Химические свойства в виде уравнений оксидов

Оксиды: классификация, получение и химические свойства

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из атомов двух элементов, один из которых — кислород со степенью окисления -2. При этом кислород связан только с менее электроотрицательным элементом.

В зависимости от второго элемента оксиды проявляют разные химические свойства. В школьном курсе оксиды традиционно делят на солеобразующие и несолеобразующие. Некоторые оксиды относят к солеобразным (двойным).

Двойные оксиды — это некоторые оксиды , образованные элементом с разными степенями окисления.

Солеобразующие оксиды делят на основные, амфотерные и кислотные.

Основные оксиды — это оксиды, обладающие характерными основными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степень окисления +1 и +2.

Кислотные оксиды — это оксиды, характеризующиеся кислотными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степенью окисления +5, +6 и +7, а также атомами неметаллов.

Амфотерные оксиды — это оксиды, характеризующиеся и основными, и кислотными свойствами. Это оксиды металлов со степенью окисления +3 и +4, а также четыре оксида со степенью окисления +2: ZnO, PbO, SnO и BeO.

Несолеобразующие оксиды не проявляют характерных основных или кислотных свойств, им не соответствуют гидроксиды. К несолеобразующим относят четыре оксида: CO, NO, N₂O и SiO.

Классификация оксидов

Получение оксидов

Общие способы получения оксидов:

1. Взаимодействие простых веществ с кислородом :

1.1. Окисление металлов: большинство металлов окисляются кислородом до оксидов с устойчивыми степенями окисления.

Например , алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

Не взаимодействуют с кислородом золото, платина, палладий.

Натрий при окислении кислородом воздуха образует преимущественно пероксид Na₂O₂,

Калий, цезий, рубидий образуют преимущественно пероксиды состава MeO₂:

Примечания : металлы с переменной степенью окисления окисляются кислородом воздуха, как правило, до промежуточной степени окисления (+3):

Железо также горит с образованием железной окалины — оксида железа (II, III):

1.2. Окисление простых веществ-неметаллов.

Как правило, при окислении неметаллов образуется оксид неметалла с высшей степенью окисления, если кислород в избытке, или оксид неметалла с промежуточной степенью окисления, если кислород в недостатке.

Например , фосфор окисляется избытком кислорода до оксида фосфора (V), а под действием недостатка кислорода до оксида фосфора (III):

Но есть некоторые исключения .

Например , сера сгорает только до оксида серы (IV):

Оксид серы (VI) можно получить только окислением оксида серы (IV) в жестких условиях в присутствии катализатора:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

Азот окисляется кислородом только при очень высокой температуре (около 2000 о С), либо под действием электрического разряда, и только до оксида азота (II):

Не окисляется кислородом фтор F₂ (сам фтор окисляет кислород). Не взаимодействуют с кислородом прочие галогены (хлор Cl₂, бром и др.), инертные газы (гелий He, неон, аргон, криптон).

2. Окисление сложных веществ (бинарных соединений): сульфидов, гидридов, фосфидов и т.д.

При окислении кислородом сложных веществ, состоящих, как правило, из двух элементов, образуется смесь оксидов этих элементов в устойчивых степенях окисления.

Например , при сжигании пирита FeS₂ образуются оксид железа (III) и оксид серы (IV):

Сероводород горит с образованием оксида серы (IV) при избытке кислорода и с образованием серы при недостатке кислорода:

А вот аммиак горит с образованием простого вещества N₂, т.к. азот реагирует с кислородом только в жестких условиях:

А вот в присутствии катализатора аммиак окисляется кислородом до оксида азота (II):

3. Разложение гидроксидов. Оксиды можно получить также из гидроксидов — кислот или оснований. Некоторые гидроксиды неустойчивы, и самопроизвольную распадаются на оксид и воду; для разложения некоторых других (как правило, нерастворимых в воде) гидроксидов необходимо их нагревать (прокаливать).

гидроксид → оксид + вода

Самопроизвольно разлагаются в водном растворе угольная кислота, сернистая кислота, гидроксид аммония, гидроксиды серебра (I), меди (I):

2AgOH → Ag₂O + H₂O

2CuOH → Cu₂O + H₂O

При нагревании разлагаются на оксиды большинство нерастворимых гидроксидов — кремниевая кислота, гидроксиды тяжелых металлов — гидроксид железа (III) и др.:

4. Еще один способ получения оксидов — разложение сложных соединений — солей .

Например , нерастворимые карбонаты и карбонат лития при нагревании разлагаются на оксиды:

Соли, образованные сильными кислотами-окислителями (нитраты, сульфаты, перхлораты и др.), при нагревании, как правило, разлагаются с с изменением степени окисления:

Более подробно про разложение нитратов можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.

Химические свойства оксидов

Значительная часть химических свойств оксидов описывается схемой взаимосвязи основных классов неорганических веществ.

Химические свойства основных оксидов

Подробно про химические свойства оксидов можно прочитать в соответствующих статьях:

Урок 32. Химические свойства оксидов

В уроке 32 «Химические свойства оксидов» из курса «Химия для чайников» узнаем о всех химических свойствах кислотных и основных оксидов, рассмотрим с чем они реагируют и что при этом образуется.

Так как химический состав кислотных и основных оксидов различен, они отличаются своими химическими свойствами.

1. Химические свойства кислотных оксидов

а) Взаимодействие с водой
Вы уже знаете, что продукты взаимодействия оксидов с водой называются «гидроксиды»:

Поскольку оксиды, вступающие в эту реакцию, делятся на кислотные и основные, то и образующиеся из них гидроксиды также делятся на кислотные и основные. Таким образом, кислотные оксиды (кроме SiO₂) реагируют с водой, образуя кислотные гидроксиды, которые являются кислородсодержащими кислотами:

Каждому кислотному оксиду соответствует кислородсодержащая кислота, относящаяся к кислотным гидроксидам. Несмотря на то что оксид кремния SiO₂ с водой не реагирует, ему тоже соответствует кислота H₂SiO₃, но ее получают другими способами.

б) Взаимодействие с щелочами
Все кислотные оксиды реагируют со щелочами по общей схеме:

В образующейся соли валентность атомов металла такая же, как и в исходной щелочи. Кроме того, в состав соли входит остаток той кислоты, которая соответствует данному кислотному оксиду.

Например, если в реакцию вступает кислотный оксид CO₂, которому соответствует кислота H₂CO₃ (указана в квадратных скобках), то в состав соли будет входить остаток этой кислоты — CO₃, валентность которого, как вы уже знаете, равна II:

Если же в реакцию вступает кислотный оксид N₂О₅, которому соответствует кислота HNO₃ (указана в квадратных скобках), то в составе образующейся соли будет остаток этой кислоты — NO₃ с валентностью, равной I:

Поскольку все кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием солей и воды, этим оксидам можно дать другое определение.

Кислотными называются оксиды, реагирующие со щелочами с образованием солей и воды.

в) Реакции с основными оксидами

Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами с образованием солей в соответствии с общей схемой:

В образующейся соли валентность атомов металла такая же, как и в исходном основном оксиде. Следует запомнить, что в состав соли входит остаток той кислоты, которая соответствует кислотному оксиду, вступающему в реакцию. Например, если в реакцию вступает кислотный оксид SO₃, которому соответствует кислота H₂SO₄ (указана в квадратных скобках), то в состав соли будет входить остаток этой кислоты — SO₄, валентность которого равна II:

Если же в реакцию вступает кислотный оксид Р₂О₅, которому соответствует кислота Н₃РО₄, то в составе образующейся соли будет остаток этой кислоты — РO₄ с валентностью, равной III.

2. Химические свойства основных оксидов

а) Взаимодействие с водой

Вы уже знаете, что в результате взаимодействия основных оксидов с водой образуются основные гидроксиды, которые иначе называются основаниями:

К таким основным оксидам относятся оксиды: Li₂O, Na₂O, K₂O, CaO, BaO.

При написании уравнений соответствующих реакций следует помнить, что валентность атомов металла в образующемся основании равна его валентности в исходном оксиде.

Основные оксиды, образованные такими металлами, как Cu, Fe, Cr, с водой не реагируют. Соответствующие им основания получают другими способами.

б) Взаимодействие с кислотами

Практически все основные оксиды реагируют с кислотами с образованием солей по общей схеме:

Следует помнить, что в образующейся соли валентность атомов металла такая же, как в исходном оксиде, а валентность кислотного остатка такая же, как в исходной кислоте.

Поскольку все основные оксиды реагируют с кислотами с образованием солей и воды, этим оксидам можно дать другое определение.

Основными называются оксиды, реагирующие с кислотами с образованием солей и воды.

в) Взаимодействие с кислотными оксидами

Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами с образованием солей в соответствии с общей схемой:

В образующейся соли валентность атомов металла такая же, как и в исходном основном оксиде. Кроме того, следует запомнить, что в состав соли входит остаток той кислоты, которая соответствует кислотному оксиду, вступающему в реакцию. Например, если в реакцию вступает кислотный оксид N₂O₅, которому соответствует кислота HNO₃, то в состав соли будет входить остаток этой кислоты — NO₃, валентность которого, как вы уже знаете, равна I.

Поскольку рассмотренные нами кислотные и основные оксиды в результате различных реакций образуют соли, их называют солеобразующими. Существует, однако, небольшая группа оксидов, которые в аналогичных реакциях не образуют солей, поэтому их называют несолеобразующими.

Краткие выводы урока:

1. Все кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием солей и воды.
2. Все основные оксиды реагируют с кислотами с образованием солей и воды.
3. Кислотные и основные оксиды являются солеобразующими. Несолеобразующие оксиды — CO, N₂О, NO.
4. Основания и кислородсодержащие кислоты являются гидроксидами.

Надеюсь урок 32 «Химические свойства оксидов» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

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.

• К активным основным оксидам отнесем оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (все элементы IA и IIA групп, кроме водорода H, бериллия Be и магния Mg). Например, Na₂O, CaO, Rb₂O, SrO и т.д.
• К малоактивным основным оксидам отнесем все основные оксиды, которые не попали в список активных основных оксидов. Например, FeO, CuO, CrO и т.д.

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.

Таким образом, при взаимодействии Na₂O и P₂O₅ должна образоваться соль, состоящая из катионов Na + (из Na₂O) и кислотного остатка PO₄ 3- , поскольку оксиду P +5 ₂O₅ соответствует кислота H₃P +5 O₄. Т.е. в результате такого взаимодействия образуется фосфат натрия:

В свою очередь, при взаимодействии Al₂O₃ и SO₃ должна образоваться соль, состоящая из катионов Al 3+ (из Al₂O₃) и кислотного остатка SO₄ 2- , поскольку оксиду S +6 O₃ соответствует кислота H₂S +6 O₄. Таким образом, в результате данной реакции получается сульфат алюминия:

Более специфическим является взаимодействие между амфотерными и основными оксидами. Данные реакции осуществляют при высоких температурах, и их протекание возможно благодаря тому, что амфотерный оксид фактически берет на себя роль кислотного. В результате такого взаимодействия образуется соль специфического состава, состоящая из катиона металла, образующего исходный основный оксид и «кислотного остатка»/аниона, в состав которого входит металл из амфотерного оксида. Формулу такого «кислотного остатка»/аниона в общем виде можно записать как MeO₂ x — , где Me – металл из амфотерного оксида, а х = 2 в случае амфотерных оксидов с общей формулой вида Me +2 O (ZnO, BeO, PbO) и x = 1 – для амфотерных оксидов с общей формулой вида Me +3 ₂O₃ (например, Al₂O₃, Cr₂O₃ и Fe₂O₃).

Попробуем записать в качестве примера уравнения взаимодействия

ZnO + Na₂O и Al₂O₃ + BaO

В первом случае ZnO является амфотерным оксидом с общей формулой Me +2 O, а Na₂O – типичный основный оксид. Согласно сказанному выше, в результате их взаимодействия должна образоваться соль, состоящая из катиона металла, образующего основный оксид, т.е. в нашем случае Na + (из Na₂O) и «кислотного остатка»/аниона c формулой ZnO₂ 2- , поскольку амфотерный оксид имеет общую формулу вида Me +2 O. Таким образом, формула получаемой соли при соблюдении условия электронейтральности одной ее структурной единицы («молекулы») будет иметь вид Na₂ZnO₂:

В случае взаимодействующей пары реагентов Al₂O₃ и BaO первое вещество является амфотерным оксидом с общей формулой вида Me +3 ₂O₃, а второе — типичным основным оксидом. В этом случае образуется соль, содержащая катион металла из основного оксида, т.е. Ba 2+ (из BaO) и «кислотного остатка»/аниона AlO₂ — . Т.е. формула получаемой соли при соблюдении условия электронейтральности одной ее структурной единицы («молекулы») будет иметь вид Ba(AlO₂)₂, а само уравнение взаимодействия запишется как:

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:

S +4 O₂ + 2H₂S -2 = 3S 0 + 2H₂O

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

А при сплавлении этих же амфотерных оксидов со щелочами получаются соли, состоящие из катиона щелочного или щелочноземельного металла и аниона вида MeO₂ x — , где x = 2 в случае амфотерного оксида типа Me +2 O и x = 1 для амфотерного оксида вида Me₂ +2 O₃:

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.