Лабораторная  работа №1 

Основные  классы неорганических соединений: оксиды, основания и амфотерные гидроксиды 

      Цель  работы: изучить классификацию, номенклатуру, получение и химические свойства оксидов, оснований и амфотерных гидроксидов.

      Оборудование  и реактивы: спиртовка, штатив с бюреткой, держатель для пробирок, пинцет, шпатели, фильтровальная бумага, пробирки, пипетки, стеклянная трубочка, фарфоровая чашка, индикаторы: фенолфталеин и метиловый оранжевый, дистиллированная вода, порошкообразные CuO, MgO, CaO, ZnO, металлические натрий, 0,5н. растворы CuSO₄, Al₂(SO₄)₃, 2н. растворы NaOH, H₂SO₄, HCl, 30% раствор NaOH. 

     ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

 

     Все неорганические вещества можно разделить  на простые и сложные. Сложные  неорганические вещества по составу  делятся на бинарные (оксиды, галогениды, сульфиды, гидриды, нитриды, карбиды и другие) и многоэлементные соединения.

     Оксиды  – это сложные вещества, состоящие  из двух элементов один из которых  кислород в степени окисления  -2. Соединения с фтором, где кислород проявляет положительную степень окисления, пероксиды (степень окисления       – 1), супероксиды (степень окисления –1/2), озониды (степень окисления –1/3) оксидами не являются.

     По  функциональным признакам оксиды делятся  на солеобразующие (при взаимодействии с кислотами или основаниями дают соли) и несолеобразующие, которые не образуют солей, им не соответствуют гидроксиды с той же степенью окисления элемента, что и в оксиде. Несолеобразующие оксиды могут вступать с кислотами или основаниями только в окислительно-восстановительные реакции. Примером таких оксидов служат N₂O, NO, CO, OsO₄ и другие.

     Солеобразующие  оксиды подразделяются на основные, кислотные (ангидриды кислот) и амфотерные.

     Основными называют оксиды, которым соответствуют  основания. К ним относятся оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, MgO, CuO, CdO, HgO, VO, CrO, MnO, FeO, NiO, CoO, Bi₂O₃ и другие. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей:

      

MgO + 2HCI → MgCI₂ +H₂O

CaO +CO₂ → CaCO₃ 

        Непосредственно с водой взаимодействуют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, частично MgO. При этом образуются основные гидроксиды (основания):

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

      Кислотными  называют оксиды, которым соответствуют  кислоты. К ним относятся CO₂, SiO₂, SO₂, SO₃, P₂O₅, N₂O₃, NO₂, N₂O₅, B₂O₃, CrO₃, Mn₂O₇ и другие.

        Кислотные оксиды взаимодействуют  с основаниями и основными  оксидами с образованием солей:

      SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O

      SO₃ + CaO → CaSO₄

        Многие из кислотных оксидов,  за небольшим исключением (SiO₂, TeO₂, TeO₃, MoO₃, WO₃ и другие), непосредственно взаимодействуют с водой, образуя кислородсодержащие кислоты:

      SO₂ + H₂O → H₂SO₃

      SO₃ + H₂O → H₂SO₄

     Амфотерными называют оксиды, которым соответствуют  и основания и кислоты. К данным оксидам относятся BeO, ZnO, PbO, SnO, Al₂O₃, Cr₂O₃, MnO₂, SnO₂, PbO₂, Sb₂O₃ и другие.

     Амфотерные  оксиды взаимодействуют как с  кислотами, так и с основаниями  с образованием солей:

     AI₂O₃ + 6HCI → 2AICI₃ + 3H₂O

     AI₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[AI(OH)₄]

       Эти оксиды непосредственно с  водой не взаимодействуют.

     Как показывают приведенные примеры, с  повышением степени окисления металла  основные свойства их оксидов ослабевают, а кислотные усиливаются.

     Названия  оксидов образуются следующим образом:

• слово «оксид» и название элемента в родительном падеже с указанием в скобках римской цифрой его степени окисления (если элемент может проявлять несколько степеней окисления);
• стехиометрические соотношения между элементами указываются при помощи греческих умножающих префиксов, присоединяемых без дефиса к названиям элементов (если в формуле свыше 12 атомов одного вида, то вместо префиксов используются цифры).

      Например, СО₂ – оксид углерода (IV) или диоксид углерода, N₂O – оксид азота (I) или оксид диазота, Fe₃O₄ – оксид дижелеза (III)-железа (II) или тетраоксид трижелеза, W₂₀O₅₈ – 58 – оксид 20 – вольфрама.

      Солеобразующим  оксидам соответствуют гидроксиды – гидратированные оксиды. По кислотно-основным свойствам гидроксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.

       Основные  гидроксиды (основания) диссоциируют в водных растворах с образованием в качестве анионов только ОН^-:

       NaOH → Na⁺ + ОН^-

       Ca(OH)₂→ Ca²⁺ + 2ОН^-

         Они подразделяются на нерастворимые,  малорастворимые в воде основания  (АI(OH)₃, Cu(OH)₂) и хорошо растворимые основания или щелочи (KOH, NaOH, Ca(OH)₂). Важнейшее химическое свойство основных гидроксидов – способность взаимодействовать с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей.

       К амфотерным относятся гидроксиды, которые  реагируют как с основаниями, так и с кислотами:

       АI(OH)₃ +3 HCI → AICI₃ + 3H₂O

     АI(OH)₃ + NaOH → Na[AI(OH)₄] 

      МЕТОДИКА  ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

 

      I. Оксиды их получение и свойства 

      Опыт 1: Получение оксидов разложением гидроксидов 

      В пробирку налить 1 мл раствора сульфата меди (II) и добавить раствор щелочи до образования осадка. Содержимое пробирки нагреть до изменения цвета осадка. Написать уравнения происходящих реакций и объяснить наблюдаемые изменения. 

      Опыт 2: Отношение оксидов к воде 

      Небольшое количество оксида кальция (на кончике  шпателя) поместить в пробирку и  прилить дистиллированную воду до растворения оксида. Прибавить две капли спиртового раствора фенолфталеина. Отметить окраску раствора, объяснить наблюдения и написать уравнение реакции.

      Аналогичный опыт проделать с оксидом магния, для его растворения в воде содержимое пробирки нагреть до кипения. Объяснить наблюдения и написать уравнение реакции.

      Проделать то же самое с небольшим количеством  оксида меди (II). Объяснить различное отношение оксидов кальция, магния и меди к воде. 

Опыт 3: Взаимодействие оксидов с основаниями и кислотами 

      В две пробирки поместить небольшое  количество оксидов меди (II) и цинка. В каждую пробирку прилить по 3 – 4 мл 30% раствора щелочи. Пробирки нагреть. Объяснить различное отношение оксидов меди и цинка к щелочи. Написать уравнение протекающей реакции.

      В пробирку поместить небольшое количество оксида меди (II), добавить 3 –4 мл раствора серной кислоты, содержимое пробирки нагреть. Объяснить наблюдения. Написать уравнение реакции. 

II. Гидроксиды, их получение и свойства 

      Опыт 1: Получение растворимого основания 

      В фарфоровую чашку налить до половины дистиллированной воды, прибавить две  капли спиртового раствора фенолфталеина. Из склянки с реактивом извлечь  пинцетом кусочек натрия величиной  с половину горошины, освободить его  фильтровальной бумагой от масла и опустить в чашку с водой. Наблюдать за ходом реакции. Объяснить изменение окраски раствора. Написать уравнение реакции.

      Опыт 2: Получение нерастворимого основания

 

      В пробирку к 2 мл раствора сульфата алюминия добавить 0,5 мл раствора гидроксида натрия. Объяснить образование осадка. Написать уравнение реакции. Содержимое пробирки оставить до следующего опыта. 

Опыт 3: Свойства амфотерных гидроксидов 

      Содержимое  пробирки из предыдущего опыта распределить по двум пробиркам. В одну налить 1 – 2 мл соляной кислоты, а в другую – 30% раствор щелочи до растворения осадка. Написать уравнения реакций, объяснить растворение осадка в обеих пробирках.

      НЕОБХОДИМЫЙ УРОВЕНЬ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ

 

1. Знать номенклатуру основных классов неорганических соединений, в том числе традиционные названия наиболее распространенных оксидов и гидроксидов.
2. Знать классификацию и взаимосвязь между основными классами неорганических соединений, способы их получения и свойства.
3. Уметь составлять химические формулы по названию вещества и давать название веществу по его химической формуле.

4. Уметь писать уравнения реакций, отражающие химические свойства оксидов и гидроксидов.

 

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 

1. Выведите  формулы кислот следующих ангидридов: (СН₃СО)₂О; SO₃; N₂O₅; Р₂О₅; N₂O₃; Р₂О₃; SO₂; MnO_3; Mn₂O_7; As₂O_5; As₂O₃; Cl₂O₃; Cl₂O₇. Назовите эти ангидриды и соответствующие им кислоты.
2. Выведите формулы ангидридов, зная формулы следующих кислот: H₂MoO₄; H₂Cr₂O₇; HNO₃; HBO₂; HMnO₄, назовите их.
3. Напишите реакции образования всех солей, образовавшиеся при взаимодействии гидроксида железа (III) c ортофосфорной кислотой.
4. Напишите уравнения реакций образования всех возможных кислых солей:

     а)  KOH + H₂SO₃ →                           б) Ca(OH)₂ + H₃PO₄ →

     в)  KOH + H₃PO₄  →                          г) NaOH + H₂S  →           

     д)  KOH + CO₂   →                            е) Ba(OH)₂ + H₂SO₄→    

 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Курс общей  химии /Под ред. Н.В. Коровина.- М.: Высш. Шк., 1990.- С.147-152.
2. Н.Л. Глинка. Общая химия.- Л.: Химия, 1983.- С. 215-222.
3. Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия.- М.: Высш. Шк., 1981.- С. 131-132.