- •Химия Методические указания по выполнению лабораторных работ
- •Химия Методические указания по выполнению лабораторных работ
- •Содержание
- •Общие методические указания
- •Лабораторная работа №1 Правила безопасности при работе в лаборатории общей химии. Элементы техники лабораторных работ. Весы и взвешивание
- •Лабораторная работа №2 Основные законы химии. Теория
- •Лабораторная работа № 3. Определение молярной массы химического эквивалента металла
- •Лабораторная работа № 4 Определение состава кристаллогидрата
- •Экспериментальная часть
- •Лабораторная работа № 5 Основные классы неорганических соединений. Теория
- •Лабораторная работа № 6 Основные классы неорганических соединений: оксиды, основания и амфотерные гидроксиды
- •I. Оксиды их получение и свойства
- •II. Гидроксиды, их получение и свойства
- •Экспериментальная часть
- •Лабораторная работа № 8 Основные классы неорганических соединений. Соли
- •Опыт 5: Получение солей взаимодействием двух солей
- •Необходимый уровень подготовки студентов
- •4. Уметь писать уравнения реакций, отражающие химические свойства оксидов, гидроксидов, солей. Знать условия протекания до конца реакций ионного обмена
- •Лабораторная работа № 9 Растворы. Теория
- •Лабораторная работа № 10 Приготовление растворов заданной концентрации
- •Лабораторная работа № 11. Малорастворимые электролиты. Произведение растворимости
- •Лабораторная работа № 12 Кинетика химических реакций. Теория
- •Лабораторная работа № 14.
- •Лабораторная работа №15 Химическое равновесие. Теория
- •Лабораторная работа № 16 Химическое равновесие и условия его смещения
- •Лабораторная работа №17. Адсорбция. Теория
- •Лабораторная работа №18 Изучение адсорбции уксусной кислоты на угле.
- •Химия Методические указания по выполнению лабораторных работ
Лабораторная работа № 5 Основные классы неорганических соединений. Теория
Все неорганические вещества можно разделить на простые и сложные. Сложные неорганические вещества по составу делятся на бинарные (оксиды, галогениды, сульфиды, гидриды, нитриды, карбиды и другие) и многоэлементные соединения.
Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов один из которых кислород в степени окисления -2. Соединения с фтором, где кислород проявляет положительную степень окисления, пероксиды (степень окисления – 1), супероксиды (степень окисления –1/2), озониды (степень окисления –1/3) оксидами не являются.
По функциональным признакам оксиды делятся на солеобразующие (при взаимодействии с кислотами или основаниями дают соли) и несолеобразующие, которые не образуют солей, им не соответствуют гидроксиды с той же степенью окисления элемента, что и в оксиде. Несолеобразующие оксиды могут вступать с кислотами или основаниями только в окислительно-восстановительные реакции. Примером таких оксидов служат N2O,NO,CO,OsO4и другие.
Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные (ангидриды кислот) и амфотерные.
Основными называют оксиды, которым соответствуют основания. К ним относятся оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, MgO,CuO,CdO,HgO,VO,CrO,MnO,FeO,NiO,CoO,Bi2O3и другие. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей:
MgO + 2HCl → MgCl2 +H2O
CaO +CO2 → CaCO3
Непосредственно с водой взаимодействуют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, частично MgO. При этом образуются основные гидроксиды (основания):
CaO+H2O→Ca(OH)2
Кислотными называют оксиды, которым соответствуют кислоты. К ним относятся CO2,SiO2,SO2,SO3,P2O5,N2O3,NO2,N2O5,B2O3,CrO3,Mn2O7и другие.
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями и основными оксидами с образованием солей:
SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O
SO3 + CaO → CaSO4
Многие из кислотных оксидов, за небольшим исключением (SiO2,TeO2,TeO3,MoO3,WO3и другие), непосредственно взаимодействуют с водой, образуя кислородсодержащие кислоты:
SO2 + H2O → H2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
Амфотерными называют оксиды, которым соответствуют и основания и кислоты. К данным оксидам относятся BeO,ZnO,PbO,SnO,Al2O3,Cr2O3,MnO2,SnO2,PbO2,Sb2O3и другие.
Амфотерные оксиды взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями с образованием солей:
Al2O3+ 6HCl→ 2AlCl3+ 3H2O
Al2O3+ 2NaOH+ 3H2O→ 2Na[Al(OH)4]
Эти оксиды непосредственно с водой не взаимодействуют.
Как показывают приведенные примеры, с повышением степени окисления металла основные свойства их оксидов ослабевают, а кислотные усиливаются.
Названия оксидов образуются следующим образом:
слово «оксид» и название элемента в родительном падеже с указанием в скобках римской цифрой его степени окисления (если элемент может проявлять несколько степеней окисления);
стехиометрические соотношения между элементами указываются при помощи греческих умножающих префиксов, присоединяемых без дефиса к названиям элементов (если в формуле свыше 12 атомов одного вида, то вместо префиксов используются цифры).
Например, СО2– оксид углерода (IV) или диоксид углерода,N2O– оксид азота (I) или оксид диазота,Fe3O4– оксид дижелеза (III)-железа (II) или тетраоксид трижелеза,W20O58 – 58 – оксид 20 – вольфрама.
Солеобразующим оксидам соответствуют гидроксиды – гидратированные оксиды. По кислотно-основным свойствам гидроксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.
Основания (основные гидроксиды) диссоциируют в водных растворах с образованием в качестве анионов только ОН-:
NaOH → Na+ + ОН-
Ca(OH)2→ Ca2+ + 2ОН-
Основания подразделяются на малорастворимые в воде [АI(OH)3, Cu(OH)2] и хорошо растворимые основания или щелочи [KOH, NaOH, Ca(OH)2]. Важнейшее химическое свойство основных гидроксидов – способность взаимодействовать с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей.
К амфотерным относятся гидроксиды, которые реагируют как с основаниями, так и с кислотами:
Аl(OH)3 +3 HCl → AlCl3 + 3H2O
Аl(OH)3+NaOH→Na[Al(OH)4]
Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка. Кислоты – это электролиты, которые в водных растворах или расплавах диссоциируют на ионы водорода и ионы кислотного остатка. Кислоты – это вещества способные в растворе отщеплять ион водорода.
Выделяют кислородсодержащие кислоты (кислотные гидроксиды), бескислородные кислоты, летучие и нелетучие, одноосновные, двухосновные и трехосновные, сильные и слабые.
Кислородсодержащие кислоты имеют общую формулу HxAyOz, где AyOzх-– кислотный остаток, А – кислотообразующий элемент. В номенклатуре кислородсодержащих кислот используются как тривиальные, так и систематические названия. Последние полностью отражают состав соединения и даются по правилам составления названий комплексных соединений. Систематические названия рекомендуется давать лишь малораспространенным кислотам, образованным элементами с переменной степенью окисления. Например, H6TeO6 – гексаоксотеллурат (VI) водорода. В традиционных названиях для обозначения степени окисления элемента А применяют суффиксы:
Высшая или любая единственная степень окисления |
-н-, -ов-, -ев- |
Промежуточная степень окисления = +5, +6 |
-новат- |
Промежуточная степень окисления = +3, +4 |
-(ов) ист- |
Низшая степень окисления = +1 |
-новатист- |
Примеры: HClO4 – хлорная кислота; HClO3 – хлорноватая кислота;
HClO2 – хлористая кислота; HClO – хлорноватистая кислота.
При взаимодействии между собой гидроксидов и оксидов, с различными кислотно-основными свойствами, образуются соли.
Солипо составу подразделяются на простые, двойные, смешанные и комплексные.
Двойные соли образованы двумя различными катионами и одним анионом. Например, NaAl(SO4)2 – сульфат алюминия-натия.
Смешанные соли образованы несколькими различными анионами (кислотными остатками) и одним катионом. Например, CaCl(ClO) – хлорид-гипохлорит кальция или хлорная известь.
Комплексные соли содержат в своем составе сложные комплексные ионы, которые в химических реакциях, процессах растворения, в структуре кристалла ведут себя как самостоятельные единицы. Например, K4Fe(CN)6 - гексацианоферрат (II) калия диссоциирует в воде на ионы в соответствии с уравнением:
K4Fe(CN)6 → 4 K+ + Fe(CN)6 4-.
Комплексный анион практически не диссоциирует в водном растворе, поэтому Fe2+ не обнаруживается качественными реакциями.
Простые соли по характеру замещения подразделяются на средние (нормальные), кислые и основные.
Средние соли, например, CuSO4, Na2CO3 и другие, являются продуктами полного замещения ионов водорода в кислоте на другие катионы или продуктами полного замещения гидроксильных групп в основании на кислотные остатки.
Кислые соли можно рассматривать как продукты неполного замещения ионов водорода в двух- или более основной кислоте на другие катионы. Кислые соли получаются при взаимодействии кислоты или кислотного оксида с недостатком основания, либо взаимодействием средней соли с кислотой или кислотным оксидом:
H2SO4 + КOH → КHSO4 + H2O;
CO2 + NaOH → NaHCO3;
Вa3(PO4)2 + H3PO4→ 3 ВaHPO4;
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2.
Так как в анионе кислой соли содержится подвижный водород, то она частично сохраняет свойства кислоты и может вступать в реакцию нейтрализации с основаниями:
NaHSO4 + KOH = NaKSO4 + H2O.
Основные соли можно рассматривать как продукты неполного замещения ОН – групп в многокислотных основаниях на кислотные остатки. Эти соли получаются при взаимодействии основания с недостатком кислоты или средней соли:
Ва(OH)2 + HCl = ВаOHCl + H2O;
CoCl2 + КOH = CoOHCl +КCl.
Так как в состав основных солей входят гидроксильные группы, то они могут взаимодействовать с кислотами с образованием средних солей. Таким образом, основные соли частично сохраняют свойства оснований:
MgOHCl + HCl = MgCl2 + H2O
Систематические названия солей связаны с систематическими названиями соответствующих кислот. Традиционные названия солей кислородсодержащих кислот составляются из названия аниона в именительном падеже и катиона в родительном падеже. Название аниона включает корень русского или латинского названия кислотообразующего элемента с добавлением суффикса, соответствующего степени окисления элемента. При этом возможны следующие случаи:
если кислотообразующий элемент имеет только одну степень окисления, то добавляется суффикс –ат: Na2CO3 – карбонат натрия;
если кислотообразующий элемент имеет две степени окисления, то при высшей из них к корню добавляется суффикс –ат, а при низшей – -ит : CaSO4 – сульфат кальция, Na2SO3 – cульфит натрия;
если имеются анионы, отвечающие четырем степеням окисления кислотообразующего элемента, то для высшей степени окисления используется приставка пер- и суффикс -ат (КCl+7O4 – перхлорат калия),
- затем суффикс –ат (KCl+5O3 – хлорат калия), суффикс –ит (KCl+3O2 – хлорит калия) и для наименьшей степени окисления – приставка гипо- и суффикс –ит (KCl+1O - гипохлорит калия).
В названиях анионов солей бескислородных кислот используется суффикс –ид (K2S - сульфид калия).
При построении традиционных названий кислых солей к названию аниона средней соли добавляется приставка гидро- и числовая греческая приставка, если число атомов водорода в анионе больше одного [Ca(H2PO4)2 – дигидрофосфат кальция, Ca(HCO3)2 – гидрокарбонат кальция].
Традиционные названия основных солей формируются при помощи приставки гидроксо- и при необходимости соответствующей числительной приставки [(CuOH)2CO3– карбонат гидроксомеди (II)].