Взаимодействие оксидов с водой
Взаимодействие оксида с водой — один из способов получить кислоту или основание. Чтобы предсказать продукт, определяют характер оксида: кислотный оксид обычно образует кислоту, а основной оксид — основание; амфотерные и нейтральные оксиды в школьных задачах обычно с водой не реагируют.
Основное правило гидратации оксидов
Гидратация оксида — это его взаимодействие с водой с образованием более сложного вещества. Для кислотного оксида продуктом является кислота, а для основного — основание, то есть гидроксид металла. Такое превращение показывает генетическую связь между оксидом и соответствующим классов неорганических веществ.
Гидратация оксида — реакция оксида с водой, в результате которой образуется кислота или основание. В школьных заданиях под гидратацией чаще всего понимают получение кислоты из кислотного оксида или основания из основного оксида.
Кислотный оксид + вода → кислота; основной оксид + вода → основание. Однако не каждый кислотный или основной оксид взаимодействует с водой: реакция зависит от состава и активности вещества.
Тема входит в гидратацию оксидов. Для повторения способов получения самих оксидов полезно сначала изучить образование оксидов металлов и образование оксидов неметаллов.
Кислотные оксиды и получение кислот
Кислотные оксиды — это оксиды неметаллов и некоторых металлов в высокой степени окисления, которым соответствуют кислоты. При взаимодействии с водой атомы и группы атомов оксида сохраняются, а к ним добавляются частицы воды. Формулу кислоты удобно определить по известной кислоте или по степени окисления центрального элемента.
| Оксид | Уравнение с водой | Кислота |
|---|---|---|
| \(\mathrm{CO_2}\) | \(\mathrm{CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3}\) | угольная кислота |
| \(\mathrm{SO_2}\) | \(\mathrm{SO_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_3}\) | сернистая кислота |
| \(\mathrm{SO_3}\) | \(\mathrm{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4}\) | серная кислота |
| \(\mathrm{N_2O_5}\) | \(\mathrm{N_2O_5 + H_2O \rightarrow 2HNO_3}\) | азотная кислота |
| \(\mathrm{P_2O_5}\) | \(\mathrm{P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4}\) | фосфорная кислота |
Некоторые кислотные оксиды соответствуют нескольким кислородсодержащим кислотам. Например, \(\mathrm{SO_2}\) образует сернистую кислоту \(\mathrm{H_2SO_3}\), а \(\mathrm{SO_3}\) — серную кислоту \(\mathrm{H_2SO_4}\). Оксид \(\mathrm{P_2O_5}\) в школьной записи взаимодействует с водой с образованием фосфорной кислоты.
Нельзя автоматически считать кислотным любой оксид неметалла. Нейтральные оксиды \(\mathrm{CO}\), \(\mathrm{NO}\) и \(\mathrm{N_2O}\) с водой в обычных условиях не образуют кислоты. Кроме того, запись реакции должна быть уравнена по всем элементам.
Какой продукт образуется при взаимодействии \(\mathrm{SO_3}\) с водой?
Основные оксиды и получение оснований
Основные оксиды — это преимущественно оксиды активных металлов, которым соответствуют основания. С водой реагируют не все основные оксиды, а главным образом оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов. Полученные гидроксиды часто растворимы в воде и являются щелочами.
| Оксид | Уравнение | Продукт |
|---|---|---|
| \(\mathrm{Na_2O}\) | \(\mathrm{Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH}\) | гидроксид натрия |
| \(\mathrm{K_2O}\) | \(\mathrm{K_2O + H_2O \rightarrow 2KOH}\) | гидроксид калия |
| \(\mathrm{CaO}\) | \(\mathrm{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}\) | гидроксид кальция |
| \(\mathrm{BaO}\) | \(\mathrm{BaO + H_2O \rightarrow Ba(OH)_2}\) | гидроксид бария |
Оксиды малореакционных металлов, например \(\mathrm{CuO}\) и \(\mathrm{Fe_2O_3}\), с водой непосредственно не взаимодействуют, хотя относятся к основным оксидам. Поэтому гидроксиды меди(II) и железа(III) получают другими реакциями, например обменом растворимой соли с щёлочью. Подробнее способы получения гидроксидов рассматриваются на странице получение гидроксидов металлов.
Растворимые основания называют щёлочами. \(\mathrm{NaOH}\), \(\mathrm{KOH}\) и \(\mathrm{Ba(OH)_2}\) хорошо растворимы, а \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) растворяется ограниченно. Большинство других гидроксидов металлов нерастворимы. Классификацию можно повторить на странице растворимые и нерастворимые основания.
Алгоритм составления уравнения
- Определите, является ли оксид кислотным, основным, амфотерным или нейтральным.
- Установите соответствующий продукт: кислоту для кислотного оксида или гидроксид для основного.
- Запишите формулы исходных веществ и продукта, учитывая валентности и степени окисления.
- Расставьте коэффициенты методом подсчёта атомов.
- Проверьте, что число атомов каждого элемента слева и справа одинаково.
Если известен ангидрид кислоты, мысленно добавьте к нему воду и уравняйте атомы. Например, для \(\mathrm{P_2O_5}\) сначала записывают \(\mathrm{P_2O_5 + H_2O \rightarrow H_3PO_4}\), затем ставят коэффициент 2 перед кислотой и 3 перед водой.
Составим уравнение взаимодействия оксида фосфора(V) с водой.
Итог: из \(\mathrm{P_2O_5}\) водой получают фосфорную кислоту. Это типичный пример генетического перехода «кислотный оксид → кислота».
Исключения и место в генетическом ряду
Амфотерные оксиды, например \(\mathrm{Al_2O_3}\) и \(\mathrm{ZnO}\), с водой обычно не реагируют. Их амфотерность проявляется во взаимодействии и с кислотами, и со щелочами, но не в простой гидратации. Нейтральные оксиды также не дают кислот или оснований при смешивании с водой.
В генетическом ряду реакция гидратации соединяет простое вещество с кислотой или основанием через оксид. Например: металл → основной оксид → основание; неметалл → кислотный оксид → кислота. Полезно повторить правила построения генетического ряда, а затем свойства продуктов на страницах химические свойства кислот в генетических цепочках и химические свойства оснований в генетических цепочках.
В заданиях важно отличать возможность реакции от формального соответствия. Например, \(\mathrm{CuO}\) — основной оксид, но уравнение \(\mathrm{CuO + H_2O \rightarrow Cu(OH)_2}\) не записывают: прямой реакции с водой нет. Также нельзя получать основание из нейтрального или амфотерного оксида простым добавлением воды.
Быстрая проверка
Главное
- Кислотный оксид при гидратации образует соответствующую кислородсодержащую кислоту.
- Основной оксид активного металла при взаимодействии с водой образует гидроксид; растворимый гидроксид называют щёлочью.
- Не все основные оксиды реагируют с водой: \(\mathrm{CuO}\) и \(\mathrm{Fe_2O_3}\) требуют других способов получения гидроксидов.
- Амфотерные и нейтральные оксиды обычно не взаимодействуют с водой в школьных условиях.
- При составлении уравнения нужно определить характер оксида, вывести формулу продукта и уравнять число атомов.