Химические свойства простых веществ и оксидов
Тема кодификатора ОГЭ: Химические свойства простых веществ (металлов и неметаллов) и оксидов (основных, амфотерных, кислотных).
1. Химические свойства металлов
Для понимания химических свойств металлов важно использовать электрохимический ряд напряжений металлов. Он помогает определить активность металла и его способность вступать в реакции.
1. Взаимодействие с неметаллами
- С кислородом реагируют почти все металлы (кроме золота и платины), образуя оксиды (натрий образует пероксид $Na_2O_2$).
Пример: $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$ - С серой, галогенами и фосфором реакции идут при нагревании (с активными металлами — часто при обычных условиях).
Пример: $Fe + S \xrightarrow{t^\circ} FeS$ (образуется сульфид железа(II))
2. Взаимодействие с водой
- Активные металлы (до $Mg$ включительно) реагируют при обычных условиях с образованием щелочи и выделением водорода.
Пример: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$ - Металлы средней активности реагируют с водой только при нагревании (в виде пара) с образованием оксида и водорода.
Пример: $Zn + H_2O \xrightarrow{t^\circ} ZnO + H_2\uparrow$ - Неактивные металлы (после водорода) с водой не реагируют.
3. Взаимодействие с кислотами (неокислителями)
Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, вытесняют водород из растворов кислот ($HCl, H_2SO_4(разб), H_3PO_4$ и др.).
Пример: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$
Исключение: Медь, серебро и другие металлы после $H_2$ с обычными кислотами не реагируют.
4. Взаимодействие с солями
Более активный металл (левее в ряду напряжений) вытесняет менее активный из раствора его соли.
Пример: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$
Важно: Активные щелочные металлы ($Na, K$) в растворах солей сначала реагируют с водой, поэтому их не используют для вытеснения других металлов.
2. Химические свойства неметаллов
Неметаллы могут проявлять как окислительные (принимать электроны), так и восстановительные (отдавать электроны) свойства.
- Взаимодействие с металлами: Неметаллы выступают окислителями, образуя бинарные соединения (оксиды, сульфиды, хлориды).
Пример: $2Al + 3Cl_2 \rightarrow 2AlCl_3$ - Взаимодействие с водородом: Образуют летучие водородные соединения.
Пример: $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$, $N_2 + 3H_2 \rightleftarrows 2NH_3$ - Взаимодействие с кислородом: Почти все неметаллы (кроме галогенов) горят или окисляются с образованием кислотных или несолеобразующих оксидов.
Пример: $S + O_2 \rightarrow SO_2$, $C + O_2 \rightarrow CO_2$
3. Химические свойства оксидов
Вспомним классификацию:
- Основные оксиды: Оксиды металлов в степенях окисления +1 и +2 ($Na_2O, CaO, CuO$). Исключения: $ZnO, BeO, PbO, SnO$ (амфотерные).
- Кислотные оксиды: Оксиды неметаллов ($SO_3, P_2O_5$) и металлов в высоких степенях окисления +5, +6, +7 ($CrO_3, Mn_2O_7$).
- Амфотерные оксиды: Оксиды переходных металлов в степенях окисления +3, +4 ($Al_2O_3, Fe_2O_3$) и оксиды-исключения ($ZnO, BeO$).
Для удобства мы собрали химические свойства оксидов в сводную таблицу:
| Реагент | Основные оксиды | Кислотные оксиды | Амфотерные оксиды |
|---|---|---|---|
| Вода ($H_2O$) | Реагируют только оксиды ЩМ и ЩЗМ ($Na_2O, CaO$). Образуют щелочи. | Реагируют все, кроме $SiO_2$. Образуют кислоты. | Не реагируют |
| Кислоты | Реагируют с образованием соли и воды. | Не реагируют | Реагируют с образованием соли и воды. |
| Щелочи | Не реагируют | Реагируют с образованием соли и воды. | Реагируют при сплавлении (комплексная или средняя соль) + вода. |
| Другие оксиды | Реагируют с кислотными и амфотерными. | Реагируют с основными и амфотерными. | Реагируют с основными и кислотными. |
Обратите внимание: Оксиды не реагируют с оксидами своего класса! Основные не реагируют с основными, а кислотные не реагируют с кислотными.
4. Разбор типовых заданий
В Задании 8 ОГЭ вам нужно установить соответствие между формулой вещества и реагентами, с которыми оно может взаимодействовать.
Пример 1: Оксиды
Установите соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым из которых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВА:
А) $CuO$
Б) $P_2O_5$
РЕАГЕНТЫ:
1) $H_2O, KOH$
2) $H_2SO_4, H_2$
3) $NaCl, O_2$
4) $CO_2, HNO_3$
Разбор:
А) $CuO$ — это основный оксид. Он не реагирует с водой (так как $Cu$ не активный металл) и не реагирует со щелочами. Значит, вариант 1 отпадает. Как основный оксид, он реагирует с кислотами ($H_2SO_4$). Кроме того, медь из оксида можно восстановить водородом ($H_2$). Проверяем вариант 2: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$ и $CuO + H_2 \xrightarrow{t^\circ} Cu + H_2O$. Идеально подходит! Ответ: 2.
Б) $P_2O_5$ — это кислотный оксид. Он отлично растворяется в воде, образуя фосфорную кислоту ($H_3PO_4$), и реагирует со щелочами ($KOH$), образуя фосфаты. Проверяем вариант 1: подходит. С кислотами кислотные оксиды не реагируют (варианты 2 и 4 отпадают). Ответ: 1.
Ответ: 21.
Пример 2: Простые вещества
Установите соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым из которых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВА:
А) $Fe$
Б) $S$
РЕАГЕНТЫ:
1) $HCl, CuSO_4$
2) $O_2, H_2$
3) $H_2O, NaOH$
4) $CO_2, H_2O$
Разбор:
А) $Fe$ — это металл средней активности. Он стоит в ряду напряжений до водорода, значит, может вытеснять водород из кислот ($HCl$). Также он стоит левее меди, значит, может вытеснять медь из раствора её соли ($CuSO_4$). Вариант 1 полностью подходит: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$ и $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$. Ответ: 1.
Б) $S$ — неметалл. Сера не будет реагировать с кислотами-неокислителями или вытеснять металлы (отбрасываем 1). Сера горит в кислороде ($S + O_2 \rightarrow SO_2$) и при нагревании реагирует с водородом ($S + H_2 \rightarrow H_2S$). Вариант 2 подходит. Ответ: 2.
Ответ: 12.