Основные классы неорганических соединений

Размещено на http://www.allbest.ru//

Строение атома

Атом - (от греч «атомос» - неделимый) - мельчайшая неделимая частица вещества.

Атом состоит из трех элементарных частиц (протонов, нейтронов и электронов) и условно делится на две части: положительно заряженную центральную часть (ядро атома) и многослойную электронную оболочку (в случае атомов водорода H и гелия He однослойную).

Протон - (от др.-греч. рс?фпт -- первый, основной) -- положительно заряженная элементарная частица, входит в состав атомного ядра.

Ядро атома положительно заряжено, в состав ядра входят протоны и нейтроны. Количество протонов в ядре определяет заряд ядра и равно количеству электронов в атоме. Сами атомы элементов нейтральные и не имеют заряда (или имеют заряд «0»).

Элементарная частица	обозначение	Заряд, Кл	Масса,кг
электрон	e-	1.6·10-19	9.11·10-31
протон	p+		1.67·10-27
нейтрон	n0	-	1.67·10-27

Несмотря на то, что атом состоит из элементарных частиц, он является неделимой частицей вещества, так как атомы любых элементов состоят из одних и тех элементарных частиц, отличаясь друг от друга лишь количеством протонов (и как следствие электронов) и нейтронов.

Основные классы неорганических соединений

неорганический соль оксид

Вещество - химическое соединение атомов одного, двух или более элементов, (О2 - одного; CO, Al2O3 - двух; Ca(OH)2 -трех, KMnO4 - четырех и т.д.).

Все вещества в первую очередь делятся на простые и сложные.

Простое вещество - соединение, состоящее из атомов одного вида. Примерами простого вещества могут служить неметаллы, например кислород O2, водород H2, бром Br2, и металлы (натрий Na, цинк Zn, медь Cu, свинец Pb и др.).

Сложное вещество - соединение, состоящее из атомов двух и более элементов.

Сложные вещества в свою очередь делятся на четыре больших класса веществ: кислоты, основания, соли и оксиды.

Оксиды

Оксиды - сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород в степени окисления «-2» (O2-).

Таким образом, оксиды - это соединения металлов или неметаллов с кислородом. При этом степень окисления кислорода должна быть именно «-2».

Степень окисления - условный заряд элемента, входящего в состав сложного соединения, который вычисляют исходя из предположения, что все связи в молекуле ионные.

Понятие «степень окисления» имеет место только для сложных соединений, в которых присутствуют два и более разных элемента. В оксидах кислород связан с атомами другого элемента и не связан между собой, поэтому оба его неспаренных (валентных) электрона образуют химическую связь с неспаренными электронами второго элемента. Если же два кислорода в соединении химически связаны между собой, т. е. один электрон первого кислорода объединяется с электроном второго кислорода (образуется кислородный мостик), то степень окисления кислорода в таком соединении равна «-1» и соединение будет относиться к классу пероксидов (H2O2, N2O2 и т.д.).

Например: вычислим степень окисления серы в соединении SO2. Так как степень окисления кислорода в оксиде равна «-2», и любое соединение в целом виде нейтрально, то имеет место уравнение:

1·x+2·(-2) = 0

Где 1 - количество атомов серы (S), x - степень окисления серы, 2 количество атомов кислорода (O), «-2» - степень окисления кислорода в оксиде.

Решая данное уравнение получаем:

1·x = -(2·(-2))

x = -(-4)

x = +4,

таким образом степень окисления серы +4.

Способы получения оксидов.

1. Окисление (прямое взаимодействие с кислородом).

а. простых веществ

Na + O2 = Na2O

2Mg + O2 = 2MgO

2Cu + O2 = 2CuO

S + O2 = SO2

С + O2 = СO2

С + O2 = 2СO

б. сложных веществ

2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2^

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2^

2H2S + O2 = 2H2O + 2SO2^

2. Разложение при нагревании:

а. солей кислородсодержащих кислот

CaCO3 = CaO + CO2^

ВаСО3 = ВаО + СО2^

2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2^ + O2^

4FeSO4 = 2Fe2O3 + 4SO2^ + O2^

б. нерастворимых оснований

Сu(OH)2 = CuO + H2O

Ca(OH)2 = CaO + H2O

в. кислородсодержащих кислот

H2SO3 = SO2^ + H2O

H2SiO3 = SiO2v + H2O

г. нагревание высших оксидов

4CrO3 = Cr2O3 + O2^

3. Окисление низших оксидов

4FeO + O2 = 2Fe2O3

2CO+O? = 2CO?

4. Вытеснение более летучего оксида менее летучим

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2^

P2O5 + 3Na2CO3 =2Na3PO4 + 3CO2^

Оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие оксиды при взаимодействии с основаниями или кислотами, а также при взаимодействии между собой, образуют соли. Несолеобразующие оксиды при взаимодействии с другими веществами солей не образуют.

Солеобразующие оксиды по своим химическим свойствам делятся на три класса: основные, кислотные и амфотерные. Основные и кислотные оксиды противоположны по своим химическим свойствам и при растворении в воде образуют либо растворимое основание (основные), либо кислоту (кислотные).

Основные оксиды - оксиды металлов, обладающих степенью окисления +1,+2, соответствующие гидроксидам, относящихся к классу оснований (имеющих в составе группу OH-).

Основные оксиды - это сложные химические вещества, относящиеся к окислам, которые образуют соли при химической реакции с кислотами или кислотными оксидами и не реагируют с основаниями или основными оксидами.

Основные оксиды могут быть образованы только металлами. К ним относятся оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов, а также оксиды переходных металлов в низших степенях окисления.

Химические свойства основных оксидов.

1. Основные оксиды, образованные щелочными и щелочноземельными металлами, взаимодействуют с водой, образуя растворимое основание.

Na2O + H2O = 2NaOH

CaO + H2O = Ca(OH)2

2. Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли

Li2O + CO2 = Li2CO3

CaO + SO2 = CaSO3



3. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды

Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O

4. Взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли

Na2O + Al2O3 = 2NaAlO2

5. Взаимодействие с амфотерными гидроксидами с образованием комплексной соли (или соли и воды)

в растворе Na2O + Zn(OH)2 = Na2[Zn(OH)4]

при сплавлении Na2O + Zn(OH)2 = Na2ZnO2 + H2O^

Амфотерные оксиды - оксиды переходных (амфотерных) элементов, проявляющие и основные, и кислотные свойства. Такие оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами, проявляя основные свойства, а также с основаниями и основными оксидами, проявляя кислотные свойства. При этом, в отличие от основных и кислотных, амфотерные оксиды не взаимодействуют с водой. Степень окисления амфотерных оксидов чаще всего +3 или +4 (за исключением некоторых оксидов с с.о. +2, например ZnO).

Химические свойства амфотерных оксидов

1. Взаимодействие с основными оксидами при нагревании с образованием соли

Al2O3 + Na2O = NaAlO2 (соль, где AlO2- - кислотный остаток)

2. Взаимодействие со щелочами при нагревании с образованием соли и воды

ZnO + 2KOH = K2ZnO2 + H2O (соль, где ZnO22- - кислотный остаток)

3. Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли

Al2O3 + CO2 = Al2(CO3)3

4. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O

Кислотные оксиды - все оксиды неметаллов (за исключение несолеобразующих) и металлов со с.о.>4, вступающие в химическое взаимодействие с основаниями и основными оксидами.

Химические свойства кислотных оксидов

1. Большинство кислотных оксидов взаимодействует с водой, образуя кислоту

CO2 + H2O = H2CO2

SO2 + H2O = H2SO3

N2O5 + H2O = 2HNO3

Mn2O7 + H2O = 2HMnO4

2. Взаимодействие с основным оксидом с образованием соли

N2O5 + K2O = 2KNO3

SiO2 + CaO = CaSiO3 (при нагревании)

3. Взаимодействие с основанием с образованием соли и воды

P2O5 + 6NaOH = 2Na3PO4 + 3H2O

4. Взаимодействие с амфотерным оксидом при нагревании с образованием соли

3SO3 + Al2O3 = Al2(SO4)3

Следует обратить внимание, что один элемент в разных степенях окисления может образовывать оксиды разные по свойствам.

Основные	Амфотерные	Кислотные
CrO	Cr2O3	CrO3
MnO	MnO2	Mn2O7

Основания

Основания - сложные вещества, при диссоциации в водном растворе образуют катион металла или NH4+ и гидроксильную группу (гидроксогруппу) OH-.

Диссоциация (электролитическая диссоциация) - процесс разложения сложных веществ (кислот, солей, оснований) в растворах на ионы под действием полярных молекул растворителя.

CH3COOH = CH3COO- + H+ - уравнение диссоциации уксусной кислоты в водном растворе.

Основания делятся на растворимые в воде (щелочи) и нерастворимые основания.

Щелочи - растворимые в воде основания, образованные группой OH- и щелочным или щелочноземельным металлом (I или II группы главной подгруппы). Единственное растворимое основание, образованное катионом неметалла - NH4OH.

Отдельно по химическим свойствам выделяют амфотерные основания, проявляющие двойственные свойства. В реакциях со щелочами такие основания выступают как кислоты, в реакциях с кислотами - как основания. Амфотерные гидроксиды образованы теми же переходными элементами, которые способны образовывать амфотерные оксиды.

Получение оснований

1. Взаимодействие щелочного или щелочноземельного металла с водой

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2^

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2^

2. Взаимодействие основного оксида с водой

K2O + H2O = 2KOH

MgO + H2O = Mg(OH)2 (при нагреве)

3. Нерастворимое основание можно получить при взаимодействии соли и щелочи

CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaCl

2CrCl3 + 3Ba(OH)2 = 2Cr(OH)3 + 3BaCl2

4. Нерастворимое основание можно получить при гидролизе (взаимодействии с водой) соли, образованной слабым основанием.

Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SO4

5. Электролиз растворов солей

2NaCl + 2H2O + e- = 2NaOH + H2^ + Cl2^

Химические свойства оснований

1. Взаимодействие любых (щелочей и нерастворимых) оснований с кислотами с образованием соли и воды - «реакция нейтрализации»

3NaOH + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O

Co(OH)2 + HCl = CoCl2 + H2O

2. Взаимодействие щелочей с солями с образованием нерастворимого основания

Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2v + 2NaNO3

3. Взаимодействие щелочей с амфотерными основаниями с образованием комплексных солей

3NaOH + Cr(OH)3 = Na3[Cr(OH)6] - в растворе

NaOH + Cr(OH)3 = NaCrO2 + 2H2O^- при сплавлении

Zn(OH)2 + NaOH = Na2[Zn(OH)4] - в растворе

Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O^- при сплавлении

4. Взаимодействие щелочей с кислотными оксидами с образованием соли и воды

2NaOH + SO3 = Na2SO4 + H2O

5. Взаимодействие щелочей с амфотерными оксидами с образованием соли и воды

Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O

Кислоты

Кислоты - сложные вещества, при диссоциации которых в растворе образуются ионы водорода H+ и кислотные остатки SO42-, Cl-, NO3- и т.д.

Кислоты можно классифицировать по нескольким признакам.

1. По основности кислоты (количеству ионов H+):

- одноосновные HCl, HI, HBr, HF, HNO3, CH3COOH

-двухосновные H2SO4, H3PO4, H2MnO4

-трехосновные H3PO4, H3AsO3

2. По содержанию кислорода:

-бескислородные HCl, HI, HCN, H3As4

-кислородсодержащие HNO3, H2CO3

3. По степени электролитической диссоциации б (по силе):

-сильные (б>30%) HCl (HI, HBr), HClO4, H2SO4, HNO3

-средней силы (3<б<30%) HF, H2SO3, H3PO4

-слабые (0<б<3%) HNO2, HCN, H2CO3

Сила кислоты - характеристика кислоты, показывающая, насколько легко кислота отдает протоны молекулам данного растворителя.

4. По летучести:

-летучие HCl, H2S

-нелетучие H3PO4

5. По стабильности:

-стабильные HCl, H2SO4

-нестабильные H2SO3, H2CO3

6. По растворимости в воде:

-растворимые HNO3, HCl, CH3COOH

-нерастворимые H2SiO3

Получение кислот

1. Взаимодействие кислотного оксида с водой

Cl2O7 + H2O = 2HClO4

2. Взаимодействие неметаллов с водородом с последующим растворением в воде

H2 + S = H2S

H2 + Cl2 = 2HCl

3. Окисление простых веществ

P + HNO3 + 2H2O = H3PO4 + 5NO^

4. Взаимодействие соли с кислотой с образованием нерастворимого соединения или летучей кислоты

Ca(NO3)2 + H2CO3 = CaCO3v + 2HNO3

Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3v + 2NaCl

2NaCl + H2SO4конц. = Na2SO4 + 2HCl^

Химические свойства кислот

1. Взаимодействие с основными оксидами с образованием соли и воды

CaO + H2CO2 = CaCO3 + H2O

2. Взаимодействие с растворимыми и нерастворимыми (в том числе амфотерными) основаниями (реакция нейтрализации)

H3PO4 + 3NH4OH = (NH4)3PO4 + 3H2O

Co(OH)2 + 2HCl = CoCl2 + 2H2O

Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O

3. Взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли и воды

Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O

4. Взаимодействие с солями, если образуется нерастворимое, нестойкое или малодиссоциирующее соединение (выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабая кислота)

HCl + Na2CO3 = NaCl + H2O + CO2^

Na2SO4 + Ba(NO3)2 = NaNO3 +BaSO4v

H2SO4 + 2CH3COONa = Na2SO4 + 2CH3COOH

CH3COOH - слабый электролит, Kд(CH3COOH) = 1,8.·10-5

5. Взаимодействие с металлами, активнее водорода (в ряду активности стоящими левее водорода)

а) для водных растворов кислот

Zn + HCl = ZnCl2 + H2

2Al + 3H2SO4разб. = Al2(SO4)3 + 3H2^

б) для концентрированных азотной HNO3 и серной кислот H2SO4

для активных металлов (стоящие левее H в ряду активности)

* Окисляя металлы, концентрированная серная кислота может восстанавливаться до H?S, S и SO?.

Zn+ H2SO4конц. = ZnSO4 + H2S^

2H2SO4 + Zn = ZnSO4 + SO2^ + 2H2O

4H2SO4 + 3Zn = 3ZnSO4 + Sv + 4H2O

Cu+ H2SO4конц. = CuSO4 + SO2 + 2H2O^



Соли

Соли - сложные вещества, при диссоциации которых в растворе образуются катионы металла Men+ или катионы аммония NH4+ и кислотные остатки SO42-, Cl-, NO3- и др.

Классификация солей:

1. По составу

- кислые соли, содержащие в своем составе катион водорода H+. Являются продуктами неполного замещения катионов водорода в кислотах катионами металлов.

Кислые соли могут быть образованы только многоосновными кислотами.

Примеры: NaH2PO4 - дигидрофосфат натрия

(NH4)HSO4 - гидросульфат аммония

KHCO3 - гидрокарбонат калия

Способы получения кислых солей:

1. Взаимодействие металлов с многоосновными кислотами в неэквивалентных количествах

Na + 2H2SO4 = 2NaHSO4 + H2^

2. Взаимодействие основаных оксидов с избытком многоосновных кислот

K2O + 2H2S = 2KHS + H2^

3. Взаимодействие оснований с избытком многоосновных кислот

NH4OH + H2CO3 = NH4HCO3 + H2O

Cu(OH)2 + H3PO4 = CuHPO4 + 2H2O

4. Взаимодействие солей, образованных слабыми многоосновными кислотами, с недостатком сильной кислоты

Na3PO4 + HCl = NaHPO4 + NaCl

5. Взаимодействие средних солей, образованных слабыми многоосновными кислотами, с водой

Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH

средние соли, содержащие только катион металла или катион аммония и кислотный остаток.

Средние соли являются продуктами полного замещения катионов водорода в кислотах катионами металлов, либо гидроксильных групп в основаниях кислотными остатками.

Примеры: KNO3 - нитрат калия

NiSO4 - сульфат никеля (II)

Na2CO3 - карбонат натрия

Способы получения средних солей:

1. Взаимодействие простых веществ

Mg + Cl2 = MgCl2

2K + S = K2S

2. Взаимодействие основного оксида с кислотным оксидом

Na2O + SO2 = Na2SO3

CaO + Mn2O7 = Ca(MnO4)2 - перманганат кальция

3. Взаимодействие основного оксида с кислотой

BaO + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + H2O

4. Взаимодействие кислотного оксида с основанием

SO3 + 2LiOH = Li2SO4 + H2O

5. Взаимодействие кислоты и основания

NH4OH + CH3COOH = CH3COONH4 + H2O (соль - ацетат аммония)

6. Взаимодействие соли и основания

средней соли NiSO4 + NaOH = NI(OH)2v + Na2SO4

кислой соли KHSO4 + KOH = K2SO4 + H2O

основные соли, содержащие в своем составе гидроксильную группу OH-

Примеры: CoOHCl - гидроксохлорид хлорид кобальта (II)

(NiOH)2SO4 - дигидроксосульфат никеля (II)

Fe(OH)2Cl - дигидроксохлорид железа (III)

Способы получения основных солей:

1. Взаимодействие средних солей с недостатками щелочей (только при добавлении щелочи к соли, а не наоборот)

CoCl2 + NaOH = Co(OH)Cl + NaCl

2СuSO4 + 2NaOH = (CuOH)2SO4 + Na2SO4

2. Взаимодействие гидроксидов с недостатком кислот

Al(OH)3 + H2SO4 = (AlOH)SO4 + 2H2O

3. Взаимодействие средних солей, образованных слабым основанием, с водой (реакция гидролиза)

NiCl2 + H2O = NiOHCl + HCl

Химические свойства солей

1. Взаимодействие кислых солей с основаниями

NaHSO4 + NaOH = Na2SO4 + H2O

2. Взаимодействие кислых солей слабых кислот с сильными кислотами

Na2HPO4 + HCl = NaH2PO4 + NaCl

3. Взаимодействие основных солей с основаниями

CoOHCl + NaOH = Co(OH)2 + H2O

4. Взаимодействие основных солей с кислотами

(CuOH)2SO4 + H2SO4 = 2CuSO4 +2H2O

5. Взаимодействие кислых и основных солей между собой

CoOHCl + NaHSO4 = CoSO4 + NaCl + H2O

6. Взаимодействие средних солей со щелочами с образованием основной соли, нерастворимого основания или нерастворимой соли

CuCl2 + NaOH = CuOHCl + NaCl

CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaCl

Na2SiO3 + Ba(OH)2 = BaSiO3v + 2NaOH

7. Взаимодействие средних солей с кислотами (если выделяется газ, выпадает осадок, образуется слабый электролит)

HCOOK + HCl = HCOOH + KCl

Na2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O +CO2^

3CaCl2 + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2v+ 6HCl

8. Взаимодействие средних солей с кислотными оксидами, если менее летучий оксид вытесняет более летучий

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + H2O + CO2^

9. Взаимодействие средних солей с кислотными оксидами c более активным металлом

3CuCl2 + Al = AlCl3 + 3Cu

10. Взаимодействие средних солей друг с другом, если выпадает осадок

CaCl2 + Na2CO3 = 2NaCl + CaCO3

Размещено на Allbest.ru