Основные классы неорганических соединений, степень окисления и составление химических формул

      Кислоты имеют традиционные названия, которые производят от русского названия центрального атома с прибавлением различных суффиксов и окончаний, которые определяются степенью окисления центрального атома:

      H₂SO₄ – серная кислота;

      H₂SO₃ – сернистая кислота;

      HClO₄ – хлорная кислота;

      HClO   – хлорноватистая кислота.

      В класс гидроксидов не входят бескислородные кислоты (H₂S, HF, HCl, HBr, HI), их называют соответственно сероводородной, фтороводородной, хлороводородной (соляной), бромоводородной, йодоводородной кислотами.

      Амфотерные  гидроксиды. Амфотерные гидроксиды обладают свойствами оснований и кислот. Формулы и названия амфотерных гидроксидов принято составлять аналогично формулам оснований, однако для удобства им можно придать и форму кислот:

Zn(OH)₂ – гидроксид цинка (или H₂ZnO₂ – цинковая кислота).

Амфотерные  гидроксиды нерастворимы в воде.

Химические свойства гидроксидов

• Гидроксиды вступают в кислотно-основные взаимодействия, в результате которых образуются соли:

2NaOH  +  CO₂  =  Na₂CO₃  +  H₂O,

                    основание   кислотный    соль

                                 оксид

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O,

                  основание       кислота          соль

2NaOH  +  PbO  =  Na₂PbO₂  +  H₂O,

                  основание   амфотерный   соль

оксид

2NaOH  +  Pb(OH)₂  =  Na₂PbO₂  +  2H₂O,

                основание     амфотерный       соль

гидроксид

2H₃PO₄  + 3Na₂O = 2Na₃PO₄ + 3H₂O,

кислота       основной         соль

оксид

H₂SO₄ +  SnO  = SnSO₄ + H₂O,

                     кислота   амфотерный   соль

оксид

H₂SO₄  +  Sn(OH)₂  =  SnSO₄  +  2H₂O.

                    кислота   амфотерный       соль

гидроксид

Амфотерные  гидроксиды в реакциях с кислотами проявляют основные свойства:

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O,

     со щелочами (основаниями) – кислотные свойства:

H₃AlO₃ + 3NaOH = Na₃AlO₃ + 3H₂O,

или H₃AlO₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O.

• Основания и кислоты реагируют с солями, если в результате образуется осадок или слабый электролит. Слабые кислоты – H₃PO₄, H₂CO₃, H₂SO₃, H₂SiO₃ и другие.

2NaOH + NiSO₄ = Ni(OH)₂¯ + Na₂SO₄,

                 основание     соль

3H₂SO₄  +  2Na₃PO₄  =  2H₃PO₄  +  3Na₂SO₄

                 кислота             соль

Бескислородные кислоты вступают в те же реакции, что и ранее рассмотренные кислородсодержащие кислоты.

      Пример. Составьте формулы гидроксидов, соответствующих оксидам: а) FeO; б) N₂O_3; в) Cr₂O₃. Назовите соединения.

      Решение

      а) FeO – основной оксид, следовательно, соответствующий гидроксид – основание, в формуле основания число гидроксогрупп (OH) равно степени окисления атома металла; формула гидроксида железа (II) – Fe(OH)₂.

      б) N₂O₃ – кислотный оксид, следовательно, соответствующий гидроксид – кислота. Формулу кислоты можно получить, исходя из представления кислоты как гидрата соответствующего оксида:

      N₂O₃^.H₂O = (H₂N₂O₄) = 2HNO₂ – азотистая кислота.

      в) Cr₂O₃ – амфотерный оксид, следовательно, соответствующий гидроксид амфотерен. Амфотерные гидроксиды записывают в форме оснований – Cr(OH)₃ – гидроксид хрома (III).

Соли

      Соли – вещества, которые состоят из основных и кислотных остатков. Так, соль CuSO₄ состоит из основного остатка – катиона металла Cu²⁺ и кислотного остатка– SO₄^2- .

      По  традиционной номенклатуре названия солей кислородных кислот составляют следующим образом: к корню латинского названия центрального атома кислотного остатка добавляют окончание –ат (при высших степенях окисления центрального атома) или –ит (для более низкой степени окисления) и далее – остаток от основания в родительном падеже, например: Na₃PO₄ – фосфат натрия, BaSO₄ – сульфат бария, BaSO₃ – сульфит бария. Названия солей бескислородных кислот образуют, добавляя к корню латинского названия неметалла суффикс –ид и русское название металла (остатка от основания), например CaS – сульфид кальция.

      Средние соли не содержат в своем составе способных замещаться на металл ионов водорода и гидроксогрупп, например CuCl₂, Na₂CO₃ и другие.

Химические свойства солей

      Средние соли вступают в реакции обмена со щелочами, кислотами, солями. Примеры  соответствующих реакций см. выше.

      Кислые  соли содержат в составе кислотного остатка ион водорода, например NaHCO₃, CaHPO₄, NaH₂PO₄ и т.д. В названии кислой соли ион водорода обозначают приставкой гидро-, перед которой указывают число атомов водорода в молекуле соли, если оно больше единицы. Например, названия солей вышеприведенного состава соответственно – гидрокарбонат натрия, гидрофосфат кальция, дигидрофосфат натрия.

      Кислые  соли получают

• взаимодействием основания и многоосновной кислоты при избытке кислоты:

      Ca(OH)₂ + H₃PO₄ = CaHPO₄ + 2H₂O;

• взаимодействием средней соли многоосновной кислоты и соответствующей кислоты или более сильной  кислоты, взятой в недостатке:

      CaCO₃ + H₂CO₃ = Ca(HCO₃)₂,

      Na₃PO₄ + HCl = Na₂HPO₄ + NaCl.

      Основные  соли содержат в составе остатка основания гидроксогруппу, например CuOHNO₃, Fe(OH)₂Cl. В названии основной соли гидроксогруппу обозначают приставкой гидроксо-, например, названия вышеприведённых солей соответственно: гидроксонитрат меди (II), дигидроксохлорид железа (III).

      Основные  соли получают

• взаимодействием многокислотного (содержащего в своем составе более одной гидроксогруппы) основания и кислоты при избытке основания:

      Cu(OH)₂ + HNO₃ = CuOHNO₃ + H₂O;

• взаимодействием соли, образованной многокислотным основанием, и основания, взятого в недостатке:

      FeCl₃ + NaOH = FeOHCl₂¯ + NaCl,

      FeCl₃ + 2NaOH = Fe(OH)₂Cl¯ + 2NaCl.

      Кислые  и основные соли обладают всеми свойствами солей. В реакциях со щелочами кислые соли, а с кислотами – основные соли переходят в средние.

      Na₂HPO₄ + NaOH = Na₃PO₄ + H₂O,

      Na₂HPO₄ + 2HCl = H₃PO₄ + 2NaCl,

      FeOHCl₂ + HCl = FeCl₃ + H₂O,

      FeOHCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₃¯ + 2NaCl.

      Пример 1. Составьте формулы всех солей, которые могут быть образованы основанием Mg(OH)₂ и кислотой H₂SO₄.

      Решение

      Формулы солей составляем из возможных основных и кислотных остатков, соблюдая правило  электронейтральности. Возможные основные остатки – Mg²⁺ и MgOH⁺, кислотные остатки – SO₄^2- и HSO₄^-. Заряды сложных основных и кислотных остатков равны сумме степеней окисления составляющих их атомов. Сочетанием основных и кислотных остатков составляем формулы возможных солей: MgSO₄ – средняя соль – сульфат магния; Mg(HSO₄)₂ – кислая соль – гидросульфат магния; (MgOH)₂SO₄ – основная соль – гидроксосульфат магния.

      Пример 2. Напишите реакции образования солей при взаимодействии оксидов

      а) PbO и N₂O₅; б) PbO и Na₂O.

      Решение

      В реакциях между оксидами образуются соли, основные остатки которых формируются из основных оксидов, кислотные остатки – из кислотных оксидов.

      а) В реакции с кислотным оксидом  N₂O₅ амфотерный оксид PbO проявляет свойства основного оксида, следовательно, основной остаток образующейся соли – Pb²⁺ (заряд катиона свинца равен степени окисления свинца в оксиде), кислотный остаток – NO₃^- (кислотный остаток соответствующей данному кислотному оксиду азотной кислоты). Уравнение реакции

PbO + N₂O₅ = Pb(NO₃)₂.

      б) В реакции с основным оксидом  Na₂O амфотерный оксид PbO проявляет свойства кислотного оксида, кислотный остаток образующейся соли (PbO₂^2-) находим из кислотной формы соответствующего амфотерного гидроксида Pb(OH)₂ = H₂PbO₂. Уравнение реакции

Na₂O + PbO = Na₂PbO₂.

Примеры заданий с решениями

• Задание 1. Укажите класс следующих соединений:

SnCl₂, NiO, Pb(OH)₂, H₂SO₃, NaH₂PO₄.

     Решение

PbCl₂    – средняя соль;

NiO        – основной оксид;

Sn(OH)₂ – амфотерный гидроксид;

H₂SO₃   – кислота;

КH₂PO₄  – кислая соль.

• Задание 2. Выберите из приведенных выше формул (задание 1) соответствующие веществам, которые могут реагировать и с кислотами, и с основаниями. Составьте уравнения реакций этих веществ с соляной кислотой и гидроксидом калия.

     Решение

     И с кислотами, и с основаниями  из перечисленных веществ реагируют  Sn(OH)₂ и КH₂PO₄. Уравнения соответствующих реакций

Sn(OH)₂  +  2HCl  =  SnCl₂  +  2H₂O,

Sn(OH)₂  +  2KOH  =  K₂SnO₂  +  2H₂O,

КH₂PO₄  +  HCl  =  H₃PO₄  + KCl,

КH₂PO₄  +  2KOH  =  K₃PO₄ +  2H₂O.

Задания для самоподготовки

• Задание 1. Укажите класс следующих соединений:

Cu(NO₃)₂, MnO, H₂S, (NiOH)₂SO₄, Fe(OH)₃.

• Задание 2. Выберите из приведенных выше формул (задание 1) соответствующие веществам, которые могут реагировать с кислотами. Составьте уравнения реакций этих веществ с серной кислотой.
• Задание 3. Укажите класс следующих соединений:

Н₂SO₃, Mn(OH)₂, Na₂CO₃, CdOHNO₃, SO₃.

• Задание 4. Выберите из приведенных выше формул (задание 3) соответствующие веществам, которые могут реагировать с основаниями. Составьте уравнения реакций этих веществ с гидроксидом натрия.
• Задание 5. Укажите класс следующих соединений: