КИСЛОТО-ОСНОВНОЕ ПОВЕДЕНИЕ ОКСИДОВ ПЕРИОДА 3

На этой странице рассматриваются реакции оксидов элементов периода 3 (натрия в хлор) с водой, а также с кислотами или основаниями, где это необходимо.Очевидно, что аргон не используется, поскольку он не образует оксид.

Краткое изложение тенденции

Оксиды

Мы будем рассматривать следующие оксиды:

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу позже, если вы решите перейти по этой ссылке.

Тенденция кислотно-щелочного поведения

Тенденция кислотно-основного поведения показана в различных реакциях, но в виде простого обобщения:

• Тенденция идет от сильноосновных оксидов слева к сильнокислотным справа, через амфотерный оксид (оксид алюминия) в середине.Амфотерный оксид — это оксид, который проявляет как кислотные, так и основные свойства.

Для этой простой тенденции вы должны смотреть только на самые высокие оксиды отдельных элементов. Это те, которые находятся в верхнем ряду выше, и там, где элемент находится в максимально возможной степени окисления. Картина не так проста, если вы включите и другие оксиды.

Для оксидов неметаллов их кислотность обычно рассматривается в терминах кислотных растворов, образующихся при их реакции с водой — например, триоксид серы реагирует с образованием серной кислоты.Однако все они будут реагировать с основаниями, такими как гидроксид натрия, с образованием солей, таких как сульфат натрия.

Все эти реакции подробно рассматриваются на оставшейся части этой страницы.

Важно знать, что ваша программа говорит по этой теме, а также изучать прошлые работы и схемы отметок — иначе вы в конечном итоге увязнете в массе деталей, о которых вам на самом деле не нужно знать.Если вы готовитесь к экзамену в Великобритании (уровень A или его эквивалент) и у вас нет ничего из этого, перейдите по этой ссылке, прежде чем идти дальше, чтобы узнать, как их получить.

Химия индивидуальных оксидов

Оксид натрия

Оксид натрия — простой сильноосновной оксид. Он является основным, поскольку содержит ион оксида, O ^2-, который является очень сильным основанием с высокой тенденцией к соединению с ионами водорода.

Реакция с водой

Оксид натрия экзотермически реагирует с холодной водой с образованием раствора гидроксида натрия. В зависимости от концентрации он будет иметь pH около 14.

Реакция с кислотами

Оксид натрия, как сильное основание, также вступает в реакцию с кислотами. Например, он будет реагировать с разбавленной соляной кислотой с образованием раствора хлорида натрия.

Оксид магния

Оксид магния также является простым основным оксидом, поскольку он также содержит ионы оксида.Однако он не так сильно щелочной, как оксид натрия, потому что ионы оксида не так свободны.

В случае оксида натрия твердое вещество удерживается вместе за счет притяжения между ионами 1+ и 2-. В случае оксида магния притяжение составляет от 2+ до 2-. Чтобы их сломать, требуется больше энергии.

Даже с учетом других факторов (таких как энергия, выделяемая, когда положительные ионы притягиваются к воде в образовавшемся растворе), общий эффект этого заключается в том, что реакции с участием оксида магния всегда будут менее экзотермическими, чем реакции оксида натрия.

Реакция с водой

Если встряхнуть немного белого порошка оксида магния с водой, ничего не произойдет — похоже, он не отреагирует. Однако, если вы проверите уровень pH жидкости, вы обнаружите, что он находится где-то около 9, что свидетельствует о слабощелочной активности.

Должна быть какая-то небольшая реакция с водой с образованием гидроксид-ионов в растворе. В реакции образуется некоторое количество гидроксида магния, но он почти нерастворим, поэтому в раствор фактически попадает не так много гидроксид-ионов.

Реакция с кислотами

Оксид магния реагирует с кислотами так же, как и любой простой оксид металла. Например, он реагирует с теплой разбавленной соляной кислотой с образованием раствора хлорида магния.

Оксид алюминия

Описание свойств оксида алюминия может сбивать с толку, поскольку он существует в нескольких различных формах. Одна из этих форм очень инертна.Химически он известен как альфа-Al ₂ O ₃ и производится при высоких температурах.

Далее мы предполагаем одну из наиболее реактивных форм.

Оксид алюминия амфотерный . Он вступает в реакцию как с основанием, так и с кислотой.

Реакция с водой

Оксид алюминия не реагирует с водой простым способом в том смысле, в котором это происходит с оксидом натрия и оксидом магния, и не растворяется в ней.Хотя он все еще содержит ионы оксида, они слишком прочно удерживаются в твердой решетке, чтобы реагировать с водой.

Реакция с кислотами

Оксид алюминия содержит ионы оксида и поэтому реагирует с кислотами так же, как оксиды натрия или магния. Это означает, например, что оксид алюминия будет реагировать с горячей разбавленной соляной кислотой с образованием раствора хлорида алюминия.

В этой (и подобных реакциях с другими кислотами) оксид алюминия демонстрирует основную сторону своей амфотерной природы.

Реакция с основаниями

Оксид алюминия также имеет кислотную сторону в своей природе, и это проявляется в реакции с основаниями, такими как раствор гидроксида натрия.

Образуются различные алюминаты — соединения, в которых алюминий находится в отрицательном ионе. Это возможно, потому что алюминий обладает способностью образовывать ковалентные связи с кислородом.

В случае натрия разница электроотрицательностей между натрием и кислородом слишком велика для образования чего-либо, кроме ионной связи.Но электроотрицательность увеличивается по мере прохождения периода, а разница электроотрицательностей между алюминием и кислородом меньше. Это позволяет образовывать ковалентные связи между ними.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу позже.

С горячим концентрированным раствором гидроксида натрия оксид алюминия реагирует с образованием бесцветного раствора тетрагидроксоалюмината натрия.

То, что вы действительно получите, будет зависеть от таких вещей, как температура и концентрация раствора гидроксида натрия. В любом случае, правда почти наверняка намного сложнее, чем что-либо из вышеперечисленного.Это тот случай, когда было бы неплохо узнать, что ваши экзаменаторы цитируют в своих вспомогательных материалах или схемах выставления оценок, и придерживаться этого.

При необходимости получите такую ​​информацию от экзаменаторов (если вы изучаете курс в Великобритании), перейдя по ссылкам на странице учебных программ.

Диоксид кремния (оксид кремния (IV))

К тому времени, когда вы дойдете до кремния в течение периода, электроотрицательность увеличится настолько, что уже не будет достаточной разницы в электроотрицательности между кремнием и кислородом для образования ионных связей.

Диоксид кремния не имеет основных свойств — не содержит оксидных ионов и не вступает в реакцию с кислотами. Вместо этого он очень слабокислый, реагируя с сильными основаниями.

Реакция с водой

Диоксид кремния не реагирует с водой из-за сложности разрушения гигантской ковалентной структуры.

Реакция с основаниями

Диоксид кремния реагирует с раствором гидроксида натрия, но только если он горячий и концентрированный.Образуется бесцветный раствор силиката натрия.

Вы также можете быть знакомы с одной из реакций, происходящих при извлечении железа в доменной печи — в которой оксид кальция (из известняка, который является одним из сырьевых материалов) реагирует с диоксидом кремния с образованием жидкого шлака, силиката кальция. Это также пример реакции кислого диоксида кремния с основанием.

Важно! Что касается остальных оксидов, мы в основном будем рассматривать результаты их реакции с водой с образованием растворов различных кислот.

Когда мы говорим о повышении кислотности оксидов по мере перехода, скажем, от оксида фосфора (V) к триоксиду серы к оксиду хлора (VII), мы обычно говорим о возрастающей силе кислот, образующихся при их реакции. с водой.

Оксиды фосфора

Мы собираемся рассмотреть два оксида фосфора, оксид фосфора (III), P ₄ O ₆ , и оксид фосфора (V), P ₄ O ₁₀ .

Оксид фосфора (III)

Оксид фосфора (III) реагирует с холодной водой с образованием раствора слабой кислоты H ₃ PO ₃ , известной как фосфористая кислота, ортофосфорная кислота или фосфоновая кислота. Его реакция с горячей водой намного сложнее.

Названия фосфорсодержащих кислот просто кошмар! (На самом деле, насколько я понимаю, фосфорные кислоты в целом всегда были и продолжают быть полным кошмаром!) Не беспокойтесь об этих названиях на этом уровне. Просто убедитесь, что вы можете написать формулы, если вам это нужно — и будьте благодарны за то, что вам больше не нужно о них знать!

Чистая неионизированная кислота имеет структуру:

Водороды не выделяются в виде ионов, пока вы не добавите в кислоту воду, и даже в этом случае их не так много, потому что фосфористая кислота — это всего лишь слабая кислота.

Фосфорная кислота имеет pK _a , равное 2,00, что делает ее более сильной, чем обычные органические кислоты, такие как этановая кислота (pK _a = 4,76).

Маловероятно, что вы когда-либо вступите в реакцию оксида фосфора (III) напрямую с основанием, но вам может потребоваться знать, что произойдет, если вы прореагируете образовавшуюся фосфористую кислоту с основанием.

В фосфористой кислоте два атома водорода в группах -ОН являются кислыми, а другой — нет. Это означает, что вы можете получить две возможные реакции, например, с раствором гидроксида натрия в зависимости от используемых пропорций.

В первом случае только один из кислых атомов водорода прореагировал с гидроксид-ионами основания. Во втором случае (с использованием вдвое большего количества гидроксида натрия) прореагировали оба.

Если бы вы взаимодействовали оксид фосфора (III) непосредственно с раствором гидроксида натрия, а не сначала производили кислоту, вы бы получили те же возможные соли.

Оксид фосфора (V)

Оксид фосфора (V) бурно реагирует с водой с образованием раствора, содержащего смесь кислот, природа которой зависит от условий.Обычно мы просто рассматриваем одну из них, фосфорную (V) кислоту, H ₃ PO ₄ , также известную как фосфорная кислота или ортофосфорная кислота.

На этот раз чистая неионизированная кислота имеет структуру:

Фосфорная (V) кислота также является слабой кислотой с pK _a , равным 2,15. Это делает его на слабее фосфористой кислоты. Растворы обеих этих кислот с концентрацией около 1 моль дм ^-3 будут иметь pH около 1.

И снова вы вряд ли когда-нибудь прореагируете этот оксид с основанием, но вполне можно ожидать, что вы узнаете, как фосфорная (V) кислота реагирует с чем-то вроде раствора гидроксида натрия.

Если вы посмотрите на структуру, вы увидите, что она имеет три группы -ОН, и каждая из них имеет кислый атом водорода. Вы можете провести реакцию с гидроксидом натрия в три стадии, причем один за другим эти атомы водорода вступают в реакцию с ионами гидроксида.

Опять же, если бы вы реагировали непосредственно оксидом фосфора (V) с раствором гидроксида натрия, а не сначала производили кислоту, вы бы получили те же возможные соли.

Это становится смешным, поэтому я приведу только один пример из возможных уравнений:

Если вы действительно хотите быть уверенным, проверьте прошлые документы и отметьте схемы. Я нашел один вопрос о реакции между оксидом натрия и фосфорной (V) кислотой, где схема маркировки принимала любое из возможных уравнений — чего я и ожидал.

(Я знаю, что не давал вам этот конкретный набор уравнений, но их нетрудно решить, если вы понимаете принцип, и я не могу дать каждое отдельное кислотно-основное уравнение. Это уже давно страница будет длиться вечно, и все в отчаянии сдадутся задолго до конца! Вот почему вы пытаетесь понять химию, а не изучать ее как попугай.)

Пожалуйста, не тратьте время на изучение уравнений — или, по крайней мере, до тех пор, пока вы не узнаете и не поймете всю остальную химию, которую вам нужно знать и понимать! У любого уравнения очень мало шансов пройти экзамен, даже если оно входит в вашу конкретную программу.

Жизнь слишком коротка, чтобы тратить время на изучение уравнений. Знайте, как их решить, если вам нужно.

Оксиды серы

Мы собираемся рассмотреть диоксид серы, SO ₂ , и триоксид серы, SO ₃ .

Диоксид серы

Диоксид серы хорошо растворяется в воде, реагируя с ней, давая раствор, известный как сернистая кислота, который традиционно имеет формулу H ₂ SO ₃ . Однако основным веществом в растворе является просто гидратированный диоксид серы — SO ₂ , xH ₂ O. Спорный вопрос, существует ли вообще в растворе какая-либо H ₂ SO ₃ как таковая.

Сернистая кислота также является слабой кислотой с pK _a около 1.8 — немного сильнее, чем две указанные выше фосфорсодержащие кислоты. Достаточно концентрированный раствор сернистой кислоты снова будет иметь pH около 1.

Ионизация «серной кислоты» включает ионизацию гидратированного комплекса, и вам не нужно беспокоиться об этом на этом уровне.

Диоксид серы также будет напрямую реагировать с основаниями, такими как раствор гидроксида натрия. Если диоксид серы барботируют через раствор гидроксида натрия, сначала образуется раствор сульфита натрия, а затем раствор гидрогенсульфита натрия, когда диоксид серы оказывается в избытке.

Обратите внимание, что уравнения для этих реакций отличаются от примеров фосфора. В этом случае мы вступаем в реакцию оксида непосредственно с гидроксидом натрия, потому что мы, скорее всего, будем это делать именно так.

Другая важная реакция диоксида серы — с основным оксидом кальция с образованием сульфита кальция (сульфата кальция (IV)).Это лежит в основе одного из методов удаления диоксида серы из дымовых газов на электростанциях.

Трехокись серы

Триоксид серы бурно реагирует с водой с образованием тумана из концентрированных капель серной кислоты.

Если вам интересно, вы можете найти подробную информацию о процессе обращения в другом месте на этом сайте, но это не относится к текущей теме.

Чистая неионизированная серная кислота имеет структуру:

Серная кислота — сильная кислота, и растворы обычно имеют pH около 0.

Кислота реагирует с водой, давая ион гидроксония (ион водорода в растворе, если хотите) и ион сероводорода.Эта реакция проходит практически на 100%.

Второй водород удалить труднее. На самом деле ион сероводорода является относительно слабой кислотой, по силе сходной с кислотами, которые мы уже обсуждали на этой странице. На этот раз вы получите равновесие:

Серная кислота, конечно, имеет все реакции сильной кислоты, с которыми вы знакомы из вводных курсов химии. Например, нормальная реакция с раствором гидроксида натрия заключается в образовании раствора сульфата натрия, в котором оба кислых водорода реагируют с ионами гидроксида.

В принципе, вы также можете получить раствор гидросульфата натрия, используя вдвое меньше гидроксида натрия и просто взаимодействуя с одним из двух кислых водородов в кислоте. На практике лично я никогда этого не делал — на данный момент не вижу особого смысла!

Сам по себе триоксид серы также вступает в непосредственную реакцию с основаниями с образованием сульфатов. Например, он будет реагировать с оксидом кальция с образованием сульфата кальция. Это похоже на реакцию с диоксидом серы, описанную выше.

Оксиды хлора

Хлор образует несколько оксидов, но единственные два, упомянутые в любой из учебных программ уровня A Великобритании, — это оксид хлора (VII), Cl ₂ O ₇ и оксид хлора (I), Cl ₂ O. VII) оксид также известен как гептоксид дихлора, а оксид хлора (I) — как монооксид дихлора.

Оксид хлора (VII)

Оксид хлора (VII) — это высший оксид хлора — хлор находится в максимальной степени окисления +7.Он продолжает тенденцию высших оксидов элементов периода 3 к тому, чтобы быть более сильными кислотами.

Оксид хлора (VII) реагирует с водой с образованием очень сильной кислоты, хлорноватой (VII) кислоты, также известной как хлорная кислота. PH типичных растворов, как и серной кислоты, будет около 0,

Неионизированная хлорная (VII) кислота имеет структуру:

Вероятно, вам это не понадобится для целей UK A level (или его эквивалентов), но это полезно, если вы понимаете причину, по которой хлорная (VII) кислота является более сильной кислотой, чем хлорная (I) кислота (см. Ниже) .Вы можете применить те же рассуждения к другим кислотам на этой странице.

Когда ион хлората (VII) (перхлорат-ион) образуется в результате потери иона водорода (например, когда он реагирует с водой), заряд может быть делокализован по каждому атому кислорода в ионе. Это делает его очень стабильным и означает, что хлорная (VII) кислота очень сильна.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, если вы решите перейти по этой ссылке.

Хлорная (VII) кислота реагирует с раствором гидроксида натрия с образованием раствора хлората натрия (VII).

Сам оксид хлора (VII) также реагирует с раствором гидроксида натрия с образованием того же продукта.

Оксид хлора (I)

Оксид хлора (I) намного менее кислый, чем оксид хлора (VII).Он до некоторой степени реагирует с водой с образованием хлорноватистой (I) кислоты HOCl, также известной как хлорноватистая кислота.

Структура хлорноватой (I) кислоты в точности такая, как показано ее формулой HOCl. У него нет атомов кислорода с двойными связями и нет способа делокализации заряда по отрицательному иону, образовавшемуся в результате потери водорода.

Это означает, что образовавшийся отрицательный ион не очень стабилен и легко восстанавливает свой водород, чтобы превратиться в кислоту. Хлорная (I) кислота очень слабая (pK _a = 7,43).

Хлорная (I) кислота реагирует с раствором гидроксида натрия с образованием раствора хлората натрия (I) (гипохлорита натрия).

Оксид хлора (I) также напрямую реагирует с гидроксидом натрия с образованием того же продукта.

Куда бы вы сейчас хотели пойти?

В меню «Период 3».. .

В меню «Неорганическая химия». . .

В главное меню. . .

© Джим Кларк 2005 (последнее изменение — ноябрь 2015 г.)

$ \ text {H} _ {2} \ text {SO} _ {3}

$ \ text {H} _ {2} \ text {SO} _ {4}

$ \ text {H} _ {2} \ text {CO} _ {3}

$ \ text {H} _ {3} \ text {PO} _ {4} $

Эта статья об ангидридах неорганических кислот. Для органической функциональной группы см ангидрид кислоты.

Кислый оксид (иногда известный как кислотный ангидрид , но не путать с ангидридом кислоты) представляет собой оксид, который либо

• реагирует с водой с образованием кислоты; или же
• реагирует с основанием с образованием соли.

Примеры включают:

Кислые оксиды — это оксиды неметаллов или металлов с высокой степенью окисления.

Рекомендуемые дополнительные знания

Кислые оксиды в виде ангидридов

Некоторые кислые оксиды реагируют с водой с образованием четко выраженной кислоты. Общее уравнение

EO _x + y H ₂ O → H _{2 y} EO _{x + y}

1 909, хотя от случая к 9 дело.Иногда кислота известна только в растворе: например, оранжевый гептоксид рения растворяется в воде с образованием бесцветного кислого раствора, содержащего перренат-ионы, известного как «перренатная кислота», но молекула H ₂ ReO ₄ не может быть выделена .

_{6 теллур диоксид, TeO 2} олово 2

Оксид	Гидратированная кислота
гептоксид дихлора, Cl 2 O 7	перхлорная кислота, HClO 4
пентоксид дихлора, Cl 2 O 5 9014 кислота
триоксид дихлора, Cl 2 O 3	хлористая кислота, HClO 2
монооксид дихлора, Cl 2 O	кислота хлорноватистая, HClO
триоксид серы, SO 3	серная кислота, H 2 SO 4
триоксид селена, SeO 3	селеновая кислота14144 4
диоксид селена, SeO 2	селеновая кислота, H 2 SeO 3
триоксид теллура, TeO 3	теллуровая кислота, Te (OH)
теллуристая кислота, H 2 TeO 3
пятиокись азота, N 2 O 5	азотная кислота, HNO 3 диазот N 2 O 3	азотистая кислота, HNO 2
пятиокись фосфора, P 2 O 5 « i.е. P 4 O 10	фосфорная кислота, H 3 PO 4
трехокись фосфора, P 2 O 3 « ie P 4	43 6 фосфористая кислота, H 3 PO 3
пятиокись мышьяка, As 2 O 5	мышьяковая кислота, H 3 AsO 4
триоксид мышьяка	O 3	мышьяковистая кислота, H 3 AsO 3
диоксид углерода, CO 2	углекислота, H 2 CO 3
оловянная кислота, H 2 SnO 3
оксид бора, B 2 O 3	борная кислота, H 3 BO 3	манжеты se (VII) оксид, Mn 2 O 7	пермангановая кислота, HMnO 4
оксид технеция (VII), Tc 2 O 7	143 HTcO
оксид рения (VII), Re 2 O 7	перреновая кислота, HReO 4

Диоксид кремния

Диоксид кремния иногда называют особым случаем, поскольку он не проявляет никакой реакционной способности по отношению к воде или водным кислотам или основаниям (за исключением плавиковой кислоты).Фактически, он будет медленно растворяться в горячей концентрированной водной щелочи и гидратироваться при высоких температурах и давлениях (реакция, имеющая большое геохимическое значение). Медленное травление стекла (представляющего собой «нечистый» кремнезем) водными щелочами имеет большое практическое значение в химических лабораториях. Диоксид кремния можно лучше всего рассматривать как кислый оксид, как и другие диоксиды группы 14, по его реакции с расплавленным гидроксидом натрия с образованием силиката натрия:

2NaOH + SiO ₂ → Na ₂ SiO ₃ + H ₂ O

Также известно по крайней мере пять различных кремниевых кислот с 0.5–2,5 моль воды на моль SiO ₂ (выражается как SiO ₂ · n H ₂ O).

См. Также

Список литературы

• Greenwood, N. N .; Эрншоу, А. (1997). Химия элементов , 2-е издание, Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4 .