Классы неорганических соединений: оксиды, основания, кислоты, соли

Общая схема классификации

Определения оснований и кислот даны по теории электролитической диссоциации Аррениуса. В вузовском курсе используют также протолитическую теорию Бренстеда - Лоури (кислота - донор протона, основание - акцептор) и теорию Льюиса (кислота - акцептор электронной пары).

Оксиды

Не являются оксидами пероксиды (Na₂O₂, H₂O₂), где степень окисления кислорода -1, и фторид кислорода OF₂, где кислород имеет степень окисления +2.

Классификация оксидов

Характер оксида одного элемента меняется с ростом степени окисления от основного к кислотному: CrO - основный, Cr₂O₃ - амфотерный, CrO₃ - кислотный; аналогично MnO - Mn₂O₇.

Номенклатура оксидов

Название строится как "оксид + элемент в родительном падеже + степень окисления римской цифрой в скобках", если она переменная: FeO - оксид железа(II), Fe₂O₃ - оксид железа(III), SO₃ - оксид серы(VI). Допускаются названия с числовыми приставками: CO₂ - диоксид углерода, P₄O₁₀ - декаоксид тетрафосфора. Тривиальные названия: CaO - негашеная известь, CO₂ (твердый) - сухой лед, SiO₂ - кремнезем, Al₂O₃ - глинозем.

Химические свойства оксидов

Основные оксиды:

• с водой (только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов): CaO + H₂O → Ca(OH)₂;
• с кислотами: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O;
• с кислотными оксидами: CaO + CO₂ → CaCO₃.

Кислотные оксиды:

• с водой (кроме SiO₂): SO₃ + H₂O → H₂SO₄;
• со щелочами: CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O;
• с основными оксидами: SiO₂ + CaO → CaSiO₃ (при сплавлении).

Амфотерные оксиды реагируют и с кислотами, и со щелочами:

• ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O;
• ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O (сплавление, цинкат натрия);
• ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] (в растворе, тетрагидроксоцинкат натрия).

Основания

Классификация оснований

• По растворимости: растворимые - щелочи (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ba(OH)₂, Sr(OH)₂; Ca(OH)₂ малорастворим, но относится к щелочам) и нерастворимые (Cu(OH)₂, Fe(OH)₂, Mg(OH)₂).
• По кислотности (числу групп OH): однокислотные (KOH), двухкислотные (Ca(OH)₂), трехкислотные (Fe(OH)₃).
• По силе: сильные (щелочи) и слабые (нерастворимые основания, гидрат аммиака NH₃·H₂O).

Номенклатура: "гидроксид + металл + степень окисления": Fe(OH)₂ - гидроксид железа(II). Тривиальные названия: NaOH - едкий натр, каустическая сода; KOH - едкое кали; Ca(OH)₂ - гашеная известь, ее раствор - известковая вода.

Свойства оснований

1. Щелочи изменяют окраску индикаторов: фенолфталеин - малиновый, лакмус - синий, метиловый оранжевый - желтый.
2. Реакция нейтрализации с кислотами: NaOH + HCl → NaCl + H₂O; нерастворимые основания тоже растворяются в кислотах.
3. Щелочи с кислотными оксидами: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O (помутнение известковой воды - качественная реакция на CO₂).
4. Щелочи с растворами солей, если образуется осадок: 2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.
5. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O.
6. Щелочи с амфотерными оксидами и гидроксидами: Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄].

Амфотерные гидроксиды

Zn(OH)₂, Al(OH)₃, Be(OH)₂, Cr(OH)₃, Fe(OH)₃ (слабо выраженная амфотерность) реагируют и с кислотами, и со щелочами. Их получают осторожным добавлением щелочи к соли: избыток щелочи растворяет осадок.

Кислоты

Классификация кислот

• По наличию кислорода: кислородсодержащие (HNO₃, H₂SO₄) и бескислородные (HCl, H₂S).
• По основности (число атомов H, способных замещаться на металл): одноосновные (HNO₃), двухосновные (H₂SO₄), трехосновные (H₃PO₄).
• По силе: сильные (HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄), средней силы (H₃PO₄, H₂SO₃), слабые (HF, H₂S, H₂CO₃, HNO₂, H₂SiO₃).
• По устойчивости: неустойчивые (H₂CO₃ → CO₂ + H₂O, H₂SO₃ → SO₂ + H₂O); по летучести - летучие (HCl, H₂S) и нелетучие (H₂SO₄, H₃PO₄).

Таблица кислот и кислотных остатков

Правило суффиксов: элемент в высшей (или более высокой) степени окисления дает соли на "-ат", в более низкой - на "-ит"; бескислородные кислоты дают соли на "-ид". Приставка "пер-" обозначает еще более высокую степень окисления, "гипо-" - более низкую.

Свойства кислот

1. Изменяют окраску индикаторов: лакмус - красный, метиловый оранжевый - розовый (красный), фенолфталеин не изменяет окраску.
2. С металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений левее водорода: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. Азотная кислота любой концентрации и концентрированная серная реагируют иначе - водород не выделяется, восстанавливается азот или сера. Подробнее о ряде напряжений - в шпаргалке по электрохимии.
3. С основными и амфотерными оксидами: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O.
4. С основаниями (нейтрализация): H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O.
5. С солями, если выделяется газ, осадок или образуется более слабая кислота: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O; BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl.

Соли

Типы солей

Название средней соли: "кислотный остаток в именительном падеже + металл в родительном + степень окисления при необходимости": FeCl₃ - хлорид железа(III), Cu(NO₃)₂ - нитрат меди(II). Кристаллогидраты: CuSO₄·5H₂O - пентагидрат сульфата меди(II), медный купорос. Тривиальные названия: NaCl - поваренная соль, Na₂CO₃ - кальцинированная сода, NaHCO₃ - питьевая сода, CaCO₃ - мел, мрамор, известняк, KNO₃ - калийная селитра.

Свойства солей

1. С металлами: более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Щелочные и щелочноземельные металлы для таких реакций не используют - они реагируют с водой.
2. С кислотами и щелочами - если образуется осадок, газ или слабый электролит.
3. С другими солями в растворе, если продукт выпадает в осадок: AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃.
4. Термическое разложение: CaCO₃ → CaO + CO₂; 2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂; 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂.
5. Гидролиз солей, образованных слабой кислотой или слабым основанием: раствор Na₂CO₃ щелочной, раствор AlCl₃ кислый, раствор NaCl нейтральный.
6. Кислые соли переводятся в средние щелочью: NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O; основные - кислотой.

Качественные реакции на ионы солей (Cl^- с Ag⁺, SO₄^2- с Ba²⁺, CO₃^2- с кислотой, Fe³⁺ с роданидом) подробно разобраны в шпаргалке по аналитической химии.

Генетическая связь между классами

Генетическая связь - возможность получения веществ одного класса из веществ другого класса. Она отражает единство происхождения соединений одного элемента.

Два генетических ряда

• Ряд металла: металл → основный оксид → основание → соль. Пример: Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃.
• Ряд неметалла: неметалл → кислотный оксид → кислота → соль. Пример: P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂.

Если основание нерастворимо, его получают не из оксида, а из соли: Cu → CuO → CuCl₂ → Cu(OH)₂ → CuO. Аналогично для нерастворимой кремниевой кислоты: Si → SiO₂ → Na₂SiO₃ → H₂SiO₃.

Пример решения цепочки

S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → BaSO₄:

1. S + O₂ → SO₂;
2. 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ (катализатор V₂O₅, нагревание);
3. SO₃ + H₂O → H₂SO₄;
4. H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl.

Способы получения солей

Соли образуются почти при любом взаимодействии веществ противоположной природы: металл + неметалл, металл + кислота, металл + соль, основный оксид + кислотный оксид, основный оксид + кислота, основание + кислотный оксид, основание + кислота, соль + кислота, соль + щелочь, соль + соль. Этот перечень часто просят привести на экзамене с примерами.

Как быстро определить класс по формуле

Типичные ошибки: относить H₂O₂ и Na₂O₂ к оксидам, считать NH₃ основанием по Аррениусу (в растворе основанием является NH₃·H₂O), забывать об амфотерности Fe₂O₃ и Cr₂O₃, называть CH₃COOH четырехосновной кислотой (она одноосновна - замещается только водород карбоксильной группы).

Вопросы и ответы по классам неорганических веществ

Чем амфотерный оксид отличается от основного?

Основный оксид реагирует только с кислотами и кислотными оксидами. Амфотерный реагирует и с кислотами, и со щелочами, образуя в последнем случае соли, где металл входит в состав аниона (цинкаты, алюминаты).

Почему CO не является кислотным оксидом?

CO не реагирует ни с водой, ни со щелочами с образованием соли, где углерод сохранял бы степень окисления +2. Поэтому его относят к несолеобразующим оксидам наряду с NO, N₂O и SiO.

Как назвать соль NaH₂PO₄?

Дигидрофосфат натрия. Приставка "гидро-" с числовым множителем указывает число незамещенных атомов водорода; Na₂HPO₄ - гидрофосфат натрия, Na₃PO₄ - фосфат натрия.

Можно ли получить Cu(OH)₂ из CuO и воды?

Нет. Оксид меди(II) с водой не реагирует; гидроксид меди получают действием щелочи на растворимую соль меди, например на CuSO₄.

Какие металлы вытесняют водород из соляной кислоты?

Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода: от лития до олова. Свинец практически не растворяется из-за пленки малорастворимого PbCl₂. Медь, серебро, золото и платина с соляной кислотой не реагируют.