Страница 252 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Что наблюдаете?

В 1-й пробирке, содержащей дистиллированную воду и оксид кремния(IV), видимых признаков реакции не наблюдается. Оксид кремния($SiO_2$) является твердым нерастворимым веществом и оседает на дно пробирки. Поскольку реакция с водой не протекает, среда остается нейтральной, и цвет добавленного индикатора лакмуса не изменяется (остается фиолетовым).

Во 2-й пробирке, содержащей газированную воду (раствор оксида углерода(IV) в воде), при добавлении лакмуса его фиолетовый цвет изменяется на красный. Это указывает на то, что оксид углерода(IV) ($CO_2$) прореагировал с водой, в результате чего образовалась кислота и среда стала кислой.

Ответ: В 1-й пробирке цвет лакмуса не изменится, во 2-й пробирке лакмус станет красным.

Составьте молекулярные уравнения проведённых реакций.

1. Реакция между оксидом кремния(IV) и водой в обычных условиях не протекает:

$SiO_2 + H_2O \nrightarrow$

2. Оксид углерода(IV) обратимо реагирует с водой, образуя слабую угольную кислоту:

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

Ответ: 1) $SiO_2 + H_2O \nrightarrow$; 2) $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$.

Сформулируйте вывод о взаимодействии кислотных оксидов с водой.

На основании проведенного опыта можно сделать вывод, что не все кислотные оксиды вступают в реакцию с водой. Большинство кислотных оксидов, такие как оксид углерода(IV), взаимодействуют с водой, образуя соответствующие им кислоты. Однако существуют исключения, например, оксид кремния(IV), который, являясь кислотным оксидом, с водой в обычных условиях не реагирует.

Ответ: Большинство кислотных оксидов взаимодействует с водой с образованием кислот, но есть исключения (например, $SiO_2$), которые с водой не реагируют.

Основные оксиды и соответствующие им основания

Из данного перечня к основным оксидам относятся следующие вещества. Для каждого из них указано соответствующее основание (гидроксид).

$MgO$ – оксид магния. Соответствующее основание: $Mg(OH)_2$ – гидроксид магния.

$Cu_2O$ – оксид меди(I). Соответствующее основание: $CuOH$ – гидроксид меди(I).

$FeO$ – оксид железа(II). Соответствующее основание: $Fe(OH)_2$ – гидроксид железа(II).

$K_2O$ – оксид калия. Соответствующее основание: $KOH$ – гидроксид калия.

$NiO$ – оксид никеля(II). Соответствующее основание: $Ni(OH)_2$ – гидроксид никеля(II).

$Na_2O$ – оксид натрия. Соответствующее основание: $NaOH$ – гидроксид натрия.

$BaO$ – оксид бария. Соответствующее основание: $Ba(OH)_2$ – гидроксид бария.

Ответ: Основные оксиды: $MgO, Cu_2O, FeO, K_2O, NiO, Na_2O, BaO$. Соответствующие им основания: $Mg(OH)_2, CuOH, Fe(OH)_2, KOH, Ni(OH)_2, NaOH, Ba(OH)_2$.

Кислотные оксиды и соответствующие им кислоты

Из данного перечня к кислотным оксидам относятся следующие вещества. Для каждого из них указана соответствующая кислота.

$SiO_2$ – оксид кремния(IV). Соответствующая кислота: $H_2SiO_3$ – кремниевая кислота.

$CrO_3$ – оксид хрома(VI). Соответствующая кислота: $H_2CrO_4$ – хромовая кислота.

$Mn_2O_7$ – оксид марганца(VII). Соответствующая кислота: $HMnO_4$ – марганцовая кислота.

$SO_2$ – оксид серы(IV). Соответствующая кислота: $H_2SO_3$ – сернистая кислота.

$N_2O_3$ – оксид азота(III). Соответствующая кислота: $HNO_2$ – азотистая кислота.

Ответ: Кислотные оксиды: $SiO_2, CrO_3, Mn_2O_7, SO_2, N_2O_3$. Соответствующие им кислоты: $H_2SiO_3, H_2CrO_4, HMnO_4, H_2SO_3, HNO_2$.

Несолеобразующий оксид

Оксид $NO$ – оксид азота(II) – является несолеобразующим (или безразличным). Таким оксидам не соответствуют ни кислоты, ни основания.

Ответ: Несолеобразующий оксид: $NO$ (оксид азота(II)).

Решение

Оксид серы (IV), или сернистый газ, химическая формула которого $SO_2$, является типичным кислотным оксидом. В этом соединении сера проявляет степень окисления +4, которая является промежуточной для серы (возможные степени окисления от -2 до +6). Это обуславливает двойственность его окислительно-восстановительных свойств.

1. Кислотные свойства

Как кислотный оксид, $SO_2$ взаимодействует с водой, основными и амфотерными оксидами, а также с основаниями.

а) Взаимодействие с водой:

При растворении в воде оксид серы (IV) обратимо образует слабую двухосновную сернистую кислоту ($H_2SO_3$), которая существует только в растворе.

$SO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2SO_3$

б) Взаимодействие с основными оксидами:

Реагирует с основными оксидами при нагревании, образуя соли сернистой кислоты — сульфиты.

$SO_2 + CaO \rightarrow CaSO_3$ (сульфит кальция)

в) Взаимодействие с основаниями (щелочами):

В зависимости от соотношения реагентов могут образовываться как средние соли (сульфиты), так и кислые (гидросульфиты).

- При избытке щелочи образуется средняя соль и вода:

$SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$ (сульфит натрия)

- При избытке оксида серы (IV) или при их эквимолярном соотношении образуется кислая соль:

$SO_2 + NaOH \rightarrow NaHSO_3$ (гидросульфит натрия)

2. Окислительно-восстановительные свойства

Атом серы в $SO_2$ имеет степень окисления +4, поэтому оксид серы (IV) может быть как восстановителем (повышая степень окисления до +6), так и окислителем (понижая степень окисления до 0 или -2).

а) $SO_2$ как восстановитель (S⁺⁴ → S⁺⁶):

Восстановительные свойства проявляются в реакциях с более сильными окислителями.

- Окисление кислородом воздуха в присутствии катализатора (ключевая стадия производства серной кислоты):

$2\stackrel{+4}{S}O_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5, 450-500^{\circ}C} 2\stackrel{+6}{S}O_3$

- Взаимодействие с галогенами (например, обесцвечивание бромной воды):

$\stackrel{+4}{S}O_2 + Br_2 + 2H_2O \rightarrow H_2\stackrel{+6}{S}O_4 + 2HBr$

- Реакция с перманганатом калия (раствор обесцвечивается):

$5\stackrel{+4}{S}O_2 + 2K\stackrel{+7}{Mn}O_4 + 2H_2O \rightarrow 2H_2\stackrel{+6}{S}O_4 + 2\stackrel{+2}{Mn}SO_4 + K_2SO_4$

б) $SO_2$ как окислитель (S⁺⁴ → S⁰ или S⁻²):

Окислительные свойства проявляются в реакциях с сильными восстановителями.

- Взаимодействие с сероводородом (реакция сопропорционирования, промышленный способ получения серы по методу Клауса):

$\stackrel{+4}{S}O_2 + 2H_2\stackrel{-2}{S} \rightarrow 3\stackrel{0}{S}\downarrow + 2H_2O$

- Восстановление активными металлами или углем при нагревании:

$\stackrel{+4}{S}O_2 + 2Mg \xrightarrow{t} \stackrel{0}{S} + 2MgO$

Ответ: Оксид серы(IV) ($SO_2$) является типичным кислотным оксидом, которому соответствует слабая сернистая кислота. Из-за промежуточной степени окисления серы +4, он проявляет двойственные окислительно-восстановительные свойства: выступает восстановителем в реакциях с сильными окислителями (например, $O_2, KMnO_4, Br_2$) и окислителем в реакциях с сильными восстановителями (например, $H_2S, Mg$).

Характерные реакции:

1. Кислотные свойства: $SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

2. Восстановительные свойства: $2SO_2 + O_2 \xrightarrow{кат., t} 2SO_3$

3. Окислительные свойства: $SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O$