Как сделать формулу оксидов

Обновлено: 06.07.2024

Оксид — это соединение, состоящее из двух химических элементов, один из которых — кислород в степени окисления -2.

В формулах оксидов символ кислорода всегда записывается на втором месте. Общая формула оксидов:

где m — число атомов элемента E, n — число атомов кислорода.

Пример. CaO, CO2, H2O — оксиды.

Номенклатура оксидов

Химическое название оксида строится из двух слов: первое слово — оксид , второе — название элемента в родительном падеже.

Пример. Al2O3 — оксид алюминия, Na2O — оксид натрия.

Элементы с переменной степенью окисления могут образовывать несколько оксидов. Чтобы их отличать, в конце названия оксида указывается степень окисления элемента римскими цифрами в скобках.

Пример. CO2 — оксид углерода (IV), читается: оксид углерода четыре , CO — оксид углерода (II).


Все неорганические вещества делятся на несколько классов, важнейшими из которых являются оксиды, кислоты, основания и соли. Первоначальные сведения об этих веществах вы уже получили. Теперь вам предстоит познакомиться с ними более подробно и систематизировать свои знания.

Вы уже знаете, что самым распространенным элементом на Земле является кислород. Его атомы, соединяясь с атомами других элементов, образуют огромное количество сложных неорганических веществ, среди которых важное место занимают оксиды.

Состав оксидов

В состав любого оксида входят атомы двух химических элементов, один из которых — кислород, например: Н2О, Al2O3, Р2О5, CuO, Cl2O7. Всего известно около трехсот разных оксидов. Их общая химическая формула — ЭxOy, где буква Э обозначает символ химического элемента, образующего оксид, О — символ кислорода, а буквы x и y — индексы, обозначающие число атомов в молекулах или в формульных единицах оксидов.

Поскольку валентность атомов кислорода в оксидах всегда равна II, а валентность атомов других элементов принимает значения от I до VIII, состав оксидов выражается формулами, приведенными в следующей таблице.


Классификация оксидов

Поскольку оксидов известно очень много, возникает необходимость классификации этих веществ по их химическим свойствам, т. е. по способности превращаться в другие вещества.

Вы уже знаете, что оксиды могут реагировать с водой, превращаясь при этом в соединения двух типов — кислоты и основания. Так, например, оксид фосфора(V) P2O5, присоединяя воду, превращается в кислоту H3PO4:


а оксид кальция CaO, взаимодействуя с водой, превращается в основание Ca(OH)2:


Иначе говоря, оксиду фосфора соответствует кислота, а оксиду кальция соответствует основание. Исходя из этого, оксиды можно разделить на две большие группы — кислотные и основные оксиды.

К кислотным относятся оксиды, которым соответствуют кислоты. Наряду с Р2О5, кислотными являются также оксиды: CO2, SiO2, SO2, N2O5, SO3 и некоторые другие. Всем им соответствуют кислоты.


К основным относятся оксиды, которым соответствуют основания. Кроме СaO, основными являются оксиды: Na2O, K2O, BaO, FeO, CuO и ряд других. Всем этим оксидам соответствуют основания.


Оксиды в природе

Оксиды содержатся в каждой из трех оболочек нашей планеты — в атмосфере, гидросфере, литосфере.

Самым распространенным оксидом в атмосфере и гидросфере является вода H2O, а в литосфере — оксид кремния(IV) SiO2, встречающийся в виде красивых кристаллов кварца (рис. 116) и кварцевого песка.


Краткие выводы урока:

  1. Оксиды делятся на кислотные и основные. Кислотным оксидам соответствуют кислоты, а основным — основания.
  2. Оксиды широко распространены в природе.

Сложные неорганические вещества подразделяют на четыре класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Мы начинаем с класса оксидов.

ОКСИДЫ

Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, с валентность равной 2. Лишь один химический элемент - фтор, соединяясь с кислородом, образует не оксид, а фторид кислорода OF 2 .

Называются они просто - "оксид + название элемента" (см. таблицу). Если валентность химического элемента переменная, то указывается римской цифрой, заключённой в круглые скобки, после названия химического элемента.

оксид углерода ( II )

оксид железа (III )

оксид азота ( II )

оксид марганца (VII )

Классификация оксидов

Все оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие или безразличные.

Оксиды металлов Ме х О у

Оксиды неметаллов неМе х О у

Несолеобразующие (безразличные)

1). Основные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания. К основным оксидам относятся оксидыметаллов 1 и 2 групп, а также металлов побочных подгрупп с валентностью I и II (кроме ZnO - оксид цинка и BeO – оксид берилия):

2). Кислотные оксиды – это оксиды, которым соответствуют кислоты. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов (кроме несолеобразующих – безразличных), а также оксиды металлов побочных подгрупп с валентностью от V до VII (Например, CrO 3 -оксид хрома (VI), Mn 2 O 7 - оксид марганца (VII)):

3). Амфотерные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания и кислоты. К ним относятся оксиды металлов главных и побочных подгрупп с валентностью III, иногда IV , а также цинк и бериллий (Например, BeO, ZnO, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 ).

4). Несолеобразующие оксиды – это оксиды безразличные к кислотам и основаниям. К ним относятся оксиды неметаллов с валентностью I и II (Например, N 2 O, NO, CO).

Вывод: характер свойств оксидов в первую очередь зависит от валентности элемента.

Например, оксиды хрома:

Классификация по растворимости в воде

Кислотные оксиды

Растворимы в воде.

(не растворим в воде)

Основные оксиды

В воде растворяются только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов

исключение Be ,Mg)

Амфотерные оксиды

С водой не взаимодействуют.

В воде не растворимы

Выполните задания:

1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.

Выпишите оксиды и классифицируйте их.

Физические свойства оксидов

При комнатной температуре большинство оксидов - твердые вещества (СаО, Fe 2 O 3 и др.), некоторые - жидкости (Н 2 О, Сl 2 О 7 и др.) и газы (NO, SO 2 и др.).

Химические свойства оксидов

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ОКСИДОВ

1. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ ОКСИДОВ

2. Кислотный оксид + Основание = Соль + Н 2 О (р. обмена)

3. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)

4. Менее летучие вытесняют более летучие из их солей

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ОКСИДОВ

Взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами.

ZnO + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 O

ZnO + 2 NaOH + H 2 O = Na 2 [Zn(OH) 4 ] ( в растворе)

ZnO + 2 NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2 O (при сплавлении)

Применение оксидов

Некоторые оксиды не растворяются в воде, но многие вступают с водой в реакции соединения:

В результате часто получаются очень нужные и полезные соединения. Например, H 2 SO 4 – серная кислота, Са(ОН) 2 – гашеная известь и т.д.

Если оксиды нерастворимы в воде, то люди умело используют и это их свойство. Например, оксид цинка ZnO – вещество белого цвета, поэтому используется для приготовления белой масляной краски (цинковые белила). Поскольку ZnO практически не растворим в воде, то цинковыми белилами можно красить любые поверхности, в том числе и те, которые подвергаются воздействию атмосферных осадков. Нерастворимость и неядовитость позволяют использовать этот оксид при изготовлении косметических кремов, пудры. Фармацевты делают из него вяжущий и подсушивающий порошок для наружного применения.

Такими же ценными свойствами обладает оксид титана (IV) – TiO 2 . Он тоже имеет красивый белый цвет и применяется для изготовления титановых белил. TiO 2 не растворяется не только в воде, но и в кислотах, поэтому покрытия из этого оксида особенно устойчивы. Этот оксид добавляют в пластмассу для придания ей белого цвета. Он входит в состав эмалей для металлической и керамической посуды.

Оксид хрома (III) – Cr 2 O 3 – очень прочные кристаллы темно-зеленого цвета, не растворимые в воде. Cr 2 O 3 используют как пигмент (краску) при изготовлении декоративного зеленого стекла и керамики. Известная многим паста ГОИ (сокращение от наименования “Государственный оптический институт”) применяется для шлифовки и полировки оптики, металлических изделий, в ювелирном деле.

К оксидам относят соединение P2O5. Два других вещества – не оксиды: в состав РН3 не входит атом кислорода, а в состав H3PO4 входят атомы трех химических элементов – H, Р, O.

Если оксид образован химическим элементом с переменной валентностью, то после названия элемента нужно указать его валентность. Например: Fe2О3 – оксид железа(III), FеО – оксид железа(II).

Задание 2.1. Среди следующих соединений найдите оксиды и назовите их:

Задание 2.2. Составьте формулы следующих оксидов:

оксид хрома(III), оксид углерода(IV), оксид магния, оксид серы(VI), оксид азота(V), оксид калия, оксид марганца(VI).

Многие оксиды могут реагировать с кислотами или основаниями. В таких реакциях получаются соли. Поэтому такие оксиды называются солеобразующими.

Однако существует небольшая группа оксидов, которые к таким реакциям не способны. Такие оксиды называют несолеобразующими.

Задание 2.3. Назовите несолеобразующие оксиды: H2O, CO, N2O, NO, F2O.

Некоторые оксиды имеют особые (тривиальные) названия: Н2О – вода, СО – угарный газ, СО2 – углекислый газ и др.

Солеобразующие оксиды подразделяют на три группы: основные, кислотные, амфотерные.

Точно установить характер оксида можно, только изучая его химические свойства. Например, кислотные оксиды реагируют с основаниями и не реагируют с кислотами. Основные оксиды реагируют с кислотами и не реагируют с основаниями. Амфотерные оксиды могут реагировать и с кислотами, и с основаниями.

По формуле оксида можно определить, какими свойствами он обладает. Правда, иногда эта оценка будет приблизительной.

• Неметаллы образуют только кислотные и безразличные оксиды.

• Металлы в зависимости от валентности могут образовывать разные оксиды – основные, амфотерные и кислотные.

Предсказать свойства оксида металла может помочь эта схема:


Задание 2.4. Назовите амфотерные оксиды:

Задание 2.5. Классифицируйте приведенные ниже оксиды:

Задание рекомендуется выполнить по следующей схеме.

1) Определить, какой это оксид – солеобразующий или несолеобразующий.

2) Определить, какой элемент входит в состав солеобразующего оксида – металл или неметалл. Для этого надо выписать из таблицы Д.И.Менделеева символы элементов-неметаллов. Они расположены в главных подгруппах на линии бор – астат и выше этой линии (рис. 1).

Рис. 1. Элементы-неметаллы
(фрагмент таблицы Д.И.Менделеева)

3) Если в состав оксида входит атом неметалла, то оксид кислотный.

4) Если в состав оксида входит атом металла, то следует определить его валентность и по ней выяснить характер оксида – основный, амфотерный или кислотный.

Например: Cr2O3 – амфотерный, т.к. хром – металл с валентностью III;

N2O3 – кислотный оксид, т.к. азот – неметалл;

CrO3 – кислотный оксид, т.к. хром – металл с высокой валентностью VI.

Зная характер оксида, можно описать его свойства.

Свойства кислотных оксидов

• Кислотные оксиды реагируют c водой, образуя кислоты. Например:

Чтобы составить формулу кислоты, нужно сложить все атомы исходных веществ, записывая на первом месте атом водорода, на втором – элемент, образующий оксид, и на последнем – кислород. Если индексы получились четными, то их можно сократить:

Эти же реакции можно записать в виде арифметического примера:


Задание 2.6. Составьте уравнения реакций кислотных оксидов из задания 2.5 с водой.

• Кислотные оксиды реагируют с осно?вными оксидами, образуя соли соответствующей кислоты, т.е. соль той кислоты, которая образуется при взаимодействии этого оксида с водой. Например:


Чтобы составить такое уравнение, нужно действовать по следующей схеме.

1) Составить формулу кислоты (прибавив к молекуле оксида молекулу воды):

2) Определить валентность кислотного остатка (это часть молекулы кислоты без атомов водорода). В данном случае кислотный остаток имеет состав СО3, его валентность равна числу атомов водорода в кислоте, т.е. II.

3) Cоставить формулу соли, записав вместо атомов водорода атом металла из основного оксида с его валентностью (в данном случае натрий).

4) Составить формулу соли по валентности металла и кислотного остатка: Na2CO3.

Задание 2.7. Составьте уравнения реакций кислотных оксидов из задания 2.5 с оксидом кальция.

• Кислотные оксиды реагируют с основаниями, образуя соль соответствующей кислоты и воду. Например:


Принципы составления уравнений реакций с основаниями те же, что и для реакций с осно?вными оксидами (см. выше).

Задание 2.8. Составьте уравнения реакций кислотных оксидов из задания 2.5 с гидроксидом натрия NаОН.

З а п о м н и т е! Кислотные оксиды ни с кислотами, ни c кислотными оксидами не реагируют.

Свойства основных оксидов

• Основные оксиды реагируют с водой, образуя основания. Реакция протекает, если получающееся основание растворимо в воде.

Общая формула оснований – М(ОН)х, где х – число ОН-групп, равное валентности металла М. Например:


Fe2O3 + Н2О нет реакции.

Последняя реакция не идет, т.к. основание Fe(ОН)3 нерастворимо в воде. Растворимость веществ в воде можно определить по таблице растворимости (рис. 2).

Рис. 2.
Таблица растворимости
(фрагмент)

Условные обозначения: р – растворимо в воде, м – малорастворимо в воде,
н – нерастворимо в воде.

При определении возможности протекания данной реакции можно использовать и другое правило.

Основный оксид реагирует с водой, если он образован активным металлом. Эти металлы стоят в ряду напряжений до магния: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg…

Задание 2.9. Составьте уравнения реакций основных оксидов из задания 2.5 с водой.

• Основные оксиды реагируют с кислотами, образуя соль и воду:


Обратите внимание: при составлении формулы соли нужно вместо атомов водорода в формуле кислоты написать символ металла, а затем расставить индексы согласно валентности.

Задание 2.10. Составьте уравнения реакций осно?вных оксидов из задания 2.5 с Н2SО4.

• Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами, образуя соли.

• Некоторые основные оксиды реагируют при нагревании с водородом, при этом образуются металл и вода:

З а п о м н и т е! Основные оксиды с основаниями и основными оксидами не реагируют!

В ы в о д. В реакцию легче всего вступают вещества с противоположными свойствами и не вступают в реакцию вещества со сходными свойствами.

Свойства амфотерных оксидов

Амфотерные оксиды (от греч. amphi – двойной) проявляют двойственные свойства: они могут реагировать и с кислотами, и с основаниями (точнее, со щелочами). При этом образуются соль и вода. Например:


Задание 2.11. Составьте уравнения реакций амфотерных оксидов из задания 2.5 с КОН и НNО3.

Задание 2.12. С какими из веществ – Н2О, NаОН, НСl – могут реагировать следующие оксиды:

Составьте уравнения возможных реакций.

Способы получения оксидов

Оксиды могут быть получены при разложении некоторых кислот, оснований, солей:

Оксиды обычно получают сжиганием в кислороде простых и сложных веществ:

Обратите внимание: при сгорании сложного вещества образуются оксиды элементов, которые входят в его состав. Исключение составляют только азот и галогены, которые выделяются в виде простых веществ.

В ы в о д ы по главе 2.1

Молекулы оксидов состоят из атомов двух элементов. Один из этих элементов – кислород.

Оксиды, образующие соли, бывают кислотными, амфотерными и основными.

Оксиды реагируют с веществами, которые проявляют противоположные свойства.

Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами или кислотами, кислотные оксиды – с основными оксидами или основаниями, амфотерные оксиды – и с кислотами, и с основаниями (щелочами).

Кислоты – это сложные вещества, в состав молекул которых входят активные атомы водорода и кислотные остатки. Активный атом водорода в химических реакциях способен замещаться на атом металла, в результате чего всегда получается соль.

В формулах неорганических кислот атом водорода записывается на первом месте*. Например:


В состав молекулы любой кислоты кроме атомов водорода входит кислотный остаток. Кислотный остаток – это часть молекулы кислоты без атомов водорода (которые могут быть замещены на атом металла). Валентность кислотного остатка равна числу таких атомов водорода:

При определении валентности кислотного остатка учитываются те атомы водорода, которые участвовали в реакции или могут участвовать в ней. Так, фосфорной кислоте Н3РО4 в зависимости от условий могут соответствовать кислотные остатки разного состава:

У органических кислот не все атомы водорода в молекуле способны замещаться на атом металла:

Задание 2.13. Определите состав и валентность кислотных остатков для кислот, учитывая, что все атомы водорода кислот активные:

По числу атомов водорода в молекулах кислоты делят на одноосновные и многоосновные.

HCl – одноосновная кислота, т. к. в ее молекуле один атом водорода;

Н2СО3 – двухосновная кислота, т. к. в ее молекуле два атома водорода.

По составу кислоты делят на бескислородные (НСl, Н2S) и кислородсодержащие (НСlO, Н2SO4).

Бескислородные кислоты представляют собой растворы некоторых газов в воде, при этом и растворенному газу, и полученному раствору приписывают одинаковые свойства, хотя это не так. Например, из простых веществ водорода и хлора получается газ хлороводород:

Этот газ не проявляет кислотных свойств, если он сухой: его можно перевозить в металлических емкостях, и никакой реакции не происходит. Но при растворении хлороводорода в воде получается раствор, который проявляет свойства сильной кислоты. Такую кислоту перевозить в металлических емкостях нельзя.

Названия бескислородных кислот составляют по схеме:

Например: H2S – сероводородная кислота (раствор газа сероводорода в воде).

Некоторые бескислородные кислоты имеют особые (тривиальные) названия: НСl – соляная кислота (раствор газа хлороводорода в воде), НF – плавиковая кислота (раствор газа фтороводорода в воде).

Задание 2.14. Дайте химические названия соляной и плавиковой кислотам.

Метафосфорная кислота неустойчива и, присоединяя воду, превращается в более устойчивую ортофосфорную кислоту:

Или в суммарном виде:

Таким образом, Р2O5 – ангидрид фосфорной кислоты, а также некоторых других, менее устойчивых кислот.

Обратите внимание: название кислородсодержащей кислоты содержит в виде корня название элемента, входящего в состав ангидрида: фосфор Р фосфорный ангидрид Р2О5 фосфорная кислота Н3РО4.

Валентность элемента проще всего определять по формуле ангидрида:


Сведения о названиях некоторых кислот обобщены в табл. 3.

Названия кислот

Задание 2.15. Вместо пропусков в табл. 3 напишите формулы и названия соответствующих кислот.

Задание 2.16. Напишите на память (никуда не заглядывая) формулы кислот: кремниевой, сернистой, серной, сероводородной, азотистой, азотной, соляной, фосфорной, угольной. Укажите ангидриды этих кислот (там, где они существуют).

Свойства кислот

Главным свойством всех кислот является их способность образовывать соли. Соль образуется в любой реакции, в которой участвует кислота, при этом замещаются активные атомы водорода (один или несколько).

• Кислоты реагируют с металлами. При этом атомы водорода кислоты замещаются на атомы металла с образованием растворимой соли и водорода. Например:


Не все металлы способны вытеснять водород из растворов кислот. Этот процесс возможен только для тех металлов, которые стоят в ряду напряжений (ряд активности) до водорода (рис. 3, см. с. 20):

Рис. 3. Ряд напряжений металлов

Задание 2.17. Составьте уравнения возможных реакций:

серная кислота + алюминий,

соляная кислота + серебро,

бромоводородная кислота + цинк.

При составлении уравнений пользуйтесь рядом напряжений. Не забывайте, составляя формулы солей, учитывать валентности металла и кислотного остатка.

Некоторые кислоты могут растворять металлы, которые стоят в ряду напряжения после водорода, но водород при этом не выделяется:

• Кислоты реагируют с основаниями, образуя соль и воду**. Это реакция обмена, и поэтому валентность составных частей в результате реакции не меняется:


Задание 2.18. Составьте уравнения реакций:

серной кислоты и Fe(ОН)3,

соляной кислоты и Ва(ОН)2,

сернистой кислоты и NаОН.

Не забудьте порядок действий: составить формулу соли по валентности металла и кислотного остатка; расставить коэффициенты.

• Кислоты могут реагировать с солями. При этом сильная кислота вытесняет более слабую из ее соли.

К сильным кислотам относятся серная, азотная, соляная и др.

К слабым кислотам относятся угольная, кремниевая, сероводородная, азотистая.

В реакции обмена кислоты с солью образуются новая соль и новая кислота. Например:

Более подробно о подобных реакциях см. главу 6.

Задание 2.19. Составьте, не обращаясь к учебнику и пособиям, формулы: а) сильных кислот;
б) слабых кислот.

Задание 2.20. Составьте уравнения реакций:

• Как обнаружить кислоту в растворе? Например, в одном стакане налита вода, а в другом – раствор кислоты. Как определить, где кислота? Хотя все кислоты кислые на вкус, пробовать их нельзя, это опасно. Выручают особые вещества – индикаторы. Это соединения, которые изменяют цвет в присутствии кислот.

Синий лакмус в кислоте становится красным; оранжевый метилоранж тоже становится красным в присутствии кислот.

В ы в о д ы по главе 2.2

по числу атомов водорода – на одноосновные, двухосновные и т.д.;

по наличию атома кислорода в составе молекулы – на бескислородные и кислородсодержащие;

по силе – на сильные и слабые;

по устойчивости – на устойчивые и неустойчивые.

с активными металлами (стоящими в ряду активности до Н),

с основаниями,

с основными и амфотерными оксидами,

с солями более слабых кислот.

* В химических формулах органических кислот атом водорода стоит в конце, например CH3COOH – уксусная кислота.

** Реакция между кислотой и основанием называется реакцией нейтрализации.

Читайте также: