Химические свойства оксидов

Оксид — сложное вещество из двух элементов, один из которых кислород в степени окисления −2. Пероксиды (Na₂O₂, H₂O₂) и фториды кислорода (OF₂) к оксидам не относятся: там кислород в других степенях окисления.

Оксиды делят на солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие. Определить класс можно по элементу и его степени окисления — и это надо делать первым же движением, ещё до того, как смотреть на реагенты.

• Металл +1, +2 → основный оксид (исключения: BeO и ZnO — амфотерные).
• Металл +3, +4 → амфотерный оксид (Al₂O₃, Cr₂O₃, Fe₂O₃, PbO₂).
• Металл +5, +6, +7 → кислотный оксид (CrO₃, Mn₂O₇, V₂O₅).
• Неметалл → кислотный оксид, кроме CO, NO, N₂O и SiO.

Ниже — ядро всего задания 7. Девять типичных оксидов и шесть реагентов: вода, кислота, щёлочь в растворе, щёлочь при сплавлении, основный оксид CaO и кислотный оксид CO₂. Зелёная клетка — реакция идёт, серая — не идёт. Нажмите на любую клетку: снизу раскроется уравнение, условия и объяснение.

Приглядитесь к строкам: у основных оксидов «плюсы» стоят слева и справа (кислота, кислотный оксид), у кислотных — в середине (щёлочь) и на CaO, а у амфотерных «плюсы» есть и там, и там. Строка CO полностью серая — это и есть несолеобразующий оксид.

Основный оксид — «сухая щёлочь». Его логика проста: он ищет кислотного партнёра. Реакций всего три, и одна из них с оговоркой.

1. С водой — только оксиды активных металлов. Это щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs) и щёлочноземельные (Ca, Sr, Ba). Их гидроксиды растворимы, поэтому реакция возможна. Оксиды всех остальных металлов — MgO, CuO, FeO, ZnO, Al₂O₃ — с водой не реагируют.

2. С кислотами — всегда. Растворим оксид в воде или нет, значения не имеет: продукт — соль и вода.

3. С кислотными оксидами — соль без воды. Здесь легко ошибиться и дописать H₂O в правую часть: воды в этой реакции нет вообще, водорода-то в системе нет.

Кислотный оксид — «сухая кислота». Он ищет основного партнёра, и его набор реакций зеркален основному.

1. С водой — почти все, кроме SiO₂. Продукт — соответствующая кислота, причём степень окисления элемента не меняется. SO₂ даёт H₂SO₃, SO₃ — H₂SO₄, N₂O₅ — HNO₃, P₂O₅ — H₃PO₄ (при избытке горячей воды).

2. Со щелочами — всегда. При избытке щёлочи получается средняя соль, при избытке оксида — кислая. Для кислотных оксидов раствор и расплав дают один и тот же продукт: разница «раствор / сплавление» важна только для амфотерных.

3. С основными и амфотерными оксидами — соль. Реакция часто требует сплавления, особенно если оба оксида твёрдые и тугоплавкие.

Амфотерный оксид реагирует и с кислотами, и со щелочами — это его определение. С кислотой он ведёт себя как основный (соль и вода), со щёлочью — как кислотный. Запомнить надо восемь штук: BeO, ZnO, Al₂O₃, Cr₂O₃, Fe₂O₃, PbO, PbO₂, SnO.

А вот со щёлочью продукт зависит от того, есть ли в системе вода. В водном растворе получается гидроксокомплекс, и воду приходится дописывать в левую часть. При сплавлении воды нет, продукт — безводная соль, а вода оказывается справа.

Есть и третья сторона амфотерности: с основным оксидом амфотерный тоже реагирует — как кислотный, при сплавлении.

Четыре оксида нужно просто выучить: CO, NO, N₂O, SiO. Им не соответствует ни кислота, ни основание, поэтому они не реагируют ни с водой, ни с кислотами, ни со щелочами и не образуют солей. В задании 7 они появляются как «пустая» строка: какой бы реагент ни предложили — ответа «реагирует» не будет.

Отдельно стоит NO₂: он кислотный, но смешанный — при реакции с водой или щёлочью даёт сразу две соли, потому что азот диспропорционирует из +4 в +3 и +5.

Хотя несолеобразующие оксиды не участвуют в кислотно-основных реакциях, в окислительно-восстановительных они очень активны. CO — сильный восстановитель, на этом построена доменная плавка.

Способов четыре, и все они появляются в заданиях как «из чего можно получить».

1. Горение простых веществ. Работает для большинства металлов и неметаллов. Ловушка: щелочные металлы, кроме лития, дают не оксиды, а пероксиды и надпероксиды.

2. Разложение нерастворимых оснований, карбонатов и нитратов при нагревании. Самый частый способ в заданиях на цепочки.

3. Обжиг сульфидов — промышленный старт производства серной кислоты.

4. Окисление или горение сложных веществ. Например, сгорание сероводорода или каталитическое окисление SO₂ до SO₃.

Теперь проверим навык в обе стороны: выберите оксид и реагент, решите, идёт ли реакция, и если идёт — соберите правую часть из карточек. Среди карточек есть ловушки: гидроксид вместо соли, комплекс вместо безводной соли, лишняя вода. Кнопка «следующая пара» ведёт по двенадцати сюжетам, включая амфотерный оксид в растворе и при сплавлении.

Заметили закономерность? Для кислотного оксида набор продуктов со щёлочью в растворе и при сплавлении одинаков, а для амфотерного — принципиально разный. Это и есть главный водораздел задания 7.