Взаимодействие окислов с водой

Химические свойства основных оксидов

Химические свойства основных оксидов

Подробно про оксиды, их классификацию и способы получения можно прочитать здесь.

1. Взаимодействие с водой. С водой способны реагировать только основные оксиды, которым соответствуют растворимые гидроксиды (щелочи). Щелочи образуют щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий и цезий) и щелочно-земельные (кальций, стронций, барий). Оксиды остальных металлов с водой химически не реагируют. Оксид магния реагирует с водой при кипячении.

CuO + H₂O ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)₂ — нерастворимый гидроксид)

2. Взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами. При взаимодействии основным оксидов с кислотами образуется соль этой кислоты и вода. При взаимодействии основного оксида и кислотного образуется соль:

основный оксид + кислота = соль + вода

основный оксид + кислотный оксид = соль

При взаимодействии основных оксидов с кислотами и их оксидами работает правило:

Хотя бы одному из реагентов должен соответствовать сильный гидроксид (щелочь или сильная кислота).

Иными словами, основные оксиды, которым соответствуют щелочи, реагируют со всеми кислотными оксидами и их кислотами. Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые гидроксиды, реагируют только с сильными кислотами и их оксидами (N₂O₅, NO₂, SO₃ и т.д.).

Основные оксиды, которым соответствуют щелочи	Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые основания
Реагируют со всеми кислотами и их оксидами	Реагируют только с сильными кислотами и их оксидами
Na2O + SO2 → Na2SO3	CuO + N2O5 → Cu(NO3)2

3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами.

При взаимодействии основных оксидов с амфотерными образуются соли:

основный оксид + амфотерный оксид = соль

С амфотерными оксидами при сплавлении взаимодействуют только основные оксиды, которым соответствуют щелочи . При этом образуется соль. Металл в соли берется из более основного оксида, кислотный остаток — из более кислотного. В данном случае амфотерный оксид образует кислотный остаток.

CuO + Al₂O₃ ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)₂ — нерастворимый гидроксид)

(чтобы определить кислотный остаток, к формуле амфотерного или кислотного оксида добавляем молекулу воды: Al₂O₃ + H₂O = H₂Al₂O₄ и делим получившиеся индексы пополам, если степень окисления элемента нечетная: HAlO₂. Получается алюминат-ион AlO₂ — . Заряд иона легко определить по числу присоединенных атомов водорода — если атом водорода 1, то заряд аниона будет -1, если 2 водорода, то -2 и т.д.).

Амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются, поэтому реагировать с основными оксидами фактически не могут.

4. Взаимодействие оксидов металлов с восстановителями.

При оценке окислительно-восстановительной активности металлов и их ионов можно использовать электрохимический ряд напряжений металлов:

Восстановительные свойства (способность отдавать электроны) у простых веществ-металлов здесь увеличиваются справа налево, окислительные свойства ионов металлов — увеличиваются наоборот, слева направо. При этом некоторые ионы металлов в промежуточных степенях окисления могут проявлять также восстановительные свойства (например ион Fe 2+ можно окислить до иона Fe 3+ ).

Более подробно про окислительно-восстановительные реакции можно прочитать здесь.

Таким образом, ионы некоторых металлов — окислители (чем правее в ряду напряжений, тем сильнее). При взаимодействии с восстановителями металлы переходят в степень окисления 0.

4.1. Восстановление углем или угарным газом.

Углерод (уголь) восстанавливает из оксидов до простых веществ только металлы, расположенные в ряду активности после алюминия. Реакция протекает только при нагревании.

FeO + C = Fe + CO

Активные металлы, расположенные в ряду активности левее алюминия, активно взаимодействуют с углеродом, поэтому при взаимодействии их оксидов с углеродом образуются карбиды и угарный газ:

CaO + 3C = CaC₂ + CO

Угарный газ также восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные после алюминия в электрохимическом ряду:

CuO + CO = Cu + CO₂

4.2. Восстановление водородом .

Водород восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности правее алюминия. Реакция с водородом протекает только в жестких условиях – под давлением и при нагревании.

CuO + H₂ = Cu + H₂O

4.3. Восстановление более активными металлами (в расплаве или растворе, в зависимости от металла)

При этом более активные металлы вытесняют менее активные. То есть добавляемый к оксиду металл должен быть расположен левее в ряду активности, чем металл из оксида. Реакции, как правило, протекают при нагревании.

Например , оксид цинка взаимодействует с алюминием:

3ZnO + 2Al = Al₂O₃ + 3Zn

но не взаимодействует с медью:

ZnO + Cu ≠

Восстановление металлов из оксидов с помощью других металлов — это очень распространенный процесс. Часто для восстановления металлов применяют алюминий и магний. А вот щелочные металлы для этого не очень подходят – они слишком химически активны, что создает сложности при работе с ними.

Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.

Например : алюминий восстанавливает оксид меди (II) из оксида:

3CuO + 2Al = Al₂O₃ + 3Cu

Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.

CuO + Mg = Cu + MgO

Железо можно вытеснить из оксида с помощью алюминия:

При алюмотермии образуется очень чистый, свободный от примесей углерода металл.

4.4. Восстановление аммиаком.

Аммиаком можно восстанавливать только оксиды неактивных металлов. Реакция протекает только при высокой температуре.

Например , аммиак восстанавливает оксид меди (II):

3CuO + 2NH₃ = 3Cu + 3H₂O + N₂

5. Взаимодействие оксидов металлов с окислителями.

Под действием окислителей некоторые основные оксиды (в которых металлы могут повышать степень окисления, например Fe 2+ , Cr 2+ , Mn 2+ и др.) могут выступать в качестве восстановителей.

Например , оксид железа (II) можно окислить кислородом до оксида железа (III):

Источник

Химические свойства оксидов

Взаимодействие оксидов с водой

При изучении химических свойств воды вы узнали, что многие оксиды (окислы) неметаллов, вступая в реакцию с водой, образуют кислоты, например:

Некоторые оксиды металлов, взаимодействуя с водой, образуют основания (щелочи), например:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + Q

Однако свойство оксидов вступать в реакцию с водой не является общим для всех веществ этого класса. Многие оксиды, например двуокись кремния SiO₂, оксид углерода СО, оксид азота NO, оксид меди CuO, оксид железа Fe₂O₃ и др., не взаимодействуют с водой.

Взаимодействие оксидов с кислотами

Вам известно, что некоторые оксиды металлов вступают в реакцию с кислотами с образованием соли и воды, например:

Взаимодействие оксидов с основаниями

Некоторые оксиды (углекислый газ СO₂, сернистый газ SO₂, фосфорный ангидрид Р₂O₅ и др.) не вступают в реакцию с кислотами с образованием соли и воды. Выясним: не взаимодействуют ли они с основаниями?

Сухую колбу наполним углекислым газом и насыплем в нее едкий натр NaOH. Закроем колбу резиновой пробкой с вставленной в нее стеклянной трубкой и надетой на ее свободный конец резиновой трубкой с зажимом. Прикоснувшись рукой к колбе, мы ощутим разогревание стекла. На внутренних стенках колбы появились капли воды. Все это – признаки химической реакции. Если углекислый газ вступил в реакцию с едким натром, то можно предполагать, что в колбе создалось разрежение. Чтобы это проверить, после того когда колба охладится до комнатной температуры, опустим конец резиновой трубки прибора в кристаллизатор с водой и откроем зажим. Вода быстро устремится в колбу. Наше предположение о разрежении в колбе подтвердилось – углекислый газ взаимодействует с едким натром. Одним из продуктов реакции является вода. Каков состав образовавшегося твердого вещества?

NaOH + CO₂ = H₂O + ? + Q

Известно, что углекислому газу соответствует гидрат оксида (окисла) – угольная кислота Н₂СO₃. Образовавшееся в колбе твердое вещество – соль угольной кислоты – углекислый натрий Na₂CO₃.

Для образования молекулы углекислого натрия потребуется две молекулы едкого натра:

При взаимодействии углекислого газа с едким натром получилась соль углекислый натрий Na₂CO₃ и вода.

Помимо углекислого газа, есть еще многие оксиды (окислы) (SO₂, SO₃, SiO₂, Р₂O₅ и др.), которые взаимодействуют со щелочами с образованием соли и воды.

Источник

Свойства воды

Из различных видов природной воды наиболее чистой является дождевая вода. Все же другие виды воды — речная, родниковая, морская – содержат значительные количества различных примесей.

Чистая вода при обыкновенных условиях — прозрачная бесцветная жидкость, не имеющая запаха и вкуса. В толстых слоях она имеет зеленоватый оттенок. Удельный вес и удельная теплоёмкость воды приняты за единицу, шкала термометра тоже установлена по температуре плавления льда (0 о С). Чистая вода плохо проводит электричество.

Атомы кислорода и водорода в молекуле воды очень прочно связаны друг с другом, и для разделения их, нужно затратить большое количество энергии. Всё же при очень высокой температуре вода разлагается на элементы.

Атомы водорода в молекуле воды могут замещаться атомами других элементов. В этом мы убедились при ознакомлении с промышленными способами получения водорода, когда рассматривали взаимодействие водяного пара с раскалённым углем.

Точно так же могут реагировать с водяным паром цинк, железо и другие металлы, замещая в воде водород. В этом можно убедиться на следующем опыте.

В пробирку наливают 3—4 мл воды, а около горлышка её насыпают небольшое количество цинковой пыли. Закрыв пробирку пробкой с газоотводной трубкой, нагревают и цинк, и воду, находящиеся в пробирке.

Происходит реакция: H₂O + Zn = ZnO + H_2?

Водород собирается над водой в пробирке, а окись цинка остаётся в пробирке.

Некоторые металлы вытесняют водород из воды и при обыкновенной температуре. К их числу относится, например, натрий. Это мягкий металл с серебристым блеском, очень быстро тускнеющий на воздухе вследствие окисления. Если небольшой кусочек натрия бросить в пробирку с водой, то происходит бурная реакция, сопровождающаяся выделением водорода.

Вода реагирует со многими сложными веществами — она является химически активным веществом.

Химические свойства воды

Водород горюч, кислород поддерживает горение, а вода не горюча и не только не поддерживает горения обычно горючих веществ, например древесины, а гасит огонь. Почему же, соединившись с кисло родом, водород утратил горючесть, а кислород – способность, поддерживать горение? Горение водорода – это реакция соединения его с кислородом. В воде же содержится водород, уже соединившийся с кислородом, т. е. сгоревший. Вода – это сгоревший водород. Вот почему она не горюча. С какими же веществами вступает в реакции вода?

Взаимодействие воды с металлами

Если в цилиндр с водой положить стружки кальция, то от поверхности кальция начнут отрываться пузырьки газа, как от поверхности цинка, помещенного в раствор серной кислоты. При поднесении зажженной лучинки к отверстию цилиндра мы будем наблюдать вспышки. Это горит водород. Вода в цилиндре мутнеет. Появившиеся в цилиндре белые взвешенные частицы – известь, или гидроокись кальция, Са(ОН)₂. Реакция выражается схемой:

При этой реакции, протекающей при обыкновенной температуре, из молекулы воды (Н – ОН) вытесняется только один атом водорода, а другой атом водорода, соединенный с атомом кислорода в виде группы – ОН, переходит в состав гидроокиси кальция. Так как атом кальция двухвалентный, то он вытесняет из двух молекул воды два атома водорода, а оставшиеся две группы соединяются с атомом кальция:

Еще энергичнее протекает реакция натрия с водой. Опустим кусочек натрия в стакан с водой. Натрий всплывает на ее поверхность, плавится, превращаясь в блестящую каплю. Она быстро перемещается по поверхности воды, издавая шипение и уменьшаясь в размерах. Выпарив раствор, мы обнаружим твердое белое вещество – гидроокись натрия NaOH. Если для опыта воспользоваться прибором, то, сняв после окончания реакции пробирку, можно обнаружить в ней водород. Следовательно, при взаимодействии натрия с водой получается гидроокись натрия и водород:

2Na + 2HOH = 2NaOH + H_2?+ Q

Натрий и кальций принадлежат к числу наиболее химически активных металлов. На примере рассмотренных реакций воды с металлами мы по–знакомились с важным химическим свойством воды: она реагирует с наиболее активными металлами, выделяя половину содержащегося в ней водорода и образуя соединения состава Ме(ОН)_х, где Me обозначает металл, а х численно равен его валентности:

Поставим теперь вопрос: не может ли вода вступать в реакции с окислами?

Взаимодействие воды с окислами неметаллов

Налив в банку немного воды, сожжем в ней на ложечке красный фосфор, подождем, пока получившийся фосфорный ангидрид Р₂О₅ растворится, и прильем к раствору несколько капель раствора фиолетового лакмуса. Лакмус окрасится в красный цвет. Значит, в растворе содержится кислота. Фосфорный ангидрид соединяется с водой и получается метафосфорная кислота НРО₃:

Сожжем в банке с небольшим количеством воды серу и исследуем получившийся раствор раствором лакмуса. Он тоже окрасится в красный цвет. Сернистый газ SO₂, получившийся при сгорании серы, соединился с водой, и получились сернистая кислота H₂SO₃

Сера – элемент с переменной валентностью. Кроме известного вам окисла SO₂, в котором сера четырехвалентна, она образует другой окисел – SO₃, в котором она шестивалентна. Гидратом окисла серы является уже известная вам серная кислота:

Азот образует окисел N₂O₅. Гидратом окисла азота является известная вам азотная кислота HNO₃:

Соединения окислов с водой называются гидратами окислов. Гидраты окислов неметаллов являются кислотами.

Взаимодействие воды с окислами металлов

Рассмотрим теперь отношение к воде окислов металлов. Насыплем в стаканчики окиси меди CuO, окиси железа Fe₂O₃, окиси цинка ZnO и окиси кальция CaO и прильем в каждый немного воды. Окислы меди, железа и цинка в воде не растворяются и не соединяются с нею. Иначе ведет себя окись кальция.

При обливании кусков окиси кальция водой наблюдается такое сильное разогревание, что часть воды превращается в пар, а куски окиси кальция, рассыпаясь, превращаются в сухой рыхлый порошок – гидроокись кальция Са(ОН)₂;

CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + Q

Подобно окиси кальция, соединяются с водой окислы натрия и калия:

Na₂O + H₂O = 2NaOH + Q

K₂O + H₂O = 2KOH + Q

При этих реакциях образуются гидроокись натрия NaOH и гидроокись калия КОН.

Таким образом, одни окислы металлов не реагируют с водой (их большинство), другие соединяются с нею, образуя гидраты окислов. Гидраты окислов металлов называют гидроокисями.

Источник: Д.М. Кирюшкин, учебник уроков по химии для 7 класса средней школы.

Разрешено частичное копирование статей с обязательной ссылкой на источник

Источник