Методичні рекомендації до підготовки і виконання лабораторних робіт курсантами денної та заочної форм навчання з дисципліни «Технічна хімія»

Оксиди поділяються на солетворні та несолетворні. Останні не здатні утворювати солей ні з кислотами, ні з лугами, їх зовсім мало (крабон монооксид СО, нітроген монооксид NO, нітроген геміоксид N2O). Солетворні оксиди поділяються на основні (їх гідрати являються основами), кислотні (їх гідрати являють собою кислоти) та амфотерні (їх гідрати проявляють як кислотні, так і основні властивості).

За сучасною хімічною номенклатурою представники цього класу сполук називаються наступним чином: до слова «оксид» добавляється назва іншого елемента з посиланням на ступінь окиснення, якщо він змінний.

Наприклад: СаО – кальцій оксид, Fe2O3 – ферум (III) оксид, Р2О5 – фосфор (V) оксид.

До основних оксидів відносяться переважно оксиди лужних та лужноземельних металів з яскраво вираженими металічними властивостями. Характерною рисою основних оксидів являється їх взаємодія з водою, що веде до утворення основ.

ВаО + Н2O = Ва (ОH) 2

Причому, безпосередньо з водою при звичайній температурі реагують тільки оксиди s-елементів головних підгруп періодичної системи Д. І. Менделєєва (окрім оксидів берилію та магнію).

Основні оксиди взаємодіють з кислотними оксидами та кислотами, утворюючи солі:

СаО + СO2 = СаСO3

СuО + 2НСl = СuС12 + Н2O

Кислотні оксиди утворюються неметалами (нітратний ангідрид N2O5), сульфатний ангідрид SO3, хлорний ангідрид Сl2O7 та інші), а також металами, що проявляють ступені окиснення +5, +8, +7 (ванадій оксид (V) V2O5, хром триоксид СrO3, марганцевий ангідрид Мn2O7, вольфрам триоксид WO3). Більшість з кислотних оксидів безпосередньо взаємодіють з водою з утворенням відповідних кислот, являючись, таким чином, їх ангідридами:

SO2 + Н2О = Н2SO3

СrO3 + Н2О = Н2СrO4

Взаємодіючи з лугами, кислотні оксиди утворюють відповідні солі з виділенням води:

СO2 + 2NaОН = Na2СО3 + Н2O

Амфотерні оксиди утворюються деякими металами, що проявляють ступені окиснення +3, +4, іноді навіть +2. Так, наприклад, до амфотерних оксидів відносяться оксиди берилію ВеО, цинку ZnО та алюмінію Аl2O3, оксид хрому (III) Сr2O3, оксиди олова SnО і свинцю РbО (II), манган диоксид МnO2 та деякі інші. Вони характеризуються реакціями солетворення як з кислотами, так і з основами, тому що в залежності від реагентів, з якими вони взаємодіють, здатні проявляти як основні, так і кислотні властивості.

Так хром (III) оксид реагує з кислотою як основний:

Сr2O3 + 6НСl = 2СrСl3 + 3Н2O,

а з лугами – як кислотний оксид:

Сr2O3 + 2NaОН = 2NaСrO2 + Н2O

Якщо елемент здатний утворювати декілька оксидів, наприклад, оксиди хрому (II, III, VI), то в напрямку збільшення ступеня окиснення металу відбувається закономірний перехід від основного, характеру відповідних сполук, що утворюють катіонні комплекси, до кислотних характеристик сполук, які утворюють аніонні комплекси. Так хром (III) оксид має амфотерний характер, хром (VI) оксид є хромовим ангідридом.

Оксиди можна отримати такими способами:

1. Взаємодією простих речовин з киснем:

2Мg + O2 = 2МgO

2Р + 5O2 = 2Р2O5

2. Термічним розкладом складних речовин:

Сu (ОН) 2 = СuО + Н2O

СаСO3 =СаО + СO2

2Zn (NO3) 2 = 2ZnО + 4NO2 + O2

3. Взаємодією металів з кислотами:

Сu + 4HNO3 = Сu (NO3) 2 + 2NO2 + 2Н2O

концентрований розчин

3Сu + 8HNO3 = 3Сu (NO3) 2 + 2NO2 + 4Н2O

розведений розчин

4. В ході інших окисно-відновних реакцій:

СO2 +С = 2СО

2СО + O2 = 2СO2

Основи становлять собою електроліти, які при дисоціації утворюють в якості аніонів тільки гідроксиданіони:

NаОН = Na+ + ОН-

Кислотність основи визначається числом гідроксид-аніонів, які утворюються при дисоціації. Багатокислотні основи дисоціюють ступенево у кілька стадій:

1) Мg (ОН) 2 = (МgОН) + + ОН-

2) (МgОН) + = Мg2+ + ОН-

За розчинністю у воді основи розрізняються таким чином:

а) луги – це основи, що розчиняються у воді. До них можна віднести гідроксиди лужних та лужноземельних металів, а також талій (І) гідроксид;

б) нерозчинні основи: гідроксиди міді та цинку, хром (III) гідроксид.

Назви основ утворюються із слова «гідроксид» і назви відповідного металу з посиланням на його ступінь окиснення, якщо він змінний. Наприклад, Са (ОН) 2 – кальцій гідроксид.

З точки зору теорії електролітичної дисоціації загальні властивості лугів обумовлені наявністю гідроксид-аніонів.

Водні розчини лугів змінюють забарвлення індикаторів: в їх присутності фіолетовий лакмус синіє, безбарвний фенолфталеїн стає малиновим, метиловий оранжевий – жовтіє.

Луги утворюють з кислотними оксидами солі та воду:

Ва (ОН) 2 + СO2 = ВаСO3 + Н2О

Луги також взаємодіють з кислотами, утворюючи при цьому солі та воду. Це являє собою суть реакції нейтралізації:

NaОН + Н2SO4 = NaHSO4 + Н2O

2NaОН + Н2SO4 = Na2SO4 + 2Н2O

Fe (ОН) 3 + 3НСl = FеСl3 + 3Н2O

При