2O_7 + H_2O \rightarrow 2HMnO_4 \text{ (марганцовая кислота)}$
  $CrO_3 + H_2O \rightarrow H_2CrO_4 \text{ (хромовая кислота)}$

Ответ: Кислотные оксиды металлов (в высоких степенях окисления) реагируют с основаниями и основными оксидами, а также с водой с образованием кислот.

Окислительно-восстановительные свойства

Оксиды металлов активно участвуют в окислительно-восстановительных реакциях (ОВР), где они могут быть как окислителями, так и восстановителями.

• В качестве окислителей. Металл в оксиде понижает свою степень окисления. Это свойство широко используется в металлургии для получения чистых металлов. Восстановителями могут выступать водород, углерод, угарный газ, более активные металлы (алюмотермия, магниетермия).
  $Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO_2$
  $CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$
  $Cr_2O_3 + 2Al \xrightarrow{t} 2Cr + Al_2O_3$
• В качестве восстановителей. Металл в оксиде повышает свою степень окисления. Это характерно для оксидов металлов в низших или промежуточных степенях окисления.
  $4FeO + O_2 \xrightarrow{t} 2Fe_2O_3$
  $2Cr_2O_3 + 8NaOH + 3O_2 \rightarrow 4Na_2CrO_4 + 4H_2O$

Ответ: Оксиды металлов могут выступать в роли окислителей (при этом металл восстанавливается до простого вещества или более низкой степени окисления) или в роли восстановителей (при этом металл окисляется до более высокой степени окисления).