Металлы Неметаллы Оксиды Основания Кислоты Соли

Свойства химических соединений в первую очередь определяются их составом, поэтому надо четко разбираться в закономерностях составления химических формул, отражающих этот состав. При изучении отдельных классов неорганических соединений надо знать определение каждого класса, классификацию, способы получения и свойства. Оксиды.Оксидами называют соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2. В оксидах атомы кислорода соединяются только с атомами других элементов и не связаны между собой. Названия оксидов элементов, имеющих постоянную степень окис­ления, составляются из двух слов «оксид + название элемента в родительном падеже»: MgO - оксид магния, Na₂O - оксид натрия, СаО - оксид кальция.Если элемент образует несколько оксидов, то после названия элемента указывается его степень окисления римской цифрой в скобках: МnО - оксид марганца (II), Мn₂О₃ - оксид марганца (III).Название оксидов можно также образовывать добавлением к слову "оксид" грече­ских числительных. Например, СО₂ - диоксид углерода, SO₂ - диоксид серы, SO₃ - триоксид серы, OsO₄ - тетраоксид осмия.По химическим свойствам оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие. Оксиды, которые при химических реакциях образуют соли, называ­ются солеобразующими: СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О оксид углерода (IV) гидроксид кальция карбонат кальция MgO + 2НС1 = MgCl₂ + Н₂О оксид магния хлороводородная кислота хлорид магния СО₂ и MgO - солеобразующие оксиды. Оксиды, которые не образуют солей, называются несолеобразующими: NO - оксид азота (II), N₂O - оксид азота (I), SiO - оксид кремния (II) - это несолеобразующие окси­ды. Солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные.К основным оксидам относятся только оксиды металлов: щелочных (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr), щелочноземельных (Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), лантана, а также всех остальных металлов в их низших степенях окисления. Напри­мер, Na₂O, CaO, Cu₂O, CrO, MnO, BaO, La₂O₃ - основные оксид. Гидраты всех основных оксидов являются основаниями:

К кислотным оксидам относятся окси­ды неметаллов, а также металлов в высших степенях окисления. Например, SO₂, SO₃, СО₂, СrО₃, Мn₂О₇ - кислотные оксиды. Гидраты всех кислотных оксидов являются кислотами:

К амфотерным оксидам относятся оксиды некоторых металлов главных подгрупп (оксиды бериллия, алюминия), а также оксиды некоторых металлов побочных подгрупп периодической системы элементов Д. И. Менделеева в промежуточных степенях окисления. Например, BeO, A1₂O₃, ZnO, MnO₃, Fe₂O₃, Cr₂O₃ - амфотерные оксиды. Гидроксиды амфотерных оксидов проявляют свойства кислот и оснований: Zn(OH)₂ ← ZnO → H₂ZnO₂ гидроксид цинка оксид цинка цинковая кислота

Составление формул оксидов. При составлении формул оксидов рекомендуем придерживаться следующего плана (на примере оксида азота (III)): 1) записать химические знаки элементов, входящих в состав вещества, и указать их степени окисления: N⁺³ O^-2 2) найти наименьшее общее кратное степеней окисления: 3 x 2 = 6 3) определить индексы элементов, разделив наименьшее общее кратное на модуль степени окисления каждого элемента: 6 : 3 = 2; 6 : 2 = 3. 4) полученные индексы приписать справа к знакам элементов: N₂O₃. Основания.Основания – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атома металла и одной или нескольких гидроксильных групп (OH^-). Например, Fe(OH)₃, Ca(OH)₂ . Названия оснований складывается из слов «гидроксид» и названия металла в родительном падеже: Ва(ОH)₂ – гидроксид бария; NaOH – гидроксид натрия. Если металл образует несколько гидроксидов, то указывают степень его окисления римской цифрой в скобках. Например, Fe(ОН)₂ - гидроксид железa (II), Bi(OH)₃ - гидро­ксид висмута (III). Haзвание основания составляют и так: к слову гидроксид добавляют приставки, которые показывают количество гидроксогрупп в основании. Например, Са(ОН)₂ - дигидроксид кальция, Вi(ОН)₃ - тригидроксид висмута. Число гидроксогрупп в молекуле основания определяет его кислотность. В зависимости от числа протонов, которые может присоединить основание, различают: 1) однокислотные (NaOH, КОН, NH₄OH), 2) двухкислотные (Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ва(OH)₂), 3) трехкислотные (La(OH)₃, Bi(OH)₃) и т.д. основания. Остатки оснований.Положительно заряженные группы атомов (катионы), которые остаются после отрыва от молекулы основания одной или нескольких гидроксогрупп, называются остатками основания. Величина положительного заряда остатка основания определяется числом оторвавшихся гидроксогрупп. В табл. 1 приведены формулы и названия некоторых оснований и их остатков. Таблица 1 - Названия и формулы некоторых оснований и их остатков (по номенклатуре ИЮПАК)

Амфотерные гидроксиды. Амфотерными называются такие гидроксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные и кислотные свойства. Например: Zn(OH)₂ + 2HCI = ZnCl₂ + 2H₂O Zn(OH)₂ + 2H⁺ = Zn²⁺ + 2H₂O Zn(OH)₂ + 2NaOH = [Na₂[Zn(OH)₄] Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + 2H₂O в растворе тетрагидроксоцинкат натрия при сплавлении цинкат натрия С позиций теории электролитической диссоциации, амфотерными называются гидроксиды, которые при диссоциации образуют и катионы водорода, и гидроксид-ионы. К амфотерным гидроксидам относятся гидроксиды некоторых металлов главных подгрупп (бериллия, алюминия), а также некоторых металлов побочных подгрупп пе­риодической системы элементов в промежуточных степенях окисления. Например, Ве(ОН)₂, А1(ОН)₃, Zn(OH)₂, Ge(OH)₂, Sn(OH)₄, Fe(OH)₃, Cr(OH)₃ - амфотерные гидро­ксиды. Кислоты. Кислотами называют сложные соединения, в состав которых входят атомы водорода, способные замещаться атомами металла. Кислоты различают: 1) по наличию или отсутствию кислорода в составе кислоты: а) бескислородные (это водные растворы водородных соединений неметаллов VI и VII групп периодической системы элементов H₂S, Н₂Те, HF, HC1, HBr, HI, а также HSCN и HCN); б) кислородсодержащие (это гидраты оксидов неметаллов, а также некоторых ме­таллов в высших степенях окисления (+5, +6, +7) - Н₂СО₃, H₂SO₄, Н₂СlO₄ и т.д.); 2) по основности(т.е. по числу атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться атомами металлов с образованием соли) а) одноосновные (НС1, HNO₃, HCN, CH₃COOH), б) двухосновные (H₂S, H₂SO₄, H₂CO₃), в) трехосновные (Н₃РО₄, H₃AsO₄) и т.д.
Названия бескислородных кислот составляют из названия элемента + О + слово "водородная": НС1 - хлороводородная кислота; H₂S - сероводородная кислота; HCN - циановодородная кислота; HI - йодоводородная кислота. Названия кислородных кислот производятся от названия неметалла с прибавлением –ная, - вая, если степень окисления неметалла равна номеру группы. По мере понижения степени окисления суффиксы меняются в следующем порядке : -оватая; - истая; - оватистая: HCIO₄ – хлорная кислота; HCIO₂ – хлористая кислота; HCIO₃ – хлорноватая кислота; HCIO − хлорноватистая кислота; HNO₃ − aзотная; HNO₂ – азотистая; H₂SO₄ − серная; H₂SO₃ – сернистая. Анионы кислоты. Отрицательно заряженные группы атомов и одиночные атомы (отрицательные ионы), которые остаются после отрыва от молекулы кислоты одного или нескольких атомов водорода, называются анионами кислоты. Величина отрицательного заряда аниона кислоты определяется числом атомов водорода, замещенных металлом (табл. 2). Соли. Соли – это продукты замещения водорода кислоты металлом или гидроксогрупп основания кислотными остатками. Например, 2НСl + Zn = ZnCl₂ + H₂ Н₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O кислота соль кислота основание соль С позиций теории электролитической диссоциации, соли - это электролиты, при диссоциации которых образуются катионы,отличные от катионов водорода, и анионы, отличные от анионов ОН^- .

Таблица 2 - Названия и формулы некоторых кислотных остатков

Соли принято делить на средние, кислые и основные. Средняя соль — это продукт полного замещения водорода кислоты металлом или гидроксогруппы основания кислотным остатком. Например, Na₂SO₄, Са(NО₃)₂ - средние соли. Кислая соль - продукт неполного замещения водорода многоосновной кислоты ме­таллом. Например, NaHSO₄, Са(НСО₃)₂ - кислые соли. Основная соль — продукт неполного замещения гидроксогрупп многокислотного ос­нования кислотными остатками. Например, Mg(OH)NO₃, Al(OH)Cl₂ - основные соли. Если атомы водорода в кислоте замещаются атомами разных металлов или гидро­ксогруппы оснований замещаются различными кислотными остатками, то образуются двойные соли. Например, KA1(SO₄)₂, Са(ОС1)С1. Двойные соли существуют только в твердом состоянии. Комплексные соли - это соли, в состав которых входят комплексные ионы. Напри­мер, соль K₄[Fe(CN)₆] - комплексная, так как в ее состав входит комплексный ион [Fe(CN)₆]^4-. Составление формул солей.При составлении формул солей нужно помнить правило: абсо­лютная величина произведения зарядов катионов на их число равна абсолютной величине произведения заряда кислотного остатка на число кислотных остатков. Например, для составления формулы карбоната натрия: 1) записывают катион и рядом анион из таблиц 1 и 2: Na⁺ CO₃^2-; 2) находят наименьшее общее кратное модулей зарядов: 1х2=2; 3) делят общее кратное на модуль заряда катиона и получают их число (индекс): 2/1=2. Также находят число анионов: 2/2=1; 4) проставляют индексы и получают формулу Na₂CO₃. Название солей образуется из названия кислотного остатка (табл.2) в именительном падеже и названия катиона (табл. 1) в родительном падеже (без слова «ион»): NaCI – хлорид натрия; FeS - сульфид железа (II); NH₄CN - цианид аммония. Окончания названий анионов кислородсодержащих кислот зависят от степени окисления кислотообразующего элемента:

Например, CaCO₃ – карбонат кальция; Fe₂(SO₃)₃- сульфит железа (III). Названия кислых и основных солей образуются по тем же общим правилам, что и названия средних солей. При этом название аниона кислой соли снабжают приставкой гидро-,указывающей на наличие незамещенных атомов водорода (число атомов водо­рода указывают греческими числительными приставками). Катион основной соли полу­чает приставку гидроксо-,указывающую на наличие незамещенных гидроксогрупп. Например, СаНРО₄ – гидроортофосфат кальция; (MgOH)₂SO₄ - сульфат гидроксомагния; NaHCO₃ - гидрокарбонат натрия; КА1(SO₄)₂ - сульфат калия-алюминия. Генетические связи.Генетические связи - это связи между разными классами, основанные на их взаимопревращениях. Зная классы неорганических веществ, можно составить генетические ряды металлов и неметаллов. В основу этих рядов положен один и тот же элемент. Среди металлов можно выделить две разновидности рядов:
1. Генетический ряд, в котором в качестве основания выступает щёлочь. Этот ряд можно представить с помощью следующих превращений: металл– основный оксид–щёлочь–соль, например генетический ряд калия K – K₂O –KOH–KCl.
2. Генетический ряд, где в качестве основания выступает нерастворимое основание. Данный ряд можно представить цепочкой превращений: металл–основный оксид–соль–нерастворимое основание–основный оксид–металл. Например: Cu – CuO – CuCl₂ – Cu(OH)₂ – CuO – Cu.
Среди неметаллов также можно выделить две разновидности рядов:
1. Генетический ряд неметаллов, где в качестве звена ряда выступает растворимая кислота. Цепочку превращений можно представить в следующем виде: неметалл–кислотный оксид–растворимая кислота–соль. Например: P – P₂O₅ – H₃PO₄ – Na₃PO₄.
2. Генетический ряд неметаллов, где в качестве звена ряда выступает нерастворимая кислота: неметалл – кислотный оксид – соль – кислота –кислотный оксид – неметалл. Например:
Si – SiO₂ – Na₂SiO₃ – H₂SiO₃ – SiO₂ – Si. При изучении химических свойств различных классов неорганических соединений необходимо помнить, что взаимодействовать друг с другом могут только вещества, относящиеся к различным генетическим рядам (металла и неметалла), что отражено схемой:

2.3 Семинар № 1. «Способы получения и химические свойства оксидов, кислот, оснований, солей»Цель: отработка навыков составления молекулярных и структурных формул веществ, составления названий и определения принадлежности соединений к определенным классам. Вопросы для обсуждения и задания: 1.Какие вещества называют оксидами? Составьте формулы и дайте названия оксидов следующих элементов:а) калия; б) цинка; в) фосфора (III); г) кремния (IV); д) хрома (VI); е) хлора (VII); ж) ртути (II).2.Изобразите графически формулы следующих оксидов: а) оксида меди (I); б) ок­сида фосфора (V); в) оксида серы (VI); г) оксида марганца (VII); д) оксида азота (III).3. Приведите примеры несолеобразующих оксидов.Какие оксиды называются: а) основными; б) кислотными; в) амфотерными? Приведите примеры всех видов оксидов.4.Как зависит характер оксида от положения элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева? Ответ проиллюстрируйте примерами.5. Какие из следующих соединении будут реагировать с оксидом серы (VI): P₂O₃, СаО, НNO₃, Ва(ОН)₂, MgO, H₂O, SO₂? Напишите уравнения возможных реакций.6. Cоставьте формулы оксидов и их гидратов для следующих элементов: железа (III), марганца (II, VII), серы (IV, VI), хлора (I, VII). Назовите гидроксиды.7. Составьте уравнения реакций между: а) оксидом кальция и оксидом фосфора (V); б) оксидом железа (III) и оксидом серы (VI); в) гидроксидом калия и оксидом цинка; г) серной кислотой и оксидом цинка; д) ортофосфорной кислотой и оксидом цинка. 8. Какие соединения называются основаниями? Чем определяется кислотность оснований? Что называется остатком основания? Приведите примеры. 9. Напишите названия и графические изображения формул следующих оснований и их остатков: Ва(ОН)₂, КОН, Cа(ОН)₂, La(OH)₃, Th(OH)₄. 10. Какие основания являются щелочами? Как щелочи изменяют цвет индикаторов? 11. Какая реакция называется реакцией нейтрализации? Напишите уравнения реакций между следующими соединениями (со всеми возможными продуктами): а) гидроксидом калия и азотной кислотой; б) гидроксидом калия и хлоридом никеля (II), в) тригидроксидом висмута и серной кислотой; г) гидроксидом калия и оксидом кремния (IV); д) гидроксидом натрия и сульфатом магния; ж) гидрокси­дом калия и хлоридом цинка. 12. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превра­щения: а) К → КОН; б) FeSO₄ → Fe(OH)₂; в) Са(ОН)₂ → СаСО₃. 13. Какие соединения называются кислотами? Чем определяется основность кислоты? Что называется кислотным остатком и чем определяется его заряд? 14. Напишите формулы оксидов, которые соответствуют кислотам: ортоборной Н₃ВО₃, марганцовой НMnО₄, ортофосфорной Н₃РО₄. 15. Напишите уравнения реакций разбавленной серной кислоты: а) с алюминием; б) с оксидом магния; в) с гидроксидом железа (III); г) с нитратом бария. Что общего в этих реакциях? 16.Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно получить:а) серную кислоту Н₂SО₄; б) сероводородную кислоту H₂S; в) угольную кислоту Н₂СО₃.17. Какие из следующих металлов вытесняют водород из хлороводородной кислоты: К, Ва, Hg, Fe, Сu, Al, Ag, Na, Mg, Au? Составьте уравнения реакций. 18. Какие соединения называются солями? Какие соли вы знаете?Составьте формулы солей из следующих остатков: а) гидроксомагний-ион иортофосфат-ион; б) гидроксовисмут(III)-ионисульфат ион; в) гидроксовисмут (III)-ион и нитрат-ион; г) висмут(III)-ион и xлорид-ион; д) никель(II)-ион и ортофосфат-ион.19.Дайте названия следующим солям и изобразите графические формулы: MgCl₂, Na₂SO₄, K₃PO₄, Cu(NO₃)₂, BaCO₃, Fe(NO₃)₃ FeS, KHCO₃, Na₂HPO₄, NaH₂PO₄, Fe(OH)Cl.20.Напишите формулы следующих солей: а) сульфат железа (III); б) дигидрофосфат магния; в) хлорид гидроксоалюминия. 21. Какие из следующих веществ взаимодействуют между собой: оксид меди (II), серная кислота, гидроксид кальция, оксид углерода (IV), гидроксид цинка, гидроксид натрия? Напишите уравнения реакций. 22. С соединениями каких классов взаимодействуют металлы? Напишите уравнения соответствующих реакций. 24. При взаимодействии соединений каких классов образуются соли? Напишите уравнения соответствующих реакций. Индивидуальное задание: Для заданной преподавателем соли указать: - название соли; - формулы гидроксидов, ее образовавших, их названия, степень окисления гидроксидообразующего элемента; - формулы оксидов для вышеприведенных гидроксидов, их характер; - уравнения диссоциации гидроксидов (общее и по ступеням): а) основания б) кислоты в) для амфотерных гидроксидов уравнения диссоциации по типу кислоты, и по типу основания; - уравнения реакции получения соли в молекулярном и ионном виде; - графическую формулу соли; - определите значения эквивалентов гидроксидов и соли. Варианты заданий: AlCl₃, KNO₃, KBr, Na₃PO₄, Na₂CO₃, CaCl₂, KMnO₄, NaClO, KClO₃, KClO₄, Cr(NO₃)₃, Zn(NO₃)₂, K₂ZnO₂, KAlO₂, Na₂SO₃, Na₂S, LiHS, KCN,K₂CO₃, KHCO₃, NaHCO₃, (CuOH)₂CO₃, AlOHCl₂ Предлагаемый алгоритм выполнения: - формула соли Al₂(SO₄)₃, ее название – сульфат алюминия - данная соль образована гидроксидом алюминия Al(OH)₃, и серной кислотой Н₂SO₄. Cпень окисления кислотообразующего элемента (серы) +6 - формулы оксидов и их характер: оксид алюминия Al₂O₃ проявляет амфотерные свойства; оксид серы (VI) SO₃ – кислотный оксид. - уравнения диссоциации гидроксидов (общее и по ступеням): а) основания по типу основания: Al(OH)₃«Al³⁺ +3OH^- - общее по ступеням: 1) Al(OH)₃«Al(OH)₂⁺+OH^- 2) Al(OH)₂⁺«AlOH²⁺+OH^- 3) AlOH⁺«Al³⁺+OH^- по типу кислоты: H₃AlO₃ « H₂O + HAlO₂ Ортоформа метаформа – более устойчивая HAlO₂«H⁺ + AlO₂^- б) кислоты: H₂SO₄«2H⁺+SO₄ ^2- - общее по ступеням: 1) H₂SO₄«H⁺+HSO₄^- 2) HSO₄^-«H⁺+SO₄ ^2- - реакции образования: а) в молекулярном виде 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂Oб) в полном ионном 2Al(OH)₃ +6H⁺ +3SO₄^2- = 2Al³⁺ + 3SO₄^2- + 6H₂O в) в сокращенном ионном 2Al(OH)₃ +6H⁺ = 2Al³⁺ + 6H₂O - графическая формула соли

O O

S

Al — O O

O O S O O Al O O S O O - эквивалент гидроксида алюминия равен 1/3 молекулы, серной кислоты ½ молекулы, а соли 1/6 молекулы.

2.5 Тесты для самоконтроля Тест 1 1. Молярная масса гидросульфида натрия равна: 1) 56 2) 64 3) 74 4) 87 2. Какие из оксидов, формулы которых приведены ниже, не реагируют со щелочью? 1) СО₂ 2) А1₂О₃ 3) CuO 4) SiO₂ 3. В отличие от гидроксида калия гидроксид алюминия реагируем с: 1)хлоридом натрия 2) соляной кислотой 3) гидроксидом натрия (р-р) 4) серной кислотой 4. В каких парах соединения не реагируют между собой? 1)азотная кислота и гидроксид бария 2) гидроксид натрия и гидроксид цинка 3) гидроксид калия и хлорид железа (II) 4) гидроксид кальция и оксид натрия 5. С какими веществами не реагирует разбавленная серная кислота? 1)медью 2) гидроксидом меди (II) 3) оксидом меди (II 4) хлоридом меди (II) 6. Отметьте схемы реакций, в результате которых может получиться кислота: 1) SO₃ + Н₂О → 2) SiO₂+ Н₂О → 3) ВаС1₂ + H₂SO₄ (разб.) → 4) Na₂SiO₃ + HNO₃ → 7. Гидросульфиту кальция отвечает формула: 1) Ca(HSO₃)₂ 2) (CaOH)Cl 3) Ca(HS)₂ 4) CaHSO₃. 8. Два типа кислых солей образует кислота: 1) угольная 2) сернистая 3) сероводородная 4) ортофосфорная 9. Сумма коэффициентов в молекулярном уравнении реакции Al(OH)₃ + SO₃ → средняя соль + … равна 1) 4 2) 5 3) 6 4) 9 10. Составьте краткое ионное уравнение реакции взаимодействия гидроксида железа (III) с избытком раствора соляной кислоты. Сумма коэффициентов равна 1) 3 2) 4 3) 6 4) 8

Тест 2

1. Отметьте символ элемента, образующего как кислотный, так и основный оксиды: 1) К 2) S 3) Сu 4) Мn 2. При внесении каких металлов в разбавленный раствор серной кислоты выделяется водород? 1)меди 2) железа 3) цинка 4) серебра 3. Сумма коэффициентов в молекулярном уравнении реакции KOH + H₃P O₄ → K₂HPO₄ + … равна: 1) 4 2) 5 3) 6 4) 7 4. Составьте краткое ионное уравнение реакции взаимодействия гидроксида магния с избытком раствора азотной кислоты. Сумма коэффициентов равна 1) 3 2) 5 3) 6 4)9 5. Гидросульфат калия взаимодействует по отдельности в растворе с веществами: 1)К₂SO₃, HCl, KOH 2) Zn, SiO₂, BaCl₂ 3) CO₂, K₂CO₃, NaOH 4) Mg, K₂S, LiOH 6. В какой группе указаны формулы только щелочей? 1) NaOH, Са(ОН)₂, Mg(OH)₂ 2) КОН, NH₄OH, Сu(ОН)₂ 3) NaOH, КОН, Ва(ОН)₂ 4) LiОН, КОН, Fe(OH)₂ 7.Укажите формулу дигидроортофосфата кальция: 1) СаНРО₄ 2) Са₃(РО₄)₂ 3) Са(Н₂РО₄)₂ 4) Са₂Р₂О₇ 8.Каким кислотам, формулы которых приведены ниже, отвечает оксид фосфора (V)? 1) Н₃РО₄ 2) НРО₃ 3) Н₃РО₂ 4) Н₄Р₂О₇ 9. У каких солей заряд кислотного остатка равен -1: 1) сульфид натрия 2) гидросульфит кальция 3) дигидрофосфат натрия 4) гидросульфат калия 10. С какими веществами не реагирует разбавленная серная кислота? 1)медью 2) гидроксидом меди (II) 3) оксидом меди (II) 4) хлоридом меди (II)

Тема 3. «Химическая термодинамика. Энергетика химических процессов»3.1 Содержание программыОсновные понятия химической термодинамики.Первое начало термодинамики. Энтальпия системы.Термохимические расчеты. Закон Гесса.Второе начало термодинамики.Энтропия и ее статистическая интерпретация. Свободная энергия Гиббса.Направление химических процессов. Энтальпийный и энтропийный факторы. Критерий самопроизвольного протекания процесса.

Уровень теоретической и практической подготовки Студент должен знать важнейшие термодинамические понятия и законы. Студент должен уметь производить термохимические расчеты;предсказывать возможность и направление протекания реакций.