Решебник по химии 8 класс Габриелян §23

Оксиды, их классификация и химические свойства

Стр. 102

Вопрос

1. С важнейшими свойствами представителей этого класса соединений вы уже знакомились, когда изучали химические свойства воды. Предложите классификацию оксидов, исходя из их химических свойств.

Оксиды можно разделить на следующие группы исходя из химических свойств. Основные оксиды — оксиды металлов, которые взаимодействуют с кислотами и образуют соли и воду (например, CaO, Na₂O). Кислотные оксиды — оксиды неметаллов, взаимодействующие с основаниями и образующие соли и воду (например, SO₂, P₂O₅). Амфотерные оксиды — оксиды, проявляющие свойства и кислотных, и основных оксидов (например, ZnO, Al₂O₃). Несолеобразующие оксиды — это оксиды, которые не вступают в реакции с кислотами и основаниями и не образуют солей (например, CO, NO).

2. А какие ещё свойства проявляют оксиды металлов?

Помимо взаимодействия с водой и кислотами, оксиды металлов также способны вступать в реакции с кислотными оксидами, образуя соли (например, CaO + SiO₂ → CaSiO₃). Некоторые оксиды металлов могут восстанавливаться до свободных металлов с помощью водорода, углерода или других восстановителей. Например, оксид меди(II) может восстанавливаться до металлической меди: CuO + H₂ → Cu + H₂O. Амфотерные оксиды металлов проявляют свойства взаимодействия и с кислотами, и с основаниями, образуя соответствующие соли. Например, ZnO взаимодействует с кислотой и щелочью: ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O и ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O.

Стр. 102

Лабораторный опыт 17

Поместите в пробирку небольшое количество (на кончике шпателя) негашёной извести — оксида кальция. Добавьте 2—3 мл воды, взболтайте содержимое пробирки и с помощью пипетки внесите 3—4 капли фенолфталеина. Что наблюдаете?

При выполнении опыта наблюдается окрашивание раствора в малиновый (розово-малиновый) цвет. Это происходит потому, что оксид кальция (негашёная известь) взаимодействует с водой с образованием гидроксида кальция Ca(OH)₂, который представляет собой основание (щёлочь). Фенолфталеин — индикатор, который приобретает малиновый цвет в щелочной среде. Реакция протекает по уравнению: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Стр. 103

Лабораторный опыт 18

Повторите эксперимент по распознаванию углекислого газа. Налейте в пробирку 2—3 мл известковой воды и пропускайте через неё с помощью стеклянной трубочки или соломинки для напитков выдыхаемый воздух (см. рис. 63). Что наблюдаете?

При выполнении опыта наблюдается помутнение известковой воды, вызванное образованием осадка карбоната кальция CaCO₃. Это доказывает наличие углекислого газа (CO₂) в выдыхаемом воздухе, так как углекислый газ вступает в реакцию с гидроксидом кальция (известковой водой). Реакция протекает по уравнению: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O.

Стр. 105

Проверьте свои знания

1. Какие вещества называют оксидами? На какие группы они делятся? Найдите сходство и различия в свойствах этих групп оксидов.

Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых — кислород. Оксиды делятся на две основные группы: основные и кислотные. Основные оксиды образованы металлами и реагируют с кислотами с образованием солей и воды (MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O). Кислотные оксиды образованы неметаллами и реагируют с основаниями с образованием солей и воды (CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O). Сходство этих двух групп заключается в том, что и те и другие могут взаимодействовать друг с другом, образуя соли. Различие же состоит в том, что основные оксиды реагируют с кислотами, а кислотные — с основаниями.

2. Приведите примеры гидроксидов — оснований и кислородсодержащих кислот — соответствующих солеобразующим оксидам.

К основным оксидам и их гидроксидам относятся, например: оксид кальция CaO, которому соответствует гидроксид кальция Ca(OH)₂; оксид натрия Na₂O, которому соответствует гидроксид натрия NaOH. Примеры кислотных оксидов и соответствующих им кислот: оксид серы(VI) SO₃ и серная кислота H₂SO₄; оксид фосфора(V) P₂O₅ и фосфорная кислота H₃PO₄.

3. Назовите основные способы получения оксидов и проиллюстрируйте их уравнениями реакций.

Оксиды получают несколькими способами. Один из способов — взаимодействие простых веществ с кислородом, например: 2Mg + O₂ → 2MgO, S + O₂ → SO₂. Другой способ — взаимодействие сложных веществ с кислородом, например горение метана: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Третий способ — разложение гидроксидов (нерастворимых оснований) и кислородсодержащих кислот или солей при нагревании, например: Fe(OH)₂ → FeO + H₂O, CaCO₃ → CaO + CO₂.

Стр. 105

Примените свои знания

4. Запишите формулы оксидов, соответствующих следующим гидроксидам: а) серной кислоте H₂SO₄, б) марганцовой кислоте HMnO₄, в) гидроксиду железа(III), г) гидроксиду свинца(IV), д) хлорной кислоте HClO₄.

а) Оксид серы(VI): SO₃;

б) Оксид марганца(VII): Mn₂O₇;

в) Оксид железа(III): Fe₂O₃;

г) Оксид свинца(IV): PbO₂;

д) Оксид хлора(VII): Cl₂O₇.

5. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCl₂;

б) Cu → CuO → CuSO₄ → Cu(OH)₂ → CuO → Cu;

в) фосфор → оксид фосфора(V) → фосфорная кислота → фосфат калия;

г) кремний → оксид кремния(IV) → силикат натрия → кремниевая кислота → оксид кремния(IV).

а) Ca + O₂ → 2CaO;

CaO + H₂O → Ca(OH)₂;

Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O.

б) 2Cu + O₂ → 2CuO;

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O;

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄;

Cu(OH)₂ → CuO + H₂O (при нагревании);

CuO + H₂ → Cu + H₂O (при нагревании в токе водорода).

в) 4P + 5O₂ → 2P₂O₅;

P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄;

H₃PO₄ + 3KOH → K₃PO₄ + 3H₂O.

г) Si + O₂ → SiO₂;

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O;

Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃↓ + 2NaCl;

H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O (при нагревании).

6. Какой объём углекислого газа (при н. у.) образуется при взаимодействии 730 г 20%-ной соляной кислоты с необходимым количеством мрамора? Какое количество карбоната кальция потребуется для реакции?

Записываем уравнение реакции: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O.

Находим массу чистого вещества (HCl): m(HCl) = 730 г × 0,2 = 146 г.

Рассчитаем количество вещества соляной кислоты: n(HCl) = m/M = 146 г : 36,5 г/моль ≈ 4 моль.

Согласно уравнению реакции, 2 моль HCl реагируют с 1 моль CaCO₃, значит, для 4 моль HCl потребуется 2 моль CaCO₃.

Количество вещества CaCO₃ равно 2 моль. Объём выделяющегося CO₂ также будет равен количеству вещества CaCO₃, то есть 2 моль.

Объём CO₂ при нормальных условиях: V(CO₂) = 2 моль × 22,4 л/моль = 44,8 л.

Ответ: объём углекислого газа — 44,8 л, количество карбоната кальция — 2 моль.

Стр. 105

Используйте дополнительную информацию

7. Подготовьте сообщение о свойствах и областях применения одного из оксидов металла или неметалла. Аргументируйте свой выбор оксида.

Сообщение

Свойства и применение оксида кальция

Оксид кальция (CaO), известный в быту как негашёная известь, является одним из наиболее распространённых и широко применяемых оксидов металлов. Это твёрдое вещество белого цвета, имеющее кристаллическую структуру и хорошо поглощающее воду, превращаясь при этом в гидроксид кальция (гашёную известь). Реакция взаимодействия CaO с водой сопровождается интенсивным выделением тепла, поэтому её относят к экзотермическим. Именно это свойство используется для получения гашёной извести.

Оксид кальция обладает выраженными основными свойствами, что проявляется в его способности вступать в реакцию с кислотами и кислотными оксидами. Например, реакция CaO с углекислым газом (CO₂) приводит к образованию карбоната кальция (CaCO₃), который применяется в строительстве и производстве бумаги. Также CaO легко вступает в реакцию с оксидом кремния (SiO₂), что используется при производстве строительных материалов, таких как цемент и бетон.

Кроме того, негашёная известь широко применяется в сельском хозяйстве для нейтрализации кислых почв, что повышает их плодородность и способствует росту сельскохозяйственных культур. В металлургической промышленности CaO используется для удаления вредных примесей, таких как сера и фосфор, в процессе выплавки металлов.

Оксид кальция также применяется в пищевой промышленности в качестве осушителя и консерванта. Он активно поглощает влагу, предотвращая порчу продуктов питания. В химической промышленности CaO используется в качестве исходного сырья для получения многих других соединений кальция.

Выбор этого оксида обусловлен его универсальностью, доступностью, простотой получения и разнообразием областей применения, что делает его важным веществом в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и быту.