Взаємодія оксидів з водою, дія на індикатори утворених продуктів реакції

Вивчення параграфа допоможе вам:

На початку навчального року ви коротко повторили таку властивість води, як взаємодія з оксидами. Оскільки вона стосується оксидів, то, вивчаючи їх хімічні властивості, є сенс повернутися до неї ще раз.

1. ВЗАЄМОДІЯ ФОСФОР(У) ОКСИДУ з ВОДОЮ. Проведемо демонстраційний дослід.

Розчинимо в гарячій воді фосфор(У) оксид P₂O₅ (тверда речовина білого кольору). Розчин, що утворився, помістимо у дві пробірки. До першої пробірки додамо кілька крапель індикатора лакмусу; до другої — індикатора метилового оранжевого {мал. 48).

Пригадайте зміну кольору індикаторів у розчинах кислот і лугів. За потреби зверніться до Повторення (параграф 2).

Спостерігатимемо, як в обох пробірках розчини набули рожевого кольору. Результати спостереження свідчать про появу в пробірках розчину кислоти.

Звідки вона з’явилася, якщо в колбу до оксиду доливали воду? Висновок один — кислота утворилася з фосфор(У) оксиду та води. І це дійсно так. Частина долитої води вступила у взаємодію з фосфор(У) оксидом, і утворилась ортофосфатна кислота:

Води було додано з надлишком, тож інша її частина розчинила в собі утворену кислоту, розчин якої ми й випробували індикатором.

Чимало оксидів неметалічних елементів, а також оксиди деяких металічних елементів із високим значен-

ням валентності (V, VI, VII), подібно до фосфор(\^г) оксиду, сполучаються з водою й утворюють кислоти.

З відомих вам оксидів неметалічних елементів не реагує з водою силіцій(ІУ) оксид SiO₂ — основна складова частина річкового піску.

Ви вже знаєте, що Сульфур входить до складу двох оксигеновмісних кислот — сульфітної H₂SO₃ і сульфатної H₂SO₁. Які оксиди взаємодіяли з водою та утворили ці кислоти? Відповідь допоможуть знайти такі два правила:

1) Валентність кислототвірного елемента в кислоті й у відповідному їй оксиді — однакова.

2) Щоб визначити валентність кислототвірного елемента за формулою оксигеновмісної кислоти, необхідно від суми одиниць валентності Оксигену відняти суму одиниць валентності Гідрогену.

Скористаємося цими правилами й визначимо валентність Сульфуру в сульфітній та сульфатній кислотах.

Обчислення показали, що Сульфур у сульфітній кислоті чотирива лентний, а в сульфатній — шестивалентний.

Отже, сульфітна кислота утворюється за рівнянням

а сульфатна — за рівнянням

1. Скориставшись наведеним правилом, визначте валентність Мангану в перманганатній кислоті HMnO₄, Карбону — у карбонатній. За встановленою валентністю запишіть формули оксидів, що відповідають цим кислотам.

2. Напишіть рівняння реакцій добування перманганатноїй карбонатної кислот взаємодією встановлених вами оксидів із водою.

ПОНЯТТЯ ПРО ГІДРАТИ ОКСИДІВ. Речовини, що є продуктами взаємодії води з оксидами, мають загальну назву гідрати оксидів. У п’яти розглянутих прикладах (враховуючи вашу роботу у групах) гідратами оксидів стали кислоти.

Зверніть увагу! Вони утворились із оксидів немета-лічних елементів Фосфору, Сульфуру, Карбону та металічного елемента Мангану з високою валентністю.

Чимало металічних елементів проявляють невисоку валентність — I, II. Які гідрати оксидів утворюють їх оксиди? З’ясуємо це, провівши демонстраційний дослід із кальцій оксидом CaO.

ВЗАЄМОДІЯ КАЛЬЦІЙ ОКСИДУ з водою.

У порцелянову чашку помістимо невелику кількість кальцій оксиду (негашеного вапна) та обережно доллємо води (мал. 49).

Спостерігається «закипання» утвореної суміші. Воно спричинене тим, що негашене вапно активно реагує з водою й реакція супроводжується сильним розігріванням. Після закінчення цієї реакції вміст порцелянової чашки розчинимо в надлишку води й утворену неоднорідну суміш профільтруємо. Надалі працюватимемо з прозорим фільтратом, який розділимо на три пробірки.

У першу пробірку додамо кілька крапель лакмусу і спостерігатимемо, як розчин відразу набуває синього забарвлення. Зміна кольору використаного індикатора свідчить про наявність у розчині лугу.

Розглянемо рівняння реакції між кальцій оксидом та водою і з’ясуємо, що це за луг:

Проведений дослід свідчить, що, крім кислот, гідратами оксидів є розчинні у воді основи — луги.

ДІЯ ІНДИКАТОРІВ НА РОЗЧИНИ ОСНОВ (ЛУГИ).

Формулюємо гіпотезу (передбачення), що лакмус можна використовувати як індикатор для виявлення не лише кальцій оксиду, а й інших лугів. З метою перевірки гіпотези проведемо такий дослід.

Наллємо у пробірку 1— 2 мл розчину натрій гідроксиду (NaOH) та додамо до нього кілька крапель лакмусу (мал. 50). Результат підтверджує наше передбачення: розчин набув однакового з розчином кальцій гідроксиду синього забарвлення.

До другої пробірки з кальцій гідроксидом додамо кілька крапель метилового оранжевого (метилоранжу). Спостерігаємо, як розчин стає жовтим (мал. 51).

Додамо кілька крапель метилового оранжевого до розчину натрій гідроксиду чи розчину якоїсь іншої розчинної у воді основи. Отримаємо результат, однаковий із дослідом 4. Існує ще одна речовина, дуже чутлива до наявності в розчині основ, — це фенолфталеїн. Пригадайте, розчин цієї речовини у воді безбарвний. Проведемо дослід.

У третю пробірку з розчином кальцій гідроксиду додамо кілька крапель фенолфталеїну — розчин відразу стає яскраво-малинового кольору (мал. 52).

Додамо кілька крапель фенолфталеїну до розчину натрій гідроксиду чи якоїсь іншої розчинної у воді основи. Спостерігаємо однаковий результат із дослідом 6.

У розчинах основ (лугів) лакмус змінює своє забарвлення на синє, фенолфталеїн набуває яскравого малинового забарвлення. А метиловий оранжевий — жовтого.

Лугів не так і багато. До них належать гідрати оксидів металічних елементів, розташованих у періодичній системі в першій групі головній під групі та другій групі головній підгрупі, окрім Берилію Be і Магнію Mg.

!.Напишіть формули та назви лугів, скориставшись наведеною вище інформацією.

2. Як водні розчини цих речовин будуть діяти на індикатори?

3. Напишіть формули основ, що відповідають купрум(ІІ) оксиду та ферум(ІІІ) оксиду.

Продовжимо досліджувати взаємодію оксидів з водою.

Помістимо в хімічний стакан трохи купрум(ІІ) оксиду, доллємо до нього води, ретельно розмішаємо, після чого профільтруємо. До прозорого фільтрату додамо кілька крапель фенолфталеїну. Появи малинового забарвлення не сталося.

Аналогічний результат матимемо й у випадку з ферум(ІИ) оксидом. Це доводить, що далеко не всі основи добувають взаємодією відповідного оксиду з водою. Але й не означає, що гідрати оксидів для них не характерні. Просто останні одержують іншим способом.

Щоб закріпити знання про дію індикаторів на розчини кислот і лугів, виконайте лабораторні досліди 2 і 4.

Лабораторний дослід 1.

Дія водних розчинів лугів на індикатори

Для проведення досліду вам знадобляться: розчини лугів, індикатори, пробірки, штатив для пробірок, дистильована вода.

Здійсніть експериментальну перевірку дії водних розчинів виданих вам лугів на лакмус, метиловий оранжевий, фенолфталеїн.

Виконуючи дослід, у три пробірки налийте по 1 мл розчину лугу та додайте по кілька крапель індикатора лужного середовища. В одну пробірку додавайте лише один індикатор!

Для порівняння в наступні три пробірки налийте дистильованої води й повторіть дослід із кожним з індикаторів. Спостерігайте за змінами в кожній із шести пробірок. Результати спостережень занесіть до таблиці, зазначивши у графах з індикаторами колір, якого кожен із них набув у розчинах лугу та воді.

Таблиця для фіксації результатів

За результатами проведеного дослідження сформулюйте висновок.

Лабораторний дослід 2.

Дія водних розчинів кислот на індикатори

Для проведення досліду вам знадобляться: розчини кислот, індикатори, пробірки, штатив для пробірок, дистильована вода.

І Здійсніть експериментальну перевірку дії виданого вам водного розчину кислоти (кислот) на лакмус і метиловий оранжевий.

Виконуючи дослід, у дві пробірки налийте по 1 мл розчину кислоти (може бути як одна кислота в усіх пробірках, так і різні) та додайте по кілька крапель індикатора. В одну пробірку додавайте лише один індикатор!

І Для порівняння ще у дві пробірки налийте дистильованої води й повторіть дослід з індикаторами. Спостерігайте за змінами в кожній із чотирьох пробірок. Результати спостережень занесіть до таблиці, зазначивши у графах з індикаторами колір, якого кожен із них набув у розчинах кислоти та воді.

Таблиця для фіксації результатів

За результатами проведеного дослідження сформулюйте висновок.

T

Оксиди лужних металічних елементів (мають валентність І) взаємодіють з водою й утворюють розчинні основи, або луги. Така сама взаємодія з водою відбувається в кальцій оксиду CaO, стронцій оксиду SrO, барій оксиду BaO (валентність металічного елемента II).

Інші оксиди металічних елементів із невисокою валентністю (І і II) з водою не взаємодіють, проте відповідним нерозчинні у воді основи існують, наприклад CuO і Cu(OH)₂.

Більшість оксидів неметалічних елементів взаємодіють із водою за звичайних умов, утворюючи кислоти.

Валентність кислототвірного елемента в кислоті дорівнює його валентності у відповідному оксиді.

Кислоти й основи мають загальну назву — гідрати оксидів.

Кислоти та луги в розчині можна виявити за допомогою індикаторів. Лакмус і метиловий оранжевий є індикаторами кислот, фенолфталеїн, лакмус і метиловий оранжевий — лугів.

Перший індикатор виготовили з природної сировини. Сталося це так. Якось англійському вченому Роберту Бойлю (1627—1691) знадобилася посудина, в якій він виготовив водну настоянку лакмусового лишайника. Він звільнив посудину від настоянки, налив у неїхлоридної кислоти й помітив, що безбарвний до цього розчин кислоти став червоним. Потім він додав кілька крапель настоянки до розчину натрій гідроксиду. Цього разу розчин став синім. Так було відкрито та вперше використано індикатор кислого та лужного середовищ, який назвали лакмусом. Згодом настоянкою почали просочувати папірці, а потім їх висушували і використовували в хімічних лабораторіях.

Перелічіть хімічні елементи, оксиди яких взаємодіють із водою з утворенням основ. Наведіть приклади.

Які основи дістали назву лугів?

Перелічіть хімічні елементи, оксиди яких взаємодіють із водою з утворенням кислоти. Наведіть приклади.

Установіть відповідність між формулами оксидів та формулами гідратів оксидів, записавши їх парами в зошит.

Укажіть якомога більше характеристик для переліку формул:

Виберіть зайву формулу в кожному переліку:

Аргументуйте свій вибір.

Напишіть рівняння можливих реакцій за напівсхемами:

Є три пробірки без етикеток, наповнені на третину зовні однаковими рідинами. Проте відомо, що в одній міститься вода, в іншій — розчин кислоти, а ще в іншій — розчин основи. Як дослідним шляхом з'ясувати, у якій із пробірок міститься кожна речовина?

Як ви вважаєте, чому для виконання лабораторного досліду 1 потрібні були три пробірки, а для лабораторного досліду 2 — дві?

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Ярошенко