Тема 2 Основные классы неорганических веществ

Простые вещества– их молекулы состоят из одного вида атомов. Подразделяют на металлы (например: K, Mg, Ni, Fe, Zn, Al, Cr, Ag, Cu) и неметаллы (S, P, N₂, O₂, O₃, Br₂).

Сложные вещества – их молекулы состоят из атомов нескольких видов.

Оксиды – сложные вещества, их молекулы состоят из двух видов элементов, одним из которых кислород.

Основные оксиды – оксиды типичных металлов со степенями окисления +1 и +2, иногда +3, которым в качестве гидроксидов соответствуют основания:

- +1: K₂O, Li₂O, Na₂O, Rb₂O, Cs₂O, Cu₂O, Ag₂O, Tl₂O;

- +2: CaO, BaO, SrO, MnO, FeO, MgO, NiO, TiO;

- +3: Bi₂O₃, La₂O₃, Ti₂O₃.

- Взаимодействуют с водой с образованием щелочей: СаО+Н₂О=Са(ОН)₂;

с кислотами MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O;

с кислотными оксидами ВаО + СО₂ = ВаСО₃.

Кислотные оксиды – это оксиды неметаллов (например, P₂O₅, B₂O₃, Cl₂O₇) и некоторых металлов в высшей степени окисления (например, Nb₂O₅, MoO₃, Mn₂O₇), которым в качестве гидроксидов соответствуют кислоты.

Взаимодействуют с водой с образованием кислот P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄;

со щелочами СО₂ + Ва(ОН)₂ = ВаСО₃ + Н₂О;

с основными оксидами СаО + СО₂ = СаСО₃.

Амфотерными оксиды, которым в качестве гидроксидов соответствуют амфотерные гидроксиды – это оксиды металлов со степенями окисления:

+2: BeO, ZnO, SnO, PbO, CuO, GeO;

+3: Al₂O₃, Sb₂O₃, Cr₂O₃, Fe₂O₃, Ga₂O₃;

+4: SnO₂, PbO₂, GeO₂.

Реагируют с кислотными оксидами и кислотами, проявляя основные свойства PbO+2HNO₃=Pb(NO₃)₂+H₂O

ZnO+SiO₂=ZnSiO₃;

с основными оксидами и щелочами, проявляя кислотные свойства ZnO+CaO=CaZnO₂

Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O,

в растворе Al₂O₃+2NaOH+3H₂O=2Na[Al(OH)₄].

Гидроксиды– соединения оксидов химических элементов с водой,

СаО + H₂O = Са(ОН)₂

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Основные гидроксиды (основания)– состоят из катиона металла или аммония NH₄⁺ и гидроксильной группы ОН^–.

Например: NaOH, Ni(OH)₂, Mg(OH)₂, Bi(OH)₃, NH₄OH.

Щелочи – сильные основания, как правило, хорошо растворимые в воде, гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (металлов I и II главных групп).

Например: NaOH, КОН, Ва(ОН)₂ раствор Са(ОН)₂.

Взаимодействуют: с кислотами Ba(OH)₂ + 2HCl = BaCl₂ + 2H₂O;

с амфотерными гидроксидами Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

с кислотными оксидами СаO₂+ СO= СаСO₃

с амфотерными оксидами Al₂O₃+Ca(OН)₂= Ca(AlO₂)₂ +H₂O

Амфотерные гидроксиды(амфотерные основания)– гидроксиды, проявляющие в химических реакциях в зависимости от условий и основные и кислотные свойства, т.е. обладающие двойственной природой.

 

Be(OH)₂, Zn(OH)₂, Sn(OH)₂, Pb(OH)₂, Ge(OH)₂, Cu(OH)₂;

Al(OH)₃, Cr(OH)₃, Sb(OH)₃, Ga(OH)₃, Au(OH)₃, As(OH)₃;

Sn(OH)₄, Pb(OH)₄, Ge(OH)₄.

Амфотерные гидроксиды могут быть получены взаимодействием солей амфотерных металлов со щелочью. AlCl₃+3NaOH=Al(OH)₃+3NaCl

Следует помнить, что в избытке щелочи сразу образуются растворимые комлексные соли AlCl₃ + 4NaOH= Na[Al(OH)₄] + 3NaCl– тетрагидроксоалюминат натрия

AlCl₃ + 6NaOH= Na₃[Al(OH)₆] + 3NaCl – гексагидроксоалюминат натрия

Амфотерные гидроксиды взаимодействуют с кислотами, проявляя основные свойства, формула гидроксида записана в виде основания:

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

2Cr(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Zn(OH)₂ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + 2H₂O

Амфотерные гидроксиды взаимодействуют со щелочами, проявляя кислотные свойства, формула гидроксида записана в виде кислоты H₃AlO₃, амфотерный металл в составе аниона:

в расплаве: H₃AlO₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O

в растворе: Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄] или

Al(OH)₃ + 3NaOH = Na[Al(OH)₄]

Cr(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Cr(OH)₆]

Zn(OH)₃ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄]

Кислотные гидроксиды (кислородсодержащие кислоты) – гидроксиды, которые проявляют кислотные свойства, являются кислотами.

Кислоты – соединения, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотных остатков (анионов кислот). Основность кислоты – это число атомов водорода, способных замещаться на металл: одно- (HCl, HNO₃), двух- (H₂SO₃, H₂S), трех- (H₃PO₄) основные.

Кислоты подразделяются на безкислородные (например, HCl) и кислородсодержащие (кислотные гидроксиды, например, H₂SO₄).

По химической активности (силе) кислоты делят на сильные (HCl, H₂SO₄) и слабые (H₂SO₃, СH₃СООН).

Таблица 1

Названия кислот и их анионов

Кислоты	Анионы кислот
Бескислородные кислоты
Хлороводородная	HCl	Cl-	Хлорид
Фтороводородная	HF	F-	Фторид
Бромоводородная	HBr	Br--	Бромид
Иодоводородная	HI	I-	Иодид
Сероводородная	H2S	S2-	Сульфид
HS-	Гидросульфид
Циановодородная	HCN	CN-	Цианид
Родановодородная	HCNS	CNS-	Роданид
Кислородсодержащие кислоты
Азотная	HNO3	NO3-	Нитрат
Азотистая	HNO2	NO2-	Нитрит
Ортофосфорная	H3PO4	H2PO4-	Дигидрофосфат
HPO42-	Гидрофосфат
PO43-	Фосфат
Серная	H2SO4	HSO4-	Гидросульфат
SO42-	Сульфат
Сернистая	H2SO3	HSO3-	Гидросульфит
SO32-	Сульфит
Тиосерная	H2S2O3	S2O32-	Тиосульфат
Хлорная	HClO4	ClO4-	Перхлорат
Хлорноватая	HClO3	ClO3-	Хлорат
Хлористая	HClO2	ClO2-	Хлорит
Хлорноватистая	HСlO	СlO-	Гипохлорит
Угольная	H2CO3	HCO3-	Гидрокарбонат
CO32-	Карбонат
Кремниевая	H2SiO3	SiO32-	Силикат
Марганцовистая	H2MnO4	MnO42-	Манганат
Марганцевая	HMnO4	MnO4-	Перманганат
Хромовая	H2CrO4	CrO42-	Хромат
Двухромовая	H2Cr2O7	Cr2O72-	Бихромат
Муравьиная	HCOOH*	HCOO-	Формиат
Уксусная	CH3COOH*	CH3COO-	Ацетат
Щавелевая	HOOCCOOH*	C2O42-	Оксалат

*Муравьиная, уксусная и щавелевая кислоты являются органическими кислотами, поэтому вид их формул отличается от вида минеральных (неорганических) кислот. Водород, имеющий кислые свойства и способный замещаться на ион металла, занимает в минеральных кислотах первое место (H₂SO₄), в органических – последнее (HCOOH, CH₃COOH,НООССООН).

Кислоты взаимодействуют

с основными гидроксидами Ba(OH)₂ + 2HCl = BaCl₂ + 2H₂O;

с амфотерными гидроксидами Al(OH)₃ +3HNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3H₂O;

с основными оксидами MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O;

амфотерными оксидами Cr₂O₃ + 3H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O;

с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑.

Не взаимодействуют с металлами, стоящими за водородом: Cu, Hg, Ag, Au;

При взаимодействии с металлами HNO₃ и H₂SO₄ (конц.) окислителями являются S⁺⁶ и N⁺⁵. Mg + 5H₂SO₄ = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O;

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O;

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O;

Соли – продукты полного или неполного замещения водорода кислоты на металл, или замещения гидроксигрупп основания кислотным остатком.

Средние соли (NaCl, Na₂SO₄, K₃PO₄),

Кислые соли (NaHCO₃, MgHPO₄, КH₂PO₄),

Основные соли (FeOHCl, Al(OH)₂Cl, (CaOH)₂CO₃,

Двойные соли (KAl(SO₄)₂),

Комплексные соли (Ag[(NH₃)₂]Cl, K₄[Fe(CN)₆]).

Характерные реакции и генетическая связь неорганических соединений разных классов представлены в Таблицах, для реакций, протекающих в растворе, кроме молекулярных уравнений приведены полные и краткие ионные уравнения. Понятия растворимость и сила оснований и кислот, двойственная природа амфотерных гидроксидов рассмотрены в главе Диссоциация.

Таблица 2

Генетическая связь между соединениями разных классов

Таблица 3