Тема 2. Классы неорганических соединений

По составу все вещества делятся на простые и сложные. Простыми называются вещества, состоящие из атомов одного элемента (водород – Н₂, кислород - О₂, натрий – Na и т.д.). Сложными называются вещества, состоящие из атомов нескольких химических элементов. Сложные неорганические вещества принято делить на 4 основных класса: оксиды , кислоты, основания, соли.

Оксиды – это сложные вещества, состоящие из атомов двух элементов, один из которых кислород. Оксиды делятся на несолеобразующие (CO, NO, N₂O) и солеобразующие. Солеобразующие оксиды в свою очередь подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды образованы металлами с низкой валентностью и им соответствуют основания. Например, оксиды Na₂O, CaO, CuO являются основными оксидами и им соответствуют основания – NaOH, Ca(OH)₂, Cu(OH)₂. Характерным свойством основных оксидов является их реакция с кислотами, при этом образуется соль и вода.

CuO + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов взаимодействуют с водой, образуя основания.

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Основные оксиды могут взаимодействовать и с кислотными оксидами, при этом образуются соли.

CaO + CO₂ = CaCO₃

Кислотные оксиды образованы неметаллами (P₂O₅, CO₂, SO₃) и металлами, когда они про являют высокую валентность (V, VI, VII) (V₂O₅,CrO₃, Mn₂O₇). Кислотным оксидам соответствуют кислоты, которые можно получить при непосредственном взаимодействии оксида с водой. Например:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Mn₂O₇ + H₂O = 2HMnO₄

Характерным свойством кислотных оксидов является их реакция со щелочами, в результате образуется соль и вода.

2NaOH + SO₃ = Na₂SO₄ + H₂O

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

Амфотерные оксиды образованы металлами с переходными свойствами и могут проявлять как кислотные , так и основные свойства, т.е.при взаимодействии с кислотами ведут себя как основные оксиды, а при взаимодействии с основаниями – как кислотные оксиды. К амфотерным оксидам относятся: ZnO, Al₂O₃, PbO, BeO,Cr₂O₃ и др. Пример двойственности свойств оксида цинка:

ZnO + 2HCl = ZnCl₂ + H₂O

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂O

В первой реакции оксид цинка ведет себя как основной оксид, в образовавшейся соли он является катионом, а во второй реакции ZnO проявляет свойства кислотного оксида, в соли (Na₂ZnO₂ ) он входит в состав кислотного остатка.

Основания – это сложные вещества, состоящие из атома металла, связанного с некоторым числом гидроксогрупп (OH). Число гидроксильных групп зависит от валентности металла и называется атомностью основания. Например, NaOH –одноатомное основание, а Ba(OH)₂ – двухатомное. Основания – это гидраты основных оксидов, поэтому их называют гидроксидами. Основания, растворимые в воде, называют щелочами (KOH, NaOH, Ba(OH)₂). Они образованы щелочными и щелочно-земельными металлами. Характерной реакцией оснований является реакция с кислотами (реакция нейтрализации)

Ca(OH)₂ + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2H₂O

Они реагируют также с кислотными и амфотерными оксидами (см. ранее) и с солями.

2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.

Так получают нерастворимые основания. Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на оксид и воду.

_t

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Амфотерные основания (или амфотерные гидроксиды) проявляют двойственные свойства: они реагируют с кислотами как обычные основания, и со щелочами. В последней реакции они ведут себя как слабые кислоты.

2Cr(OH)₃ + 3 H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Cr(OH)₃ + 3NaOH = Na₃CrO₃ + 3 H₂O

Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способного замещаться на металл и кислотного остатка. Число атомов водорода в молекуле кислоты называют основностью кислоты, так HNO₃ – одноосновная кислота, H₂SO₄ и H₂SO₃ – двухосновные кислоты. В зависимости от состава кислоты делятся на кислородсодержащие (H₂SO₄) и бескислородные (HCl, H₂S). Кислородсодержащие кислоты являются гидратами кислотных оксидов, их можно получить, растворяя оксид в воде

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

У бескислородных кислот соответствующих оксидов нет. Их получают растворением в воде в соответствующих водородных соединений. HCl – хлороводородная или соляная кислота, ее получают растворением в воде газообразного хлороводорода. Характерными реакциями являются взаимодействие с металлами (а), основаниями (б) и солями(в).

а) Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂

б) Ba(OH)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2H₂O

в) AgNO₃ + HCl = AgCl + HNO₃

Соли – это сложные вещества, состоящие из атомов металла и кислотного остатка, их можно рассматривать как продукт полного или частичного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на металл. Соли бывают средние, кислые и основные.

Средние или нормальные соли, например Na₂SO₄, Ca₃(PO₄)₂, MgCO₃ – это продукт полного замещения атомов водорода в молекуле соответствующей кислоты.

Кислые соли, например NaHSO₄, CaHPO₄, Mg(HCO₃)₂ , получены при частичном замещении атомов водорода в молекуле кислоты. Кислые соли образуют только двух- и трех основные кислоты.

Основные соли можно рассматривать как продукты неполного замещения гидроксогрупп в молекуле основания, например (AlOH)SO₄, (MgOH)Cl. Основные соли образуют только многоатомные основания.

Соли взаимодействуют с металлами, кислотами, основаниями и между собой. Частично эти реакции уже рассматривались.

AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃

Cтруктурные формулы оксидов, оснований, кислот и солей.

В структурных формулах показывают порядок соединения атомов в молекуле. При написании формул нужно учитывать валентность атомов. Валентность – это способность атомов образовывать определенное число химических связей. Валентность определяется электронным строением атома.

Оксиды. В молекулах оксидов атомы кислорода между собой не связаны.

Основания.

NaOH Na—O—H

Кислоты. HCl H—Cl

В кислородсодержащих кислотах атомы водорода соединяются с центральным атомом через кислород.

Соли. В солях атомы водорода полностью или частично замещены металлом по сравнению с соответствующей кислотой.

Названия оксидов, оснований, кислот, солей.

Название оксидов складывается из слова «оксид» и названия элемента. Например:Al₂O₃ – оксид алюминия. Если элемент образует несколько оксидов, то после названия элемента указывают его валентность. Например: SO₂ – оксид серы(IV), SO₃ – оксид серы (VI).

Название основания складывается из двух слов: «гидроксид» и названия элемента, если валентность элемента переменная, то она указывается. Например: Fe(OH)₂ –гидроксид железа(II), Fe(OH)₃ – гидроксид железа(III).

Название бескислородных кислот складывается из названия соединения элемента с водородом. Например: HCl – хлороводородная кислота, H₂S – сероводородная кислота. Названия кислородсодержащих кислот образуются от названия элемента с окончанием «ная» (если валентность или степень окисления центрального атома максимальная) или «истая» (если валентность или степень окисления центрального атома более низкая). Например: H₂SO₄ – серная кислота (степень окисления серы +6), а H₂SO₃ – сернистая кислота (степень окисления серы +4).

Названия солей образуются от латинского названия элемента и имеют окончание «ат» (если степень окисления центрального атома в кислоте максимальная), «ит» (если степень окисления более низкая) «ид» (если соль образована бескислородной кислотой).В кислых солях, содержащих атом (атомы) водорода к названию соли добавляется частица «гидро», а в основных солях, содержащих группу «ОН» — частица «гидроксо». Например: Na₂SO₄ – сульфат натрия; NaHSO₄ – гидросульфат натрия; MgCl₂ – хлорид магния; (MgOH)Cl – хлорид гидроксомагния; Na₂SO₃ – сульфит натрия;

Контрольные задачи

Какие вещества требуются для превращений? Напишите соответствующие реакции.

1. Cr₂O₃ => CrCl₃ => Cr(OH)₃ =>Na₃CrO₃
2. Na₂CO₃ => CO₂ => H₂CO₃ => CaCO₃
3. CuO =>CuSO₄ => Cu(OH)₂ => CuO
4. P =>P₂O₅ => H₃PO₄ => Mg₃(PO₄)₂ => MgHPO₄
5. Zn => ZnCl₂ => Zn(OH)₂ => Na₂ZnO₂
6. CaCO₃ => Ca(HCO₃)₂ => Ca(OH)₂ => (CaOH)₂SO₄
7. Zn => Zn SO₄ => Zn(HSO₄)₂ => ZnCO₃ =>CO₂
8. CO₂ => CaCO₃ => Ca(HCO₃)₂ => Ca₃(PO₄)₂
9. Al => Al₂(SO₄)₃ => Al(OH)₃ => AlOH(NO₃)₂
10. SO₂ => SO₃ => H₂SO₄ => KHSO₄
11. Напишите химическую и структурную формулы сульфата железа (III).
12. Напишите химическую и структурную формулы гидросульфита алюминия.
13. Напишите химическую и структурную формулы карбоната гидроксомагния.
14. Напишите химическую и структурную формулы гидрофосфата цинка.
15. Напишите химическую и структурную формулы сульфида гидроксохрома (III).
16. Напишите химическую и структурную формулы нитрата гидроксосвинца (II).
17. Напишите химическую и структурную формулы гидрокарбоната калия.
18. Напишите химическую и структурную формулы фосфата гидроксоцинка.
19. Напишите химическую и структурную формулы нитрита гидроксобария.
20. Напишите химическую и структурную формулы дигидрофосфата меди.