В чем причина протекания таких реакций? Рассмотрим реакцию образования BaCO3 из BaO и CO2. Реакция протекает самопроизвольно, а энтропия в этой реакции уменьшается (из двух веществ, твердого и газообразного, образуется одно кристаллическое вещество), следовательно, реакция экзотермическая. В экзотермических реакциях энергия образующихся связей больше, чем энергия рвущихся, следовательно, энергия связей в BaCO3 больше, чем в исходных BaO и CO2. И в исходных веществах, и в продуктах реакции два типа химической связи: ионная и ковалентная. Энергия ионной связи (энергия решетки) в BaO несколько больше, чем в BaCO3 (размер карбонатного иона больше, чем оксид-иона), следовательно, энергия системы O2
+ CO2 больше, чем энергия CO32.
+ Q
Иными словами, ион CO32 более устойчив, чем отдельно взятые ион O2 и молекула CO2. А большая устойчивость карбонат-иона (его меньшая внутренняя энергия) связана с распределением заряда этого иона (– 2 е) по трем атомам кислорода карбонат-иона вместо одного в оксид-ионе (см. также § 13.11).
4) Многие основные оксиды могут быть восстановлены до металла более активным металлом или неметаллом-восстановителем:
MnO + Ca = Mn + CaO (при нагревании),
FeO + H2 = Fe + H2O (при нагревании).
Возможность протекания таких реакций зависит не только от активности восстановителя, но и от прочности связей в исходном и образующемся оксиде.
Общим способом получения почти всех основных оксидов является окисление соответствующего металла кислородом. Таким способом не могут быть получены оксиды натрия, калия и некоторых других очень активных металлов (в этих условиях они образуют пероксиды и более сложные соединения), а также золота, серебра, платины и других очень малоактивных металлов (эти металлы не реагируют с кислородом). Основные оксиды могут быть получены термическим разложением соответствующих гидроксидов, а также некоторых солей (например, карбонатов). Так, оксид магния может быть получен всеми тремя способами:
2Mg + O2 = 2MgO,
Mg(OH)2 = MgO + H2O,
MgCO3 = MgO + CO2.
1.Составьте уравнения реакций:
а) Li2O + CO2 б) Na2O + N2O5 в) CaO + SO3
г) Ag2O + HNO3 д) MnO + HCl е) MgO + H2SO4
2.Составьте уравнения реакций, протекающих при осуществлении следующих превращений:
а) Mg MgO MgSO4 б) Na2O Na2SO3 NaCl
в) CoO Co CoCl2 г) Fe Fe3O4 FeO
3.Порцию никеля массой 8,85 г прокалили в токе кислорода до получения оксида никеля(II), затем обработали избытком соляной кислоты. К полученному раствору добавили раствор сульфида натрия до прекращения выделения осадка. Определите массу этого осадка.
Химические свойства основных оксидов.
13.5. Кислотные оксиды
Все кислотные оксиды - вещества с ковалентной связью.
К кислотным оксидам относятся:
а) оксиды элементов, образующих неметаллы,
б) некоторые оксиды элементов, образующих металлы, если металлы в этих оксидах находятся в высших степенях окисления, например, CrO3, Mn2O7.
Среди кислотных оксидов есть вещества, представляющие собой при комнатной температуре газы (например: СО2, N2O3, SO2, SeO2), жидкости (например, Mn2O7) и твердые вещества (например: B2O3, SiO2, N2O5, P4O6, P4O10, SO3, I2O5, CrO3). Большинство кислотных оксидов - молекулярные вещества (исключения составляют B2O3, SiO2, твердый SO3, CrO3 и некоторые другие; существуют и немолекулярные модификации P2O5). Но и немолекулярные кислотные оксиды при переходе в газообразное состояние становятся молекулярными.
Для кислотных оксидов характерны следующие химические свойства.
1) Все кислотные оксиды реагируют с сильными основаниями, как с твердыми:
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O
SiO2 + 2KOH = K2SiO3 + H2O (при нагревании),
так и с растворами щелочей (§ 12.8):
SO3 + 2OH = SO42 + H2O, N2O5 + 2OH = 2NO3 + H2O,
SO3 + 2NaOHр = Na2SO4р + H2O, N2O5 + 2KOHр = 2KNO3р + H2O.
Причина протекания реакций с твердыми гидроксидами та же, что с оксидами (см. § 13.4).
Наиболее активные кислотные оксиды (SO3, CrO3, N2O5, Cl2O7) могут реагировать и с нерастворимыми (слабыми) основаниями.
2) Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами (§ 13.4):
CO2 + CaO = CaCO3
P4O10 + 6FeO = 2Fe3(PO4)2 (при нагревании)
3) Многие кислотные оксиды реагируют с водой (§11.4).
N2O3 + H2O = 2HNO2 SO2 + H2O = H2SO3 (более правильная запись формулы сернистой кислоты -SO2 .H2O
N2O5 + H2O = 2HNO3 SO3 + H2O = H2SO4
Многие кислотные оксиды могут быть получены путем окисления кислородом (сжигания в кислороде или на воздухе) соответствующих простых веществ (Cгр, S8, P4, Pкр, B, Se, но не N2 и не галогены):
C + O2 = CO2,
S8 + 8O2 = 8SO2,
или при разложении соответствующих кислот:
H2SO4 = SO3 + H2O (при сильном нагревании),
H2SiO3 = SiO2 + H2O (при высушивании на воздухе),
H2CO3 = CO2 + H2O (при комнатной температуре в растворе),
H2SO3 = SO2 + H2O (при комнатной температуре в растворе).
Неустойчивость угольной и сернистой кислот позволяет получать CO2 и SO2 при действии сильных кислот на карбонаты Na2CO3 + 2HClp = 2NaClp + CO2 +H2O
(реакция протекает как в растворе, так и с твердым Na2CO3), и сульфиты
K2SO3тв + H2SO4конц = K2SO4 + SO2 + H2O (если воды много, диоксид серы в виде газа не выделяется).
1.Составьте уравнения реакций, протекающих при взаимодействии с раствором гидроксида натрия а) оксида углерода(IV), б) оксида серы(IV), в) оксида азота(III), г) оксида азота(V). Зависят ли продукты каждой из этих реакций от того, какое из исходных веществ взято в избытке? 2.Составьте уравнения реакций, по которым из соответствующих оксидов можно получить следующие соли: карбонат бария, фосфат натрия, сульфит магния, силикат цинка.