Как узнать вид оксида

Оксиды.

Номенклатура оксидов.

В настоящее время используют международную номенклатуру, согласно которой любой оксид называется оксидом с указанием римскими цифрами степени окисления элемента: оксид серы (IV) – SO₂, оксид железа (III) – Fe₂O₃, оксид углерода (II) CO и т.д.

Однако до сих пор встречаются и старые названия оксидов:

Получения солеобразующих оксидов.

Основные оксиды – оксиды типичных металлов, им соответствующие гидроксиды, обладающие свойствами оснований.

Кислотные оксиды – оксиды неметаллов или переходных металлов в высоких степенях окисления.

Основные оксиды

Кислотные оксиды

1. Окисление металлов при нагревании в атмосфере воздуха:

1. Окисление неметаллов при нагревании в атмосфере воздуха:

Этот метод практически неприменим для щелочных металлов, которые обычно образуют пероксиды, а не оксиды.

Этот метод также неприменим для сульфидов активных металлов, окисляющихся до сульфатов.

3. Разложение гидроксидов при температуре:

Этим способом также нельзя получить оксиды щелочных металлов.

4. Разложение солей кислородосодержащих кислот при температуре:

Этот способ хорошо применим для нитратов и карбонатов.

Амфотерные оксиды.

Амфотерные оксиды обладают двойственной природой: они могут взаимодействовать с кислотами и с основаниями (щелочами):

Свойства оксидов.

Основные оксиды

Кислотные оксиды

1. Разложение при нагревании:

Разлагаются только оксиды ртути и благородных металлов, остальные не разлагаются.

2. При нагревании реагируют с кислотными и амфотерными оксидами:

Взаимодействуют с основными оксидами, амфотерными оксидами, гидроксидами:

Источник

Урок 31. Оксиды

В уроке 31 «Оксиды» из курса «Химия для чайников» познакомимся с оксидами их классификацией, а также узнаем где они встречаются в природе.

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:

Надеюсь урок 31 «Оксиды» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

Общие сведения

В 1775 году французский химик А. Лавуазье правильно истолковал результаты опытов Д. Пристли. Он понял, что газ, поддерживающий горение в герметичном сосуде, — это не часть воздуха, а новый химический элемент. Лавуазье назвал его оксигеном, что в переводе с греческого означает «образующий кислоты», так как думал, что новый элемент входит во все кислоты. Однако такая теория не была верной. Название кислород — это своего рода калька с французского, введенная М. В. Ломоносовым.

Кислород — газ без цвета, запаха и вкуса. При сильном охлаждении превращается сначала в голубую жидкость, затем — в кристаллы синего цвета. Имеет валентность 2 и семь степеней окисления в зависимости от вещества, с которым взаимодействует.

Степени окисления для разных соединений:

Образование оксидов

Получаются оксиды как при непосредственном вступлении кислорода в реакцию с другим химическим элементом, так и при косвенном взаимодействии — в результате разложения кислот, солей и оснований. Самый простой способ получения окисла — это сжигание вещества в кислороде. Формулы оксидов можно определить исходя из значений валентности кислорода и второго химического вещества, а номенклатура названий образуется по схеме:

Например, Mn2O7 — оксид марганца (VII). Допускается название по количеству атомов кислорода — монооксид, диоксид и т. п. Широко распространены и названия, сложившиеся исторически.

Все существующие оксиды разделяются на солеобразующие и несолеобразующие. Последние являются оксидами неметаллов, не имеющих соответственных гидроксидов. Таких соединений немного, к ним относятся оксиды одно- и двухвалентных неметаллов — вода H2O, токсичные газы монооксид углерода CO и оксид азота (II) NO, «веселящий газ» N2O, соединения с кислородом серы и кремния. ​ Они довольно инертны, если и взаимодействуют с другими веществами, то солей не образовывают. Например, при растворении в воде N2O и SO2 образуется серная кислота, и выделяется азот.

Классификация солеобразующих соединений

В химии соединения с кислородом разделяют по характеру их соответствия основаниям, кислотам и амфотерным образованиям. Если металл, составляющий формулу с кислородом, имеет несколько степеней окисления, то промежуточное значение будет у амфотерного, самое большое — у кислотного, а самое низкое — у основного соединения.

К основным оксидам относятся соединения металлов, степень окисления которых равна +1 или +2. Им соответствуют гидроксиды, относящиеся к классу оснований. Реагируют с кислотами, в результате чего получаются соль и вода. В периодической системе усиление основных характеристик наблюдается в главных подгруппах сверху вниз. Список основных оксидов:

К кислотным или ангидридам относятся оксиды неметаллов и металлов со степенью окисления больше +5.

Поскольку в них химические элементы находятся в высшей степени активности, их еще называют высшими. Кислотные свойства таких соединений повышаются по мере продвижения по таблице Менделеева слева направо, так как увеличивается положительный заряд ионов элемента с возрастанием номера периода.

Ангидриды соответствуют гидроксидам, относящимся к кислотам, они могут растворяться в щелочах, образуя при этом соль и воду. Некоторые вступают в реакцию с водой. Типичные представители кислотных оксидов: SO2, SO3, CrO3, P2O5, Cl2O7, Mn2O7. Металлы, которые могут иметь степень окисления +2, +3, +4, образуют с кислородом амфотерные соединения, проявляющие то кислотные, то основные свойства в зависимости от условий химической реакции. К ним относятся Fe2O3, Cr2O3, Al2O3, ZnO, BeO и MnO2.

Физические и химические свойства

Свойства оксидов физического характера определяются структурой их строения. Окислам металлов присуще ионное строение, что определяет и их свойства. Чаще всего это твердые вещества самых разных окрасок. Не растворяются в воде, за исключением соединений щелочных и щелочноземельных металлов. Имеют высокие температуры кипения и плавления. Другие свойства определяются их составом.

Вещества, образованные неметаллическими элементами, чаще всего имеют молекулярный вид строения и более разнообразны по агрегатному состоянию — встречаются жидкие, газообразные и твердые оксиды. К жидкостям относятся:

Окиси серы, углерода и азота при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии. Главные химические свойства основных оксидов:

Разные соединения имеют и уникальные свойства. CuO при сплавлении с основаниями, т. е. когда смесь веществ дополнительно нагревают, образует купраты (двойные соли меди и другого металла). Это говорит о слабовыраженных амфотерных свойствах окиси меди.

Также она довольно хорошо восстанавливается до металлического состояния аммиаком, углем и водородом.

FeO распадается при среднем нагревании, но если продолжать поднимать температуру, то получатся оксид Fe3O4 и железо. Может вступать в реакцию с сероводородом и восстанавливаться водородом и коксом. BaO при нагревании до 600 градусов переходит в пероксид бария и может восстановиться до металла при повышении температуры с цинком, магнием и кремнием.

Кислотные оксиды также хорошо реагируют с водой, взаимодействуют с основаниями и основными оксидами. Углекислый газ, растворяясь в воде, образует слабую угольную кислоту, ее применяют для газирования воды, при этом происходит обратная реакция. Диоксид углерода, вступая в реакцию с едким натром NaOH, образует соль угольной кислоты, известную в обиходе как кальцинированная сода. Из углекислого газа получается и так называемая горькая соль MgCO3, для этого нужно соединить CO2 и MgO.

Амфотерные оксиды вступают в химические реакции и с кислотами, и с основаниями. При взаимодействии со щелочами часто получаются соли двойных металлов.

Области применения

Оксиды очень широко применяются в быту, промышленности, медицине и других областях. Вода H2O — источник жизни на земле. Гематит или красный железняк Fe2O3 используют для пигментации красных красок, а магнетит или магнитный железняк Fe3O4 — в металлургии и для изготовления электродов, так как он хорошо проводит электрический ток.

Негашеная известь применяется в строительстве и быту для борьбы с вредителями древесины. Мелкие кристаллы корунда Al2O3 наносят на наждачную бумагу для создания хорошего шлифовального эффекта. Крупные используют в изготовлении искусственных рубинов и сапфиров для ювелирных изделий и часов.

Нанесение оксида железа (II) на сталь называется воронением или чернением. Соединение образовывает прочный тонкий слой на поверхности. Регулируя его толщину, можно получить так называемые цвета побежалости — пленки, изменяющей свой цвет в радужном спектре. Это свойство используют в технологии нанесения цветных рисунков на сталь.

Углекислый газ CO2 используют и в твердом, и в жидком виде. В пищевой промышленности его применяют при изготовлении разнообразных газированных напитков, соды, сахара. В виде сухого льда он используется для сильного охлаждения продуктов и материалов. Жидкой углекислотой наполняют огнетушители.

Широкое применение получил сернистый газ SO2. Его используют в химической промышленности для производства серной кислоты. Способность сернистого газа убивать микроорганизмы и плесень позволила использовать его для дезинфекции подвалов, погребов, складских помещений, а также для хранения и перевозки фруктов и ягод.

Оксид кремния (IV) SiO2 — тугоплавкое и твердое вещество. Встречается в природе в кристаллическом и аморфном состоянии. Кристаллический кремнезем — это минералы кварца в виде халцедона, агата, яшмы, горного хрусталя. Кварцевый песок используют для изготовления стекла, бетона и кирпича. Полудрагоценные камни обрабатывают ювелиры, особенно красиво кристаллы выглядят при использовании одновременно с SiO2 оксида свинца PbO.

Аморфный кремнезем называется опалом и выражается формулой SiO2 ∙ nH2O. Из него делают украшения, химическую посуду, кварцевые лампы. Соединения, имеющие устойчивый цвет, используют для пигментации стекол и красок. CO2O3 придает материалам синий, Cr2O3 — зеленый, ZnO — белый, MnO2 — розовый цвет.

Окись цинка нашла и медицинское применение, ее добавляют в маски и кремы, подсушивают раны при кожных заболевания. Жженую магнезию MgO из-за ее способности хорошо реагировать с соляной кислотой желудочного сока назначают как средство при повышенной кислотности, она помогает убрать изжогу и выступает сорбентом. Оксид хрома (VI) CrO3 используется в восстановительной хирургии. Это вещество безвредно для человеческого организма.

Источник

2.4. Характерные химические свойства оксидов: основных, амфотерных, кислотных.

Прежде чем начать говорить про химические свойства оксидов, нужно вспомнить о том, что все оксиды делятся на 4 типа, а именно основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие. Для того чтобы определить тип какого-либо оксида, прежде всего нужно понять — оксид металла или неметалла перед вами, а затем воспользоваться алгоритмом (его надо выучить!), представленным в следующей таблице:

Помимо типов оксидов, указанных выше, введем также еще два подтипа основных оксидов, исходя из их химической активности, а именно активные основные оксиды и малоактивные основные оксиды.

Логично предположить, что активные основные оксиды часто вступают в те реакции, в которые не вступают малоактивные.

Следует отметить, что несмотря на то что фактически вода является оксидом неметалла (H₂O), обычно ее свойства рассматривают в отрыве от свойств иных оксидов. Обусловлено это ее специфически огромным распространением в окружающем нас мире, в связи с чем в большинстве случаев вода является не реагентом, а средой, в которой может осуществляться бесчисленное множество химических реакций. Однако нередко она принимает и непосредственное участие в различных превращениях, в частности, некоторые группы оксидов с ней реагируют.

Какие оксиды реагируют с водой?

Из всех оксидов с водой реагируют только:

1) все активные основные оксиды (оксиды ЩМ и ЩЗМ);

2) все кислотные оксиды, кроме диоксида кремния (SiO₂);

т.е. из вышесказанного следует, что с водой точно не реагируют:

1) все малоактивные основные оксиды;

2) все амфотерные оксиды;

3) несолеобразующие оксиды (NO, N₂O, CO, SiO).

Оксид магния медленно реагирует с водой при кипячении. Без сильного нагревания реакция MgO с H₂O не протекает.

Способность определить то, какие оксиды могут реагировать с водой даже без умения писать соответствующие уравнения реакций, уже позволяет получить баллы за некоторые вопросы тестовой части ЕГЭ.

Теперь давайте разберемся, как же все-таки те или иные оксиды реагируют с водой, т.е. научимся писать соответствующие уравнения реакций.

Активные основные оксиды, реагируя с водой, образуют соответствующие им гидроксиды. Напомним, что соответствующим оксиду металла является такой гидроксид, который содержит металл в той же степени окисления, что и оксид. Так, например, при реакции с водой активных основных оксидов K +1 ₂O и Ba +2 O образуются соответствующие им гидроксиды K +1 OH и Ba +2 (OH)₂:

K₂O + H₂O = 2KOH – гидроксид калия

BaO + H₂O = Ba(OH)₂ – гидроксид бария

Все гидроксиды, соответствующие активным основным оксидам (оксидам ЩМ и ЩЗМ), относятся к щелочам. Щелочами называют все хорошо растворимые в воде гидроксиды металлов, а также малорастворимый гидроксид кальция Ca(OH)₂ (как исключение).

Взаимодействие кислотных оксидов с водой так же, как и реакция активных основных оксидов с водой, приводит к образованию соответствующих гидроксидов. Только в случае кислотных оксидов им соответствуют не основные, а кислотные гидроксиды, чаще называемые кислородсодержащими кислотами. Напомним, что соответствующей кислотному оксиду является такая кислородсодержащая кислота, которая содержит кислотообразующий элемент в той же степени окисления, что и в оксиде.

Таким образом, если мы, например, хотим записать уравнение взаимодействия кислотного оксида SO₃ с водой, прежде всего мы должны вспомнить основные, изучаемые в рамках школьной программы, серосодержащие кислоты. Таковыми являются сероводородная H₂S, сернистая H₂SO₃ и серная H₂SO₄ кислоты. Cероводородная кислота H₂S, как легко заметить, не является кислородсодержащей, поэтому ее образование при взаимодействии SO₃ с водой можно сразу исключить. Из кислот H₂SO₃ и H₂SO₄ серу в степени окисления +6, как в оксиде SO₃, содержит только серная кислота H₂SO₄. Поэтому именно она и будет образовываться в реакции SO₃ с водой:

Аналогично оксид N₂O₅, содержащий азот в степени окисления +5, реагируя с водой, образует азотную кислоту HNO₃, но ни в коем случае не азотистую HNO₂, поскольку в азотной кислоте степень окисления азота, как и в N₂O₅, равна +5, а в азотистой — +3:

Исключение:

Оксид азота (IV) (NO₂) является оксидом неметалла в степени окисления +4, т.е. в соответствии с алгоритмом, описанным в таблице в самом начале данной главы, его нужно отнести к кислотным оксидам. Однако не существует такой кислоты, которая содержала бы азот в степени окисления +4.

В случае оксида NO₂ принято считать, что ему соответствуют сразу две кислоты, поскольку его взаимодействие с водой приводит к одновременному образованию двух кислот:

Взаимодействие оксидов друг с другом

Прежде всего нужно четко усвоить тот факт, что среди солеобразующих оксидов (кислотных, основных, амфотерных) практически никогда не протекают реакции между оксидами одного класса, т.е. в подавляющем большинстве случаев невозможно взаимодействие:

1) основный оксид + основный оксид ≠

2) кислотный оксид + кислотный оксид ≠

3) амфотерный оксид + амфотерный оксид ≠

В то время, как практически всегда возможно взаимодействие между оксидами, относящимися к разным типам, т.е. практически всегда протекают реакции между:

1) основным оксидом и кислотным оксидом;

2) амфотерным оксидом и кислотным оксидом;

3) амфотерным оксидом и основным оксидом.

В результате всех таких взаимодействий всегда продуктом является средняя (нормальная) соль.

Рассмотрим все указанные пары взаимодействий более детально.

В результате взаимодействия:

Me_xO_y + кислотный оксид, где Me_xO_y – оксид металла (основный или амфотерный)

образуется соль, состоящая из катиона металла Me (из исходного Me_xO_y) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.

Для примера попробуем записать уравнения взаимодействия следующих пар реагентов:

В первой паре реагентов мы видим основный оксид (Na₂O) и кислотный оксид (P₂O₅). Во второй – амфотерный оксид (Al₂O₃) и кислотный оксид (SO₃).

Как уже было сказано, в результате взаимодействия основного/амфотерного оксида с кислотным образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного основного/амфотерного оксида) и кислотного остатка кислоты, соответствующей исходному кислотному оксиду.

Попробуем записать в качестве примера уравнения взаимодействия

ZnO + Na₂O и Al₂O₃ + BaO

Как мы уже писали выше, практически всегда протекает реакция:

Me_xO_y + кислотный оксид,

где Me_xO_y – либо основный, либо амфотерный оксид металла.

Однако следует запомнить два «привередливых» кислотных оксида – углекислый газ (CO₂) и сернистый газ (SO₂). «Привередливость» их заключается в том, что несмотря на явные кислотные свойства, активности CO₂ и SO₂ недостаточно для их взаимодействия с малоактивными основными и амфотерными оксидами. Из оксидов металлов они реагируют только с активными основными оксидами (оксидами ЩМ и ЩЗМ). Так, например, Na₂O и BaO, являясь активными основными оксидами, могут с ними реагировать:

В то время, как оксиды CuO и Al₂O₃, не относящиеся к активным основным оксидам, в реакцию с CO₂ и SO₂ не вступают:

CO₂ + CuO ≠

SO₂ + CuO ≠

Взаимодействие оксидов с кислотами

С кислотами реагируют основные и амфотерные оксиды. При этом образуются соли и вода:

Несолеобразующие оксиды не реагируют с кислотами вообще, а кислотные оксиды не реагируют с кислотами в большинстве случаев.

Когда все-таки кислотный оксид реагирует с кислотой?

Решая часть ЕГЭ с вариантами ответа, вы должны условно считать, что кислотные оксиды не реагируют ни с кислотными оксидами, ни с кислотами, за исключением следующих случаев:

1) диоксид кремния, будучи кислотным оксидом, реагирует с плавиковой кислотой, растворяясь в ней. В частности, благодаря этой реакции в плавиковой кислоте можно растворить стекло. В случае избытка HF уравнение реакции имеет вид:

а в случае недостатка HF:

2) SO₂, будучи кислотным оксидом, легко реагирует с сероводородной кислотой H₂S по типу сопропорционирования:

3) Оксид фосфора (III) P₂O₃ может реагировать с кислотами-окислителями, к которым относятся концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации. При этом степень окисления фосфора повышается от значения +3 до +5:

4) Оксид серы (IV) SO₂ может быть окислен азотной кислотой, взятой в любой концентрации. При этом степень окисления серы повышается с +4 до +6.

Взаимодействие оксидов с гидроксидами металлов

С гидроксидами металлов как основными, так и амфотерными реагируют кислотные оксиды. При этом образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного гидроксида металла) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.

Кислотные оксиды, которым соответствуют многоосновные кислоты, с щелочами могут образовывать как нормальные, так и кислые соли:

CO₂ + NaOH = NaHCO₃

«Привередливые» оксиды CO₂ и SO₂, активности которых, как уже было сказано, не хватает для протекания их реакции с малоактивными основными и амфотерными оксидами, тем не менее, реагируют с большей частью соответствующих им гидроксидов металлов. Точнее, углекислый и сернистый газы взаимодействуют с нерастворимыми гидроксидами в виде их суспензии в воде. При этом образуются только основные соли, называемые гидроксокарбонатами и гидроксосульфитами, а образование средних (нормальных) солей невозможно:

Однако с гидроксидами металлов в степени окисления +3, например, такими, как Al(OH)₃, Cr(OH)₃ и т.д., углекислый и сернистый газ не реагируют вовсе.

Следует отметить также особую инертность диоксида кремния (SiO₂), в природе наиболее часто встречаемого в виде обычного песка. Данный оксид является кислотным, однако из гидроксидов металлов способен реагировать только с концентрированными (50-60%) растворами щелочей, а также с чистыми (твердыми) щелочами при сплавлении. При этом образуются силикаты:

Амфотерные оксиды из гидроксидов металлов реагируют только со щелочами (гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов). При этом при проведении реакции в водных растворах образуются растворимые комплексные соли:

ZnO + 2NaOH + H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] — тетрагидроксоцинкат натрия

BeO + 2NaOH + H₂O = Na₂[Be(OH)₄] — тетрагидроксобериллат натрия

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄] — тетрагидроксоалюминат натрия

Следует отметить, что соли, получаемые сплавлением амфотерных оксидов с твердыми щелочами, могут быть легко получены из растворов соответствующих комплексных солей их упариванием и последующим прокаливанием:

Взаимодействие оксидов со средними солями

Чаще всего средние соли с оксидами не реагируют.

Однако следует выучить следующие исключения из данного правила, часто встречающиеся на экзамене.

Одним из таких исключений является то, что амфотерные оксиды, а также диоксид кремния (SiO₂) при их сплавлении с сульфитами и карбонатами вытесняют из последних сернистый (SO₂) и углекислый (CO₂) газы соответственно. Например:

Также к реакциям оксидов с солями можно условно отнести взаимодействие сернистого и углекислого газов с водными растворами или взвесями соответствующих солей — сульфитов и карбонатов, приводящее к образованию кислых солей:

Также сернистый газ при пропускании его через водные растворы или взвеси карбонатов вытесняет из них углекислый газ благодаря тому, что сернистая кислота является более сильной и устойчивой кислотой, чем угольная:

ОВР с участием оксидов

Восстановление оксидов металлов и неметаллов

Аналогично тому, как металлы могут реагировать с растворами солей менее активных металлов, вытесняя последние в свободном виде, оксиды металлов при нагревании также способны реагировать с более активными металлами.

Напомним, что сравнить активность металлов можно либо используя ряд активности металлов, либо, если одного или сразу двух металлов нет в ряду активности, по их положению относительно друг друга в таблице Менделеева: чем ниже и левее металл, тем он более активен. Также полезно помнить, что любой металл из семейства ЩМ и ЩЗМ будет всегда активнее металла, не являющегося представителем ЩМ или ЩЗМ.

В частности, на взаимодействии металла с оксидом менее активного металла основан метод алюмотермии, используемый в промышленности для получения таких трудновосстанавливаемых металлов, как хром и ванадий:

При протекании процесса алюмотермии образуется колоссальное количество тепла, а температура реакционной смеси может достигать более 2000 o C.

Также оксиды практически всех металлов, находящихся в ряду активности правее алюминия, могут быть восстановлены до свободных металлов водородом (H₂), углеродом (C) и угарным газом (CO) при нагревании. Например:

CuO + C =t o => Cu + CO

Следует отметить, что в случае, если металл может иметь несколько степеней окисления, при недостатке используемого восстановителя возможно также неполное восстановление оксидов. Например:

Оксиды активных металлов (щелочных, щелочноземельных, магния и алюминия) с водородом и угарным газом не реагируют.

Однако оксиды активных металлов реагируют с углеродом, но иначе, чем оксиды менее активных металлов.

В рамках программы ЕГЭ, чтобы не путаться, следует считать, что в результате реакции оксидов активных металлов (до Al включительно) с углеродом образование свободного ЩМ, ЩЗМ, Mg, а также Al невозможно. В таких случаях происходит образование карбида металла и угарного газа. Например:

CaO + 3C =t o => CaC₂ + CO

Оксиды неметаллов нередко могут быть восстановлены металлами до свободных неметаллов. Так, например, оксиды углерода и кремния при нагревании реагируют с щелочными, щелочноземельными металлами и магнием:

CO₂ + 2Mg =t o => 2MgO + C

SiO₂ + 2Mg =t o => Si + 2MgO

При избытке магния последнее взаимодействие может приводить также к образованию силицида магния Mg₂Si:

SiO₂ + 4Mg =t o => Mg₂Si + 2MgO

Оксиды азота могут быть относительно легко восстановлены даже менее активными металлами, например, цинком или медью:

Zn + 2NO =t o => ZnO + N₂

Взаимодействие оксидов с кислородом

Для того чтобы в заданиях реального ЕГЭ суметь ответить на вопрос, реагирует ли какой-либо оксид с кислородом (O₂), прежде всего нужно запомнить, что оксиды, способные реагировать с кислородом (из тех, что могут попасться вам на самом экзамене) могут образовать только химические элементы из списка:

углерод С, кремний Si, фосфор P, сера S, медь Cu, марганец Mn, железо Fe, хром Cr, азот N

Встречающиеся в реальном ЕГЭ оксиды любых других химических элементов с кислородом реагировать не будут (!).

Для более наглядного удобного запоминания перечисленных выше списка элементов, на мой взгляд, удобна следующая иллюстрация:

Все химические элементы, способные образовывать оксиды, реагирующие с кислородом (из встречающегося на экзамене)

В первую очередь, среди перечисленных элементов следует рассмотреть азот N, т.к. отношение его оксидов к кислороду заметно отличается от оксидов остальных элементов приведенного выше списка.

Следует четко запомнить тот факт, что всего азот способен образовать пять оксидов, а именно:

Из всех оксидов азота с кислородом может реагировать только NO. Данная реакция протекает очень легко при смешении NO как с чистым кислородом, так и с воздухом. При этом наблюдается быстрое изменение окраски газа с бесцветной (NO) на бурую (NO₂):

Для того чтобы дать ответ на вопрос — реагирует ли с кислородом какой-либо оксид любого другого из перечисленных выше химических элементов (т.е. С, Si, P, S, Cu, Mn, Fe, Cr) — прежде всего обязательно нужно запомнить их основные степени окисления (СО). Вот они:

Далее нужно запомнить тот факт, что из возможных оксидов указанных выше химических элементов, с кислородом будут реагировать только те, которые содержат элемент в минимальной, среди указанных выше, степени окисления. При этом степень окисления элемента повышается до ближайшего положительного значения из возможных:

Отношение его оксидов к кислороду

Минимальная среди основных положительных степеней окисления углерода равна +2, а ближайшая к ней положительная — +4. Таким образом, с кислородом из оксидов C +2 O и C +4 O₂ реагирует только CO. При этом протекает реакция:

2C +2 O + O₂ =t o => 2C +4 O₂

CO₂ + O₂ ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +4 – высшая степень окисления углерода.

Минимальная среди основных положительных степеней окисления кремния равна +2, а ближайшая к ней положительная — +4. Таким образом, с кислородом из оксидов Si +2 O и Si +4 O₂ реагирует только SiO. Из-за некоторых особенностей оксидов SiO и SiO₂ возможно окисление лишь части атомов кремния в оксиде Si +2 O. Т.е. в результате его взаимодействия с кислородом, образуется смешанный оксид, содержащий как кремний в степени окисления +2, так и кремний в степени окисления +4, а именно Si₂O₃ (Si +2 O·Si +4 O₂):

SiO₂ + O₂ ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +4 – высшая степень окисления кремния.

Минимальная среди основных положительных степеней окисления фосфора равна +3, а ближайшая к нему положительная — +5. Таким образом, с кислородом из оксидов P +3 ₂O₃ и P +5 ₂O₅ реагирует только P₂O₃. При этом протекает реакция доокисления фосфора кислородом от степени окисления +3 до степени окисления +5:

P +5 ₂O₅ + O₂ ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +5 – высшая степень окисления фосфора.

Минимальная среди основных положительных степеней окисления серы равна +4, а ближайшая к ней по значению положительная — +6. Таким образом, с кислородом из оксидов S +4 O₂, S +6 O₃ реагирует только SO₂. При этом протекает реакция:

2S +6 O₃ + O₂ ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +6 – высшая степень окисления серы.

Минимальная среди положительных степеней окисления меди равна +1, а ближайшая к ней по значению — положительная (и единственная) +2. Таким образом, с кислородом из оксидов Cu +1 ₂O, Cu +2 O реагирует только Cu₂O. При этом протекает реакция:

2Cu +1 ₂O + O₂ =t o => 4Cu +2 O

CuO + O₂ ≠ — реакция невозможна в принципе, т.к. +2 – высшая степень окисления меди.

Минимальная среди основных положительных степеней окисления хрома равна +2, а ближайшая к ней по значению положительная равна +3. Таким образом, с кислородом из оксидов Cr +2 O, Cr +3 ₂O₃ и Cr +6 O₃ реагирует только CrO, при этом окисляясь кислородом до соседней (из возможных) положительной степени окисления, т.е. +3:

Cr +3 ₂O₃ + O₂ ≠ — реакция не протекает, несмотря на то что существует оксид хрома и в большей, чем +3, степени окисления (Cr +6 O₃). Невозможность протекания данной реакции связана с тем, что требуемый для ее гипотетического осуществления нагрев сильно превышает температуру разложения оксида CrO₃.

Cr +6 O₃ + O₂ ≠ — данная реакция не может протекать в принципе, т.к. +6 – высшая степень окисления хрома.

Минимальная среди основных положительных степеней окисления марганца равна +2, а ближайшая к ней положительная — +4. Таким образом, с кислородом из возможных оксидов Mn +2 O, Mn +4 O₂, Mn +6 O₃ и Mn +7 ₂O₇ реагирует только MnO, при этом окисляясь кислородом до соседней (из возможных) положительной степени окисления, т.е. +4:

2Mn +2 O + O₂ =t o => 2Mn +4 O₂

Mn +4 O₂ + O₂ ≠ и Mn +6 O₃ + O₂ ≠ — реакции не протекают, несмотря на то что существует оксид марганца Mn₂O₇, содержащий Mn в большей, чем +4 и +6, степени окисления. Связанно это с тем, что требуемый для дальнейшего гипотетического окисления оксидов Mn +4 O₂ и Mn +6 O₃ нагрев существенно превышает температуру разложения получаемых оксидов MnO₃ и Mn₂O_7.

Mn +7 ₂O₇ + O₂ ≠ — данная реакция невозможна в принципе, т.к. +7 – высшая степень окисления марганца.

Минимальная среди основных положительных степеней окисления железа равна +2, а ближайшая к ней среди возможных — +3. Несмотря на то что для железа существует степень окисления +6, кислотного оксида FeO₃, впрочем, как и соответствующей ему «железной» кислоты не существует.

Таким образом, из оксидов железа с кислородом могут реагировать только те оксиды, которые содержат Fe в степени окисления +2. Это либо оксид Fe +2 O, либо смешанный оксид железа Fe +2 ,+3 ₃O₄ (железная окалина):

смешанный оксид Fe +2,+3 ₃O₄ может быть доокислен до Fe +3 ₂O₃:

Fe +3 ₂O₃ + O₂≠ — протекание данной реакции невозможно в принципе, т.к. оксидов, содержащих железо в степени окисления выше, чем +3, не существует.

Источник