Неорганічні сполуки поділяють на класи: оксиди, основи, кислоти, амфотерні гідроксиди та солі. У кожному класі об’єднано сполуки, схожі за складом і властивостями. Існує також внутрішньокласовий розподіл сполук за типами.
1.1. Оксиди
Оксиди — це сполуки двох елементів, один із яких — Оксиген зі ступенем окиснення -2.
Склад оксидів можна виразити загальною формулою RxOy.
Якщо елемент утворює декілька оксидів, то після назви елемента в дужках указують його ступінь окиснення, наприклад FeO — ферум(ІІ) оксид, Fe2O3 — ферум (ІІІ) оксид, NO — нітроген (ІІ) оксид, N2O5 — нітроген (V) оксид.
За звичайних умов оксиди бувають у твердому, рідкому або газоподібному стані.
Розрізняють солетворні та несолетворні оксиди. До останніх відносять такі, що не утворюють ані основ, ані кислот (наприклад, CO, NO).
Класифікацію солетворних оксидів подано на схемі 1.
Схема 1
* Видатний учений, говорячи «хіміки», віддавав належне фахівцям обох статей. Проте варто зауважити, що жінки впродовж тривалого часу не мали доступу до вищої освіти та не могли займатися наукою, тому їхній внесок у розвиток хімії менший.
Основні оксиди
До основних відносять оксиди, що їх утворюють тільки металічні елементи і яким відповідають лише основи, наприклад K2O, BaO, CaO.
Хімічні властивості основних оксидів
Взаємодіють з водою з утворенням відповідних розчинних основ:
Існують також основні оксиди, що не взаємодіють з водою: MnO,
Hga
Взаємодіють з кислотами з утворенням солі та води:
Більшість основних оксидів взаємодіють із кислотними оксидами з утворенням солі:
В основних оксидах ступінь окиснення металічного елемента дорівнює +1, +2 (зрідка +3).
Загальні способи добування основних оксидів
Термічне розкладання солей оксигеновмісних кислот:
Термічне розкладання відповідних основ (іноді в інертній атмосфері):
Окиснення деяких сполук (найчастіше таких, до складу яких входить Сульфур, Карбон або Гідроген):
Безпосередня взаємодія деяких металів з киснем:
Амфотерні оксиди
До амфотерних відносять такі оксиди, які залежно від умов взаємодіють з кислотами, а отже, виявляють основні властивості, або реагують з основами, тобто виявляють кислотні властивості. Найпоширеніші амфотерні оксиди: Al2O3, Cr2O3, ZnO, BeO, Fe2O3. Сполуки цих оксидів з водою, наприклад Al(OH)3, Cr(OH)3, Zn(OH)2, Be(OH)2, Fe(OH)3 відносять до гідроксидів.
Хімічні властивості амфотерних оксидів
• Взаємодія з кислотами з утворенням солі та води:
Взаємодія з основами з утворенням солі та води:
Взаємодія з кислотними та основними оксидами з утворенням солі:
Загальні способи добування амфотерних оксидів
Добувають амфотерні оксиди такими самими способами, що й основні, бо вони теж утворені металічними елементами:
• термічне розкладання солей оксигеновмісних кислот:
• термічне розкладання відповідних гідроксидів:
• окиснення сполук, що містять Сульфур, Карбон та інші немета-лічні елементи:
• безпосередня взаємодія деяких металів з киснем:
Кислотні оксиди
Кислотними називають оксиди, яким відповідають кислоти. Наприклад, оксиду P2O5 відповідає ортофосфатна кислота H3PO4, оксиду N2O5 — нітратна кислота HNO3, оксиду SO3 — сульфатна кислота H2SO4.
Кислотні оксиди утворюються, як правило, неметалічними елементами, а також металічними зі ступенями окиснення +5, +6 та +7, наприклад V2O5, CrO3, Mn2O7.
Вищими кислотними оксидами називають такі, у яких кислотоутворювальний елемент виявляє найвищий ступінь окиснення, що дорівнює номеру групи елемента в Періодичній системі, наприклад CO2, N2O5.
Найважливіші хімічні властивості вищих кислотних оксидів
• Взаємодія більшості кислотних оксидів з водою з утворенням
відповідних кислот:
Вищий оксид Силіцію SiO2 практично не взаємодіє з водою. Взаємодія з основними оксидами з утворенням солей:
Взаємодія з основами з утворенням середніх та кислих солей і води:
Загальні способи добування кислотних оксидів
• Взаємодія простих речовин, утворених неметалічними елементами, з киснем:
• Взаємодія деяких складних речовин, утворених неметалічними елементами, з киснем:
• витіснення леткого оксиду із солей менш летким:
Запитання та завдання
°1. Якою загальною формулою можна виразити склад оксидів?
°2. На які три типи поділяють солетворні оксиди?
°3. Який ступінь окиснення може виявляти металічний елемент, утворюючи основні оксиди?
°4. Які елементи — металічні та неметалічні, або тільки металічні, або тільки неметалічні — утворюють амфотерні оксиди? Наведіть приклади.
5. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення: кисень ^ цинк оксид ^ натрій цинкат; кисень ^ алюміній оксид ^ алюміній сульфат.
6. Обчисліть масу алюміній оксиду, який можна добути в результаті згорання порошкоподібного алюмінію масою 108 г.
7. Чому оксид складу P2O5 називають кислотним?
8. Чи можуть металічні елементи утворювати кислотні оксиди? Які кислотні оксиди називають вищими?
9. Обчисліть масу кисню та об’єм водню (н. у.), які потрібні для одержання 54 г води.
*10. Який з основних оксидів складу BaO, CuO, Na2O містить Оксиген з найбільшою масовою часткою?
*11. Яка маса солі та яка кількість молекул води утвориться внаслідок взаємодії алюміній оксиду масою 50,5 г з надлишком концентрованої гарячої хлоридної кислоти?
*12. Обчисліть масу води та об’єм вуглекислого газу — карбон(ІУ) оксиду (н. у.), які утворяться в результаті повного згорання метану CH4 об’ємом 28 л (н. у.).
1.2. Основи
Основи — це складні речовини, що складаються з йонів металічного елемента та одної або декількох гідроксигруп.
Число гідроксигруп в основі дорівнює ступеню окиснення металічного елемента: NaOH, Mg(OH)2, Al(OH)3 тощо.
Основи — це гідрати основних оксидів, тому їхній склад можна виразити загальною формулою ExOy ■ nH2O, або Me(OH)z, наприклад NaOH, KOH, Ca(OH)2.
Схема 2
Назви основ утворюють так само, як і назви оксидів. Спочатку вказують назву елемента в називному відмінку, потім його валентність римською цифрою в дужках, далі слово «гідроксид». Наприклад, NaOH — натрій гідроксид, Cu(OH)2 — купрум(ІІ) гідроксид, Fe(OH)2 — ферум(ІІ) гідроксид.
Луги виявляють лише основні властивості. Число гідроксигруп визначає кислотність основи, тобто здатність основи нейтралізувати кислоти. Так, KOH — однокислотна основа, оскільки містить одну гідроксигрупу, а отже, 1 моль такої основи може нейтралізувати 1 моль одноосновної кислоти, наприклад HCl; Ba(OH)2 — дво-кислотна основа, оскільки містить дві гідроксигрупи, і тому може нейтралізувати 2 моль HCl тощо.
Схема 3
Основи здебільшого є твердими речовинами певного забарвлення. Розчинні основи, або луги, змінюють забарвлення індикаторів, оскільки їхні розчини мають лужне середовище:
|
Індикатор |
Забарвлення індикатора |
|
Лакмус |
Синє |
|
Фенолфталеїн |
Малинове |
|
Метиловий оранжевий |
Жовте |
Хімічні властивості основ
• Взаємодіють з кислотами з утворенням солі та води:
• Взаємодіють з кислотними й амфотерними оксидами з утворенням солі та води:
• Розчинні основи реагують із солями, якщо виконується хоча б одна з умов перебігу реакцій обміну: утворення осаду, води або газоподібної речовини:
• Нерозчинні основи, а також основи, утворені лужноземельними металічними елементами (наприклад, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2), розкладаються під час нагрівання:
Основи, утворені лужними металічними елементами, є стійкими до нагрівання.
Загальні способи добування основ
До найважливіших способів одержання основ відносять:
• взаємодію основних оксидів з водою:
• взаємодію деяких металів — головним чином, лужних і лужноземельних з водою:
• взаємодію між сіллю та розчинною основою:
Запитання та завдання
°1. Які складні речовини називають основами? Якою загальною формулою можна виразити склад основ?
°2. Від чого залежить число гідроксигруп в основі?
°3. Як називають розчинні у воді основи? Які властивості вони виявляють?
°4. Яке число визначає кислотність основи?
5. У який колір забарвлюється індикатор фенолфталеїн у розчинах основ?
6. Які три хімічні властивості основ можна віднести до найважливіших? Обґрунтуйте рівняннями реакцій.
7. Укажіть найважливіші способи добування основ і підтвердьте їх відповідними рівняннями реакцій.
8. Закінчіть рівняння реакцій:
9. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити ланцюг перетворень речовин:
10. Обчисліть масу натрій гідроксиду та об’єм водню (н. у.), які утворяться в результаті взаємодії натрію масою 11,5 г з водою.
11. Обчисліть масу магній гідроксиду, яку треба витратити, щоб нейтралізувати нітратну кислоту масою 25,2 г.
12. Обчисліть масу магній гідроксиду, який утворився внаслідок взаємодії 24 г натрій гідроксиду з надлишком розчину магній сульфату. Яка маса магній сульфату вступила в реакцію?
*13. Крізь розчин кальцій гідроксиду пропустили газ, що утворився в результаті спалювання 24 г метану CH4. Обчисліть масу осаду. До якого класу неорганічних сполук його треба віднести?
14. Обчисліть масу середньої солі, що утворилася в результаті змішування натрій гідроксиду з розчином, що містив 34,3 г сульфатної кислоти. Визначте масу солі, що утворилася.
*15. Визначте масу калій карбонату, що утворився внаслідок пропускання 33,6 л (н. у.) карбон(ІУ) оксиду крізь надлишок розчину калій гідроксиду. Скільки молів калій гідроксиду прореагувало?
1.3. Амфотерні гідроксиди
Амфотерними називають гідроксиди, які залежно від умов виявляють властивості як кислот, так і основ.
Амфотерні гідроксиди — це гідрати амфотерних оксидів, наприклад Zn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3 та ін., тому їхній склад виражають формулами
Амфотерні гідроксиди являють собою драглеподібні осади.
Хімічні властивості амфотерних гідроксидів
Для амфотерних гідроксидів характерні такі хімічні властивості: • взаємодія з кислотами з утворенням солі та води:
• взаємодія з лугами також з утворенням солі та води:
• розкладання під час нагрівання на відповідний оксид і воду:
Сполука Na2ZnO2 — натрій цинкат — утворюється під час сплавляння цинк гідроксиду з натрій гідроксидом. Якщо ж реакція відбувається в розчині, то утворюється комплексна сіль — натрій тетрагідроксицинкат:
Загальні способи добування амфотерних оксидів
Амфотерні оксиди одержують взаємодією лугів із солями відповідних металічних елементів:
При цьому розчин лугу, тут розчин NaOH, треба додавати до розчину солі краплями і в суворо визначеній кількості, оскільки за наявності надлишку розчину NaOH утворюється комплексна сіль складу Na[Al(OH)4] — натрій тетрагідроксиалюмінат. Тому для проведення подібних реакцій використовують водний розчин амоніаку NH3 • H2O:
Запитання та завдання
°1. Які гідроксиди називають амфотерними? Наведіть приклади.
2. Які хімічні властивості характерні для амфотерних гідроксидів? Відповідь підтвердьте рівняннями реакцій.
3. На яких реакціях ґрунтується добування амфотерних гідроксидів Zn(OH)2 та Al(OH)3? У чому полягають особливості їхнього перебігу?
4. Складіть хімічні рівняння таких перетворень:
5. Яка маса цинк гідроксиду утвориться в результаті взаємодії цинк нітрату масою 63 г з розведеним розчином натрій гідроксиду?
6. Яку масу алюміній гідроксиду необхідно піддати термічному розкладанню, щоб отримати алюміній оксид масою 30,6 г?
7. Яку масу цинк гідроксиду треба піддати термічному розкладанню, щоб одержати цинк оксид масою 24,3 г?
1.4. Кислоти
Кислотами називають складні речовини, що містять кислотні залишки, сполучені з атомами Гідрогену, здатними заміщуватися йонами металічних елементів.
Кислоти класифікують:
• за основністю, яку визначають за кількістю атомів Гідрогену, що входять до їхнього складу:
Схема 4
• за наявністю в їхньому складі атомів Оксигену:
Схема 5
Хімічні властивості кислот
• Кислоти реагують з основами:
та амфотерними гідроксидами:
При цьому залежно від основності кислоти та кислотності основи можуть утворюватися середні, кислі та основні солі.
• Кислоти реагують з металами: розведені кислоти, наприклад HCl та H2SO4, взаємодіють лише з металами, які у витискуваль-ному ряді стоять до водню, концентровані — із металами, що стоять у цьому ряді до й після водню:
• Кислоти реагують з основними та амфотерними оксидами:
• Кислоти реагують із солями, якщо виконується хоча б одна з умов перебігу реакцій обміну (утворення осаду, газоподібної речовини або води):
Загальні способи добування кислот
Безоксигенові кислоти одержують розчиненням відповідних летких сполук з Гідрогеном у воді: HCl, H2S.
Оксигеновмісні кислоти отримують унаслідок: • взаємодії кислотних оксидів з водою:
• реакцій обміну:
Запитання та завдання
°1. Які складні речовини називають кислотами?
°2. На основі чого класифікують кислоти?
3. За допомогою яких рівнянь реакцій можна охарактеризувати найважливіші хімічні властивості кислот?
4. Унаслідок яких хімічних реакцій можна одержати: а) хлоридну кислоту; б) нітратну кислоту; в) розведену сульфатну кислоту? Складіть рівняння відповідних реакцій.
5. З якими з указаних металів — залізо, цинк, мідь, магній, срібло — реагує хлоридна кислота? Складіть рівняння реакцій.
6. Складіть рівняння реакцій розведеної сульфатної кислоти з: а) алюміній гідроксидом; б) калій сульфідом; в) цинком; г) натрій карбонатом.
7. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити ланцюги перетворень: а) вуглець ^ карбон(^) оксид ^ калій карбонат ^ карбон(^) оксид ^ кальцій карбонат; б) сірка ^ ферум(ІІ) сульфід ^ гідроген сульфід ^ натрій сульфід ^ купрум(ІІ) сульфід.
8. Обчисліть об’єм водню (н. у.), який виділяється в результаті розчинення алюмінію масою 36 г у хлоридній кислоті. Яка маса солі при цьому утворюється?
9. Обчисліть масу розведеної сульфатної кислоти, необхідну для розчинення ферум(ІІ) оксиду масою 40 г.
10. Обчисліть масу нітратної кислоти та масу натрій карбонату, у результаті взаємодії яких утворився карбон(^) оксид об’ємом 44,8 л (н. у.).
11. Обчисліть масу ортофосфатної кислоти та масу середньої солі, яка утворилася внаслідок взаємодії цієї кислоти з кальцій гідроксидом масою 44,4 г.
*12. Який об’єм водню (н. у.) виділиться в результаті взаємодії 18 г алюмінію з надлишком розведеної сульфатної кислоти? Скільки молекул водню (н. у.) міститься в цьому об’ємі?
*13. Визначте масу й кількість молекул гідроген хлориду (н. у.), отриманого в результаті реакції:
1.5. Солі
Солі — це складні речовини, що містять йони металічного елемента й кислотного залишку.
Залежно від складу кислотного залишку розрізняють такі солі:
Схема 6
До складу середніх солей входять йони металічного елемента та кислотного залишку: Na2SO4 — натрій сульфат, Al(NO3)3 — алюміній нітрат, CaCl2 — кальцій хлорид.
До складу кислих солей входять йони металічного елемента та кислотного залишку, сполучені з одним або двома катіонами Гідрогену: K2HPO4 — калій гідрогенортофосфат, Ca(H2PO4)2 — кальцій дигідрогенортофосфат.
До складу основних солей входять катіони металічного елемента, сполучені з однією або двома гідроксигрупами, та йони кислотного залишку, наприклад: CaOHNO3 — кальцій гідроксинітрат, Fe(OH)2Cl — ферум(ІІІ) дигідроксихлорид.
Якщо металічний елемент виявляє змінний ступінь окиснення, то після назви елемента римською цифрою вказують його валентність.
Хімічні властивості солей
• Взаємодіють з лугами з утворенням гідроксидів або основних солей:
Взаємодіють з кислотами з утворенням нових кислоти та солі:
Взаємодіють між собою:
Взаємодіють з металами, які у витискувальному ряді розміщені до металу, що утворює сіль:
При цьому метали, що у витискувальному ряді розміщені до магнію (K, Ba, Ca, Na та ін.), для таких реакцій не використовують, оскільки вони реагують з водою.
• Деякі солі розкладаються під час нагрівання:
Загальні способи добування солей
• Взаємодія металів з неметалами:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
• Взаємодія кислотних оксидів з основними оксидами:
CaO + CO2 = CaCO3
• Взаємодія кислотних оксидів з амфотерними оксидами:
A^Og + 3N2O5 = 2Al(NO3)3
• Взаємодія основ з амфотерними та кислотними оксидами:
Взаємодія кислот з основами та амфотерними гідроксидами:
Взаємодія основ із солями:
Взаємодія кислот з металами:
Взаємодія кислот із солями:
Взаємодія солей з металами:
Взаємодія солей між собою:
Запитання та завдання
°1. Які складні речовини називають солями?
°2. Які типи солей розрізняють залежно від складу кислотного залишку? Відповідь обґрунтуйте за допомогою прикладів.
3. Складіть рівняння реакцій утворення солей: а) Al(OH)2Cl; б) CaOHNO3;
в) Mgg(PO4)2.
4. Яким основам відповідають солі: а) CaSO4; б) Al(NO3)3; в) Fe(OH)2Cl;
г) Cr(HSO4)3; ґ) Na3PO4?
5. У якій зі сполук — AlOH(NO3)2 чи Fe(HSO4)3 — масова частка Окси-гену більша?
6. Складіть рівняння реакцій, у результаті яких утворюється: а) магній нітрат; б) купрум(ІІ) сульфат.
7. З розчинами яких солей — натрій сульфат, аргентум(І) нітрат, алюміній хлорид, плюмбум(ІІ) нітрат, купрум(ІІ) сульфат — буде реагувати залізо?
8. Складіть рівняння всіх можливих реакцій між такими речовинами: кальцій нітрат, натрій гідроксид, купрум(ІІ) сульфат, хлоридна кислота, магній.
9. Яка маса срібла утвориться в результаті взаємодії цинку масою 13 г з розчином аргентум(І) нітрату?
10. Обчисліть масу осаду, який утвориться в результаті взаємодії барій нітрату масою 5,22 г з калій карбонатом.
*11. Яка маса осаду барій сульфату та яка кількість речовини калій хлориду утвориться внаслідок взаємодії барій хлориду масою 62,4 г з надлишком розчину калій сульфату?
*12. Який об’єм карбон(^) оксиду (н. у.) виділиться в результаті взаємодії натрій карбонату масою 15,9 г з надлишком розчину нітратної кислоти? Скільки молекул міститиметься у цьому об’ємі вуглекислого газу (н. у.)?
1.6. Генетичний зв’язок
між найважливішими класами неорганічних сполук
Схема 7
Запитання та завдання
1. Складіть рівняння реакцій, у результаті яких можна здійснити такі перетворення:
2. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:
3. Дано такі речовини: калій гідроксид, карбон(^) оксид, цинк гідроксид, хлоридна кислота, магній оксид. Які із цих речовин взаємодіятимуть між собою? Складіть рівняння реакцій і назвіть речовини, що утворилися.
4. Із пропонованого ряду речовин випішіть окремо речовини, які реагують із калій гідроксидом, а потім речовини, які реагують із сульфатною кислотою: K2S, Ba(NO3)2, Zn(OH)2, Na2O, HCl, SO3, NaOH. Складіть рівняння відповідних реакцій і назвіть речовини, що утворилися.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)