Основные классы неорганических соединений

Наиболее типичными для кислотных  оксидов являются их реакции с  основными и амфотерными оксидами, щелочами:

Р₂О₅ + Al₂О₃ = 2AlРО₄ (при t^o)

Cа(OH)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О

Кислотные оксиды могут вступать в  многочисленные окислительно-восстановительные  реакции:

СО₂ + С = 2СО

 

Амфотерные оксиды. Продукты полной дегидратации (реальной или условной) амфотерных гидроксидов, сохраняющие химические свойства последних. Типичные амфигены (кроме Gа) при сжигании на воздухе образуют оксиды ВеО, Cr₂О₃, ZnО, Al₂О₃, GeО₂, SnО₂, PbО; амфотерные оксиды Ga₂О₃, SnО, PbО₂ получают другими способами. Обладают двойственной природой: они одновременно способны вступать в реакции, в которых выступают как основные, так и как кислотные оксиды, то есть реагируют как с кислотами, так и с щелочами:

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3Н₂О

Al₂O₃ + 2NaOH + 3Н₂О = 2Na[Al(OH)₄]

К числу амфотерных оксидов относится  оксид алюминия (III) Al₂O₃, оксид хрома (III) Cr₂O₃, оксид бериллия ВеО, оксид цинка ZnO, оксид железа (III) Fe₂O₃ и ряд других. Идеально амфотерным оксидом является вода Н₂О, которая диссоциирует с образованием одинаковых количеств ионов водорода (кислотные свойства)          и          гидроксид-иона           (основные свойства).

Амфотерные свойства воды ярко проявляются  при гидролизе растворённых в  ней солей

Cu²⁺ + Н₂О = Cu(OH)⁺ + H⁺

СО₃^2- + Н₂О = НСО₃^-- + ОН^—

  Двойные оксиды. Образованы либо атомами одного амфотерного элемента в разных степенях окисления, либо атомами двух разных (металлических, амфотерных) элементов, что и определяет их химические свойства. Примеры:

(Fe^IIFe₂^III)O₄, (Pb₂^IIPb^IV)O₄, (MgAl₂)O₄, (CaTi)O₃

Оксид железа образуется при сгорании железа на воздухе, оксид  свинца – при слабом нагревании свинца в кислороде; оксиды двух разных металлов получают другими способами.

Несолеобразующие  оксиды. Несолеобразующие оксиды – это оксиды неметаллов, не имеющие кислотных гидроксидов и не вступающие в реакции солеобразования (отличие от основных, кислотных и амфотерных оксидов). К таким оксидам относятся: СО, NO, N₂O, SiO, S₂О и др.

Рассмотрим несолеобразующие оксиды на примере оксида углерода (II) СО – угарного газа. Формальная степень окисления углерода 2+ не отражает строение молекулы СО. Оксид углерода является несолеобразующим и не взаимодействует в обычных условиях с водой, кислотами и щелочами.   Пероксиды.  Щелочные металлы образуют пероксидные соединения – соединения, в которых имеются химические связи кислород – кислород. Связь О – О не прочна, поэтому пероксиды неустойчивые соединения, легко разлагающиеся. Склонность к образованию таких соединений и их устойчивость возрастают от лития к цезию. Щелочные металлы образуют пероксиды состава Ме₂О₂ и надпероксиды МеО₂, где Ме – щелочной металл. Пероксиды щелочных металлов разлагаются водой с выделением кислорода:

2Na₂O₂ + 2H₂O = 4NaOH + O₂  

Действием кислот на пероксиды  щелочных металлов можно получить пероксид водорода:                                                                                                              

Na₂O₂ + 2H₂SO₄ = 2NaHSO₄ + H₂O₂

 

II Гидроксиды.  Гидроксиды металлов принято делить на две группы: растворимые в воде (образованные щелочными и щелочноземельными металлами) и нерастворимые в воде. Основное различие между ними заключается в том, что концентрация ионов ОН^– в растворах щелочей достаточно высока, для нерастворимых же оснований она определяется растворимостью вещества и обычно очень мала. Тем не менее небольшие равновесные концентрации иона ОН^–  даже в растворах нерастворимых оснований определяют свойства этого класса соединений.

Гидроксиды – соединения элементов (кроме фтора и кислорода) с гидроксогруппами O^-IIH, могут содержать также кислород O^-II. В гидроксидах

степень окисления элемента всегда положительная (от +I до +VIII). Число гидроксогрупп от 1 до 6. Делятся по химическим свойствам на основные, кислотные и амфотерные.

Основные гидроксиды (основания). Образованы элементами с металлическими свойствами. Получаются по реакциям соответствующих основных оксидов с водой:

Ме₂О + Н₂О = МеОН                 (Ме = Li, Na, K, Rb, Cs)

МеО + Н₂О = Ме(ОН)₂                      (Ме = Ca, Sr, Ba)                                  

При нагревании реальная дегидратация (потеря воды) протекает для следующих  гидроксидов:

Основные гидроксиды замещают свои гидроксогруппы на кислотные  остатки по правилу валентности  с образованием солей, металлические  элементы сохраняют свою степень  окисления в катионах солей.

Кислотные гидроксиды (кислоты). Образованы элементами с неметаллическими свойствами. Примеры:

Состав	СО(ОН)2	NO2(OH)	РО(ОН)3	SO2(OH)2
Формула	Н2СО3	HNO3	Н3РО4	H2SO4

При диссоциации в  разбавленном водном растворе образуются катионы Н⁺ (точнее Н₃О⁺) и следующие анионы, или кислотные остатки:

Кислота	Н2СО3	HNO3	Н3РО4	H2SO4
Кислотные остатки	НСО3– СО32–	NO3–	Н2РО4– НРО42– РО43–	SO42–

Кислоты HNO₃ и H₂SO₄ называются сильными, а Н₂СО₃ и Н₃РО₄ – слабыми. Кислоты можно получить по реакциям соответствующих кислотных оксидов с водой. Исключение составляет SO₂. Ему в качестве кислотного гидроксида соответствует полигидрат SO₂ ^. nН₂О («сернистая кислота H₂SO₃» не существует, но кислотные остатки HSO₃^– и SO₃^2– присутствуют в солях). При нагревании некоторых кислот протекает реальная дегидратация, и образуются соответствующие кислотные оксиды. При замене (реальной и формальной) водорода кислот на металлы и амфигены по правилам валентности образуются соли, кислотные остатки сохраняют в солях свой состав  заряд. Кислоты Н₂SО₄ и Н₃РО₄ в разбавленном водном растворе реагируют  с металлами и амфигенами, стоящими в ряду напряжений левее водорода, при этом образуются соответствующие  соли и выделяется водород (кислота HNO₃ в такие реакции не вступает). В отличие от бескислородных кислот кислотные гидроксиды называют кислородсодержащими кислотами или оксокислотами.

Амфотерные  гидроксиды. Образованы элементами с амфотерными свойствами. Типичные амфотерные гидроксиды:

Ве(ОН)₂, Sn(ОН)₂, Zn(ОН)₂, Pb(ОН)₂, Al(ОН)₃, Cr(ОН)₃.

Не образуются из амфотерных оксидов и воды, но подвергаются реальной дегидратации и образуют амфотерные гидроксиды:

Ме(ОН)₂ = МеО + Н₂О                                           (Ме = Ве, Sn, Zn, Pb)

Ме(ОН)₃ (-Н₂О) — МеО(ОН) (-Н₂О) — Ме₂О₃   (Ме = Al, Cr)

И с к л  ю ч е н и е: для железа  (III) известен только метагидроксид FeO(OH), «гидроксид железа (III) Fe(ОН)₃» не существует (не получен). Амфотерные гидроксиды проявляют свойства основных и кислотных оксидов; образуют два вида солей, в которых в которых амфотерный элемент входит в состав либо катионов солей, либо их анионов.

Для элементов, имеющих  несколько степеней окисления, действует  правило: чем выше степень окисления, тем более выражены кислотные  свойства гидроксидов (и/или соответствующих  оксидов).

П р и м  е р:

CrII	CrIII	CrVI
Cr(ОН)2    основной    гидроксид	Cr(ОН)3, CrО(ОН)     амфотерный       гидроксид	Н2CrО4  хромовая    кислота

 

III Соли.   Соединения, состоящие  из катионов основных или амфотер-ных (в роли основных) гидроксидов и и анионов (остатков) кислотных или амфотерных (в роли кислотных) гидроксидов. В отличие от бескислородных срлей (см. выше), соли рассматриваемые здесь, называются кислородсодержащими солями или оксосолями.

Соли делятся на основные, средние, кислые, двойные.

Основные соли. Содержат гидроксогруппы ОН^—, рассматриваемые как отдельные анионы, например FeNO₃(OH), Ca₂SO₄(OH)₂, Cu₂CO₃(OH)₂, образуются при действии на кислотные гидроксиды избытка основного гидроксида, содержащего не менее двух гидроксогрупп в формульной единице:

2Cu(OH) + Н₂СО₃ = Cu₂CO₃(OH)₂ + Н₂О

2Ni(OH)₂ + Н₂SО₄ = Ni₂SO₄(OH)₂ + Н₂О

Основные  соли, образованные сильными кислотами, при добавлении соответствующего кислотного гидроксида переходят в  средние:

СоNO₃(OH) + НNO₃ = Со(NO₃)₂ + Н₂О

Ni₂SO₄(OH)₂ + Н₂SO₄ = 2NiSO₄ + Н₂О

Большинство основных солей малорастворимы, в воде; они осаждаются при совместном гидролизе, если образованы слабыми кислотами:

2MgCl₂+ H₂O + 2Na₂CO₃ = Mg₂CO₃(OH)₂ + CO₂ + 4NaCl

Кислые соли. Кислые соли содержат кислые кислотные остатки, содержащие водород, НСО₃^-, Н₂РО₄^-, НРО₄^2-. Образуются при действии на основные или амфотерные или средние соли избытка кислотных гидроксидов, содержащих не менее двух атомов водорода в молекуле; аналогично действуют соответствующие кислотные оксиды:

2NaOH + H₂SO_4(конц.) = NaНSO₄ + Н₂О

Zn(OH)₂ + 2H₃PO_4(конц.) = ZnHPO₄ + 2Н₂О

При добавлении гидроксида соответствующего металла или амфигена  кислые соли переводятся в средние:

NaНSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + Н₂О 

Pb(HSO₄)₂ + Pb(OH)₂ = 2PbSO₄ + Н₂О 

Почти все кислые соли хорошо растворимы в воде, диссоциируют нацело (КНСО₃ = К⁺ + НСО₃^—)

Средние соли.  Содержат средние кислотные остатки СО₃^2-, NO₃^-, PO₄^3-, SO₄^2- и др., например К₂СО₃, Mg(NO₃)₂ и др. если средние соли плучают по реакциям с участием гидроксидов, то реагенты берут в эквивалентных количествах, например, соль К₂СО₃ можно получить, если взять реагенты в соотношениях:

2КОН и 1Н₂СО₃, 1К₂О и 1Н₂СО₃, 2КОН и 1СО₂.

Основание + Кислота  = Соль и Вода

Реакции образования средних солей

 

 

 

1а) Основной гидроксид + кислотный  гидроксид = …

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + Н₂О 

1б)Амфотерный гидроксид + кислотный  гидроксид = …

  2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6Н₂О

1в) Основной гидроксид + амфотерный  гидроксид = …

   NaOH + Al(OH)₃ = NaAlО₂ + 2Н₂О

 

 

 

Основной оксид + Кислота = Соль и  Вода

 

 

2а) Основной оксид + кислотный гидроксид = …

  Na₂О + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + Н₂О

2б) Амфотерный оксид + кислотный  гидроксид = …

    Al₂О₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3Н₂О

2в) Основной оксид + амфотерный  гидроксид = …

   Na₂О + 2Al(OH)₃ = 2NaAlО₂ + 3Н₂О

 

Основание + Кислотный оксид = Соль и Вода

 

 

3а) Основной гидроксид + кислотный  оксид = …

    2NaOH + SO₃ = Na₂SO₄ + Н₂О

3б) Амфотерный гидроксид + кислотный  оксид = …

    Al(OH)₃ + 3SO₃ = Al₂(SO₄)₃ + 3Н₂О

3в) Основной гидроксид + амфотерный  оксид = …

    2NaOH + Al₂О₃ = 2NaAlО₂ + Н₂О

Реакция 1в, если она протекает в  растворе, сопровождается образованием других продуктов – комплексных  солей, например,

NaOH_(конц.)+ Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄]

Все средние соли в растворе –  сильные электролиты (диссоциируют нацело).

Двойные соли. Двойные соли содержат два химически важных катиона; например СаMg(CO₃)₂, КАl(SO₄)₂, Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ и др. Многие двойные соли образуются в виде кристаллогидратов при совместной кристаллизации соответствующих средних солей из насыщенного раствора:

К₂SO₄ + MgSO₄ + 6H₂O = К₂Mg(SO₄)₂ ^. 6H₂O