Хімічні властивості оксидів: основних, амфотерних, кислотних

Оксиди - це складні речовини, що складаються з двох хімічних елементів, один з яких - кисень зі ступенем окиснення ($-2$).

Загальна формула оксидів: $Е_(m)O_n$, де $m$ число атомів елемента $Е$, а $n$ число атомів кисню. Оксиди можуть бути твердими(пісок $SiO_2$, різновиди кварцу), рідкими(оксид водню $H_2O$), газоподібними(оксиди вуглецю: вуглекислий $CO_2$ і чадний $CO$ гази). за хімічним властивостямоксиди поділяються на солеутворюючі та несолетворні.

Несолетворниминазиваються такі оксиди, які взаємодіють ні з лугами, ні з кислотами і утворюють солей. Їх небагато, до складу входять неметали.

Солеутворюючиминазиваються такі оксиди, які взаємодіють з кислотами або основами і утворюють при цьому сіль та воду.

Серед солеутворюючих оксидів розрізняють оксиди основні, кислотні, амфотерні.

Основні оксиди- це такі оксиди, яким відповідають основи. Наприклад: $CaO$ відповідає $Ca(OH)_2, Na_2O - NaOH$.

Типові реакції основних оксидів:

1. Основний оксид + кислота → сіль + вода (реакція обміну):

$CaO+2HNO_3=Ca(NO_3)_2+H_2O$.

2. Основний оксид + кислотний оксид→ сіль (реакція з'єднання):

$MgO+SiO_2(→)↖(t)MgSiO_3$.

3. Основний оксид + вода → луг (реакція з'єднання):

$K_2O+H_2O=2KOH$.

Кислотні оксидице такі оксиди, яким відповідають кислоти. Це оксиди неметалів:

N2O5 відповідає $HNO_3, SO_3 - H_2SO_4, CO_2 - H_2CO_3, P_2O_5 - H_3PO_4$, а також оксиди металів з великим значенням ступенів окиснення: $(Cr)↖(+6)O_3$ відповідає $H_2CrO_4, (M ) O_7 - HMnO_4 $.

Типові реакції кислотних оксидів:

1. Кислотний оксид + основа → сіль + вода (реакція обміну):

$SO_2+2NaOH=Na_2SO_3+H_2O$.

2. Кислотний оксид + основний оксид → сіль (реакція сполуки):

$CaO+CO_2=CaCO_3$.

3. Кислотний оксид + вода → кислота (реакція сполуки):

$N_2O_5+H_2O=2HNO_3$.

Така реакція можлива тільки якщо кислотний оксид розчинний у воді.

Амфотерниминазиваються оксиди, які в залежності від умов виявляють основні або кислотні властивості. Це $ZnO, Al_2O_3, Cr_2O_3, V_2O_5$. Амфотерні оксиди із водою безпосередньо не з'єднуються.

Типові реакції амфотерних оксидів:

1. Амфотерний оксид + кислота → сіль + вода (реакція обміну):

$ZnO+2HCl=ZnCl_2+H_2O$.

2. Амфотерний оксид + основа → сіль + вода або комплексне з'єднання:

$Al_2O_3+2NaOH+3H_2O(=2Na,)↙(\text"тетрагідроксоалюмінат натрію")$

$Al_2O_3+2NaOH=(2NaAlO_2)↙(\text"алюмінат натрію")+H_2O$.

Хімічним шляхом рН розчину можна визначити за допомогою кислотно-основних індикаторів.

Кислотно-основні індикатори органічні речовини, забарвлення яких залежить від кислотності середовища

Найбільш поширеними індикаторами є лакмус, метиловий оранжевий, фенолфталеїн. Лакмус у кислому середовищі забарвлюється у червоний колір, у лужному – у синій. Фенолфталеїн у кислому середовищі - безбарвний, у лужному забарвлюється в малиновий колір. Метиловий помаранчевий у кислому середовищі забарвлюється у червоний колір, а у лужному – у жовтий.

У лабораторній практиці часто змішують ряд індикаторів, підібраних таким чином, щоб колір суміші змінювався у широких межах значень рН. З їхньою допомогою можна визначити рН розчину з точністю до одиниці. Ці суміші називають універсальними індикаторами.

Існують спеціальні прилади – рН–метри, за допомогою яких можна визначити рН розчинів у діапазоні від 0 до 14 з точністю до 0,01 одиниці рН.

Гідроліз солей

При розчиненні деяких солей у воді порушується рівновага процесу дисоціації води і відповідно змінюється рН середовища. Це пояснюється тим, що солі реагують із водою.

Гідроліз солей – хімічна обмінна взаємодія іонів розчиненої солі з водою, що призводить до утворення слабодисоціюючих продуктів (молекул слабких кислот або основ, аніонів кислих солей або катіонів основних солей) і супроводжується зміною рН середовища.

Розглянемо процес гідролізу залежно від природи основ та кислот, що утворюють сіль.

Солі, утворені сильними кислотами та сильними основами (NaCl, kno3, Na2so4 та ін.).

Допустимо, що при взаємодії хлориду натрію з водою відбувається реакція гідролізу з утворенням кислоти та основи:

NaCl + H 2 O ↔ NaOH + HCl

Для правильного уявлення про характер цієї взаємодії запишемо рівняння реакції в іонному вигляді, враховуючи, що єдиною слабодисоціюючою сполукою в цій системі є вода:

Na + + Cl - + HOH ↔ Na + + OH - + H + + Cl -

При скороченні однакових іонів у лівій та правій частинах рівняння залишається рівняння дисоціації води:

Н 2 О ↔ Н + + ВІН -

Як видно, в розчині немає надлишкових іонів Н + або ВІН - у порівнянні з їх вмістом у воді. Крім того, жодних інших слабодисоціюючих або важкорозчинних сполук не утворюється. Звідси робимо висновок, що солі, утворені сильними кислотами та основами гідролізу не піддаються, а реакція розчинів цих солей така сама, як і у воді, нейтральна (рН=7).

При складанні іонно-молекулярних рівнянь реакцій гідролізу необхідно:

1) записати рівняння дисоціації солі;

2) визначити природу катіону та аніону (знайти катіон слабкої основи або аніон слабкої кислоти);

3) записати іонно-молекулярне рівняння реакції, враховуючи, що вода - слабкий електроліт-і що сума зарядів має бути однаковою в обох частинах рівняння.

Солі, утворені слабкою кислотою та сильною основою

(Na 2 CO 3 , K 2 S, CH 3 COONa і ін .)

Розглянемо реакцію гідролізу ацетату натрію. Ця сіль у розчині розпадається на іони: CH 3 COONa ↔ CH 3 COO - + Na +;

Na + -катіон сильної основи, CH 3 COO - - аніон слабкої кислоти.

Катіони Na ​​+ не можуть пов'язувати іони води, тому що NaОН – сильна основа – повністю розпадається на іони. Аніони слабкої оцтової кислоти CH 3 COO - пов'язують іони водню з утворенням малодисоційованої оцтової кислоти:

CH 3 COO - + НОН ↔ CH 3 COOН + ВІН -

Видно, що в результаті гідролізу CH 3 COONa у розчині утворився надлишок гідроксид-іонів, і реакція середовища стала лужною (рН > 7).

Таким чином можна зробити висновок, що солі, утворені слабкою кислотою та сильною основою гідролізуються по аніону ( An n - ). При цьому аніони солі пов'язують іони Н + , а розчині накопичуються іони ВІН - що обумовлює лужне середовище (рН>7):

An n - + HOH ↔ Han (n -1)- + OH - , (при n=1 утворюється HAn – слабка кислота).

Гідроліз солей, утворених дво- та триосновними слабкими кислотами та сильними основами, протікає східчасто

Розглянемо гідроліз сульфіду калію. До 2 S дисоціює у розчині:

До 2 S ↔ 2К + + S 2-;

К + - катіон сильної основи, S 2 - аніон слабкої кислоти.

Катіони калію не беруть участі в реакції гідролізу, взаємодіють з водою лише аніони слабкої сірководневої кислоти. У даній реакції по першому ступені відбувається утворення слабодиссоціюючих іонів HS - , по другому ступені – утворення слабкої кислоти H 2 S:

1-й ступінь: S 2- + HOH ↔ HS - + OH - ;

2-й ступінь: HS - + HOH ↔ H 2 S + OH - .

Іони, що утворюються по першому ступені гідролізу, - значно знижують ймовірність гідролізу по наступному ступені. В результаті практичне значення зазвичай має процес, що йде тільки по першому ступені, яким, як правило, обмежуються при оцінці гідролізу солей у звичайних умовах.

У завданні 18 ОГЭ з хімії демонструємо знання індикаторів і pH, а також якісні реакції на іони в розчині.

Теорія до завдання №18 ОДЕ з хімії

Індикатори

Індикатор - хімічна речовина, Що змінює забарвлення залежно від pH середовища.

Найвідоміші індикатори – фенолфталеїн, метилоранж, лакмус та універсальний індикатор. Їхні кольори в залежності від середовища на картинці нижче:

А ось ще кольори індикаторів докладніше з життєвими прикладами:

З індикаторами ми розібралися, перейдемо до якісних реакцій на іони.

Якісні реакції на іони

Якісні реакціїна катіони та аніони представлені в таблиці нижче.

Як правильно впоратися із завданням 18 у тесті ОДЕ з хімії?

Для цього необхідно вибрати якісну реакцію на один із наданих варіантів і переконається, що даний реактив не вступає в реакцію з другою речовиною.

Розбір типових варіантів завдання №18 ОДЕ з хімії

Перший варіант завдання

Встановіть відповідність між двома речовинами та реактивом, за допомогою якого можна розрізнити ці речовини.

Речовини:

А) Na2CO3 та Na2SiO3

Б) К2CO3 та Li2CO3

В) Na2SO4 та NaOH

Реактив:

1) CuCl2

4) K3PO4

Розглянемо кожний випадок.

Na2CO3 та Na2SiO3

1. з хлоридом міді реакція не йде в обох випадках, тому що карбонат та силікат міді розкладається у водному розчині
2. з соляною кислотоюу разі карбонату натрію виділяється газ, а у разі силікату випадає осад - це якісна реакція на силікати
3. з фосфатом також немає якісних реакцій на натрій

К2CO3 та Li2CO3

1. з хлоридом міді дані речовини не реагують (насправді випадає осад гідроксиду міді, але цією реакцією не відрізнити два реагенти)
2. з соляною кислотою обидва реагують із виділенням вуглекислого газу
3. з оксидом магнію дані речовини не реагують, і оксид магнію не вступає в реакції іонного обміну
4. з фосфатом випадає літій у вигляді фосфату , а калій ні

У нас залишився останній варіант – це хлорид міді. Дійсно, із гідроксидом натрію випадає гідроксид міді, а з сульфатом реакція не йде.

Урок, який проводиться з використанням зошита для практичних робіт І.І.Новошинського, Н.С.Новошинської до підручника Хімія 8 клас у МОУ “ЗОШ №11” м. Сєвєродвінська Архангельської області вчителем хімії О.О.Олькіної у 8 класах (на паралелі ).

Мета уроку: Формування, закріплення та контроль умінь учнів визначати реакцію середовища розчинів за допомогою різних індикаторів, у тому числі природних, використовуючи зошит для практичних робіт І.І.Новошинського, Н.С.Новошинської до підручника Хімія 8 клас.

Завдання уроку:

1. Освітні. Закріпити наступні поняття індикатори, реакція середовища (типи), pH, фільтрат, фільтрування на основі виконання завдань практичної роботи. Перевірити знання учнів, які відображають залежність “ розчин речовини (формула) – значення pH ( числове значення) – реакція середовища”. Розповісти учням про способи зниження кислотності ґрунтів Архангельської області.
2. Розвиваючі. Сприяти розвитку логічного мислення учнів виходячи з аналізу результатів, отримані під час практичної роботи, їх узагальнення, і навіть вміння робити висновок. Підтвердити правило: практика доводить теорію чи спростовує її. Продовжити формування естетичних якостей особистість учнів на основі різноманітного спектру представлених розчинів, а також підтримати інтерес хлопців до предмета “Хімія”, що вивчається.
3. Виховують. Продовжити формувати вміння учнів виконувати завдання практичної роботи, дотримуючись правил з охорони праці та техніки безпеки, у тому числі правильно виконувати процеси фільтрування, нагрівання.

Практична робота № 6 "Визначення pH середовища".

Мета для учнів: Навчиться визначати реакцію середовища розчинів різних об'єктів (кислот, лугів, солей, ґрунтового розчину, деяких розчинів та соків), а також вивчити рослинні об'єкти як природні індикатори.

Обладнання та реактиви: штатив з пробірками, пробка, скляна паличка, штатив з кільцем, фільтрувальний папір, ножиці, хімічна вирва, склянки, фарфорова ступка з товкачем, дрібна тертка, чистий пісок, універсальний індикаторний папір, випробуваний розчин, грунт кип'ячена вода, плоди, ягоди та інший рослинний матеріал, розчин гідроксиду натрію та сірчаної кислоти, хлориду натрію.

Хід уроку

Хлопці! Ми з вами познайомилися з такими поняттями як реакція середовища водних розчинів, а також індикатори.

Які типи реакції середовища водяних розчинів ви знаєте?

• нейтральна, лужна та кислотна.

Що таке показники?

• речовини, з яких можна визначити реакцію середовища.

Які індикатори ви знаєте?

• у розчинах: фенолфталеїн, лакмус, метиловий оранжевий.

• сухі: універсальний індикаторний папір, лакмусовий папір, метилоранжевий папір

Якими способами можна визначити реакцію середовища водяних розчинів?

• вологим та сухим.

Що таке pH середовища?

• водневий показник іонів водню в розчині (pH = - lg)

Згадаймо, який учений запровадив поняття pH середовища?

• Данський хімік Серенсен.

Молодці! Тепер відкрийте зошит для практичних робіт на с.21 та прочитайте завдання №1.

Завдання №1. Визначте pH розчину за допомогою універсального індикатора.

Згадаймо правила при роботі з кислотами та лугами!

Виконайте досвід із завдання №1.

Зробіть висновок. Таким чином, якщо розчин має pH = 7 середовище нейтральне, при pH< 7 среда кислотная, при pH >7 середа лужна.

Завдання №2. Отримайте ґрунтовий розчин та визначте його pH за допомогою універсального індикатора.

Прочитайте завдання на с.21-с.22, виконайте завдання за планом, занесіть результати в таблицю.

Згадаймо правилами безпеки під час роботи з нагрівальними приладами (спиртуванням).

Що таке фільтрування?

• процес поділ суміші, який заснований на різній пропускної спроможностіпористого матеріалу - фільтрату по відношенню до складових суміш частинок.

Що таке фільтрат?

• це прозорий розчин, що отримується після фільтрування.

Результати оформіть як таблиці.

Яка реакція середовища ґрунтового розчину?

• Кисла

Що необхідно зробити, щоб підвищити якість ґрунту в нашому регіоні?

• CaCO 3 + H 2 O+CO 2 = Ca(HCO 3) 2

Внесення добрив, що мають лужну реакцію середовища: мелений вапняк та інших карбонатних мінералів: крейди, доломіту. У Пінезькому районі Архангельської області є поклади такого мінералу, як вапняк поблизу карстових печер, тому він доступний.

Зробіть висновок. Реакція середовища отриманого ґрунтового розчину pH=4, слабокисла, отже, підвищення якості грунту необхідно вапнування.

Завдання №3. Визначте pH деяких розчинів та соків за допомогою універсального індикатора.

Прочитайте завдання на с.22, виконайте завдання алгоритму, результати занесіть у таблицю.

Джерело соку		Джерело соку
Картопля		Силікатний клей
Капуста свіжа		Столовий оцет
Капуста квашена		Розчин питної соди
		Апельсин
		Буряк свіжий
		Буряк варений

Зробіть висновок. Таким чином, різні натуральні об'єкти мають різні значення pH: pH 1-7 – середовище кислотне (лимон, журавлина, апельсин, помідор, буряк, ківі, яблуко, банан, чай, картопля, капуста квашена, кава, силікатний клей).

pH 7-14 середа лужна (капуста свіжа, розчин питної соди).

pH = 7 середа нейтральна (хурма, огірок, молоко).

Завдання №4. Вивчіть рослинні індикатори.

Які рослинні об'єкти можуть виступати як індикатори?

• ягоди: соки, пелюстки квітів: витяжки, соки овочів: коренеплодів, листя.
• речовини, які можуть змінювати фарбування розчину у різних середовищах.

Прочитайте завдання на с.23 та виконайте його за планом.

Результати оформіть у таблицю.

Рослинний матеріал (природні індикатори)	Колір розчину природного індикатора
	Кислотне середовище	Природний колір розчину (нейтральне середовище)	Лужне середовище
Журавлина (сік)			фіолетовий
Полуниця (сік)	помаранчевий	персиково – рожевий
Чорниця (сік)		червоно-фіолетовий	синьо – фіолетовий
Чорна смородина (сік)		червоно-фіолетовий	синьо – фіолетовий

Зробіть висновок. Таким чином, залежно від pH середовища природні індикатори: журавлина (сік), полуниця (сік), чорниця (сік), чорна смородина (сік) набувають наступних кольорів: у кислому середовищі – червоний і помаранчевий колір, у нейтральній – червоний, персиково – рожевий та фіолетовий кольори, у лужному середовищі від рожевого через синьо – фіолетовий до фіолетового кольору.

Отже, за інтенсивністю фарбування природного індикатора можна судити з реакції середовища того чи іншого розчину.

Після закінчення роботи упорядкуйте робоче місце.

Хлопці! Сьогодні був надзвичайно незвичайний урок! Вам сподобався?! Чи можна використовувати відомості, отримані на цьому уроці у повсякденному житті?

Зараз виконайте завдання, яке наведено у ваших зошитах для практичних робіт.

Завдання контролю. Розподіліть речовини, формули яких наведені нижче, за групами залежно від pH їх розчинів: HCl, H 2 O, H 2 SO 4 Ca (OH) 2 NaCl, NaOH, KNO 3 H 3 PO 4 KOH.

pH 17 - середовище (кислотна), мають розчини (HCl, H 3 PO 4 , H 2 SO 4).

pH 714 середа(лужна), мають розчини (Ca(OH) 2 , KOH, NaOH).

pH = 7 середа (нейтральна), мають розчини (NaCl, H 2 O, KNO 3).

Оцінка за роботу_______________

Залежно від того, які іони H + або OH знаходяться у водному розчині в надлишку, розрізняють такі типи (характери) серед розчинів:

1) кисла

2) лужна

3) нейтральна

При кислотний характер середовищав розчині міститься надлишок катіонів водню H +, а концентрація гідроксид-іонів близька до нуля.

При лужний характер середовищау розчині надлишок гідроксид-іонів OH - , а концентрація катіонів H + близька до нуля.

При нейтральне середовищерозчину концентрації іонів H + і OH - рівні між собою і практично дорівнюють нулю (0,0000001 моль/л).

Існують деякі органічні речовини, колір яких змінюється залежно характеру середовища. Це явище знаходить широке застосуванняу хімії. Одними з найпоширеніших індикаторів є лакмус, фенолфталеїн та метиловий оранжевий (метилоранж). Те, яке забарвлення мають дані речовини в залежності від характеру середовища, представлено в таблиці:

	фарбування індикатора
індикатор	у нейтральному середовищі	у кислому середовищі	у лужному середовищі
лакмус	фіолетовий	червоний	синій
фенолфталеїн	безбарвний	безбарвний	малиновий
метиловий оранжевий (Метилоранж)	помаранчевий	рожевий	жовтий

Як можна помітити, специфічною властивістю фенолфталеїну є те, що даний індикатор не дозволяє розрізнити нейтральне і кисле середовища - і в тому, і в іншому середовищі він ніяк не забарвлений. Така його властивість безсумнівно є недоліком, проте фенолфталеїн широко застосовується через свою виняткову чутливість до навіть незначного надлишку іонів OH - .

Очевидно, що за допомогою індикаторів можна відрізнити кислоти, луги та дистильовану воду один від одного. Однак слід згадати те, що кисла, лужна і нейтральне середовищеможуть спостерігатися не тільки в розчинах кислот, лугів та дистильованій воді. Середовище розчинів також може бути різним у розчинах солей залежно від їх ставлення до гідролізу.

Так, наприклад, розчин сульфіту натрію від розчину натрію сульфату можна розрізнити за допомогою фенолфталеїну. Сульфіт натрію — сіль, утворена сильною основою та слабкою кислотою, тому його розчини матимуть лужну реакціюсередовища. Фенолфталеїн забарвиться у його розчині у малиновий колір. Сульфат натрію ж утворений сильною основою та сильною кислотою, тобто. гідролізу не піддається, та його водні розчини матимуть нейтральну реакцію середовища. У разі розчину сульфату натрію фенолфталеїн залишиться безбарвним.