Взаимодействие воды с оксидами

Понятие о кислотах и основаниях

Многие оксиды способны вступать в химические реакции с водой. Обычно эти реакции являются реакциями соединения, в результате которых образуются продукты присоединения воды к оксидам. Вещества, образующиеся путем соединения воды с другими веществами, называют гидратами.

В зависимости от того, с каким оксидом взаимодействует вода, может образоваться два типа гидратов: кислоты и основания. Кислоты состоят из атомов Гидрогена и кислотного остатка (H₂SO₄, ^ТОд), а в формулах оснований на первое место записывают металлический элемент, с которым соединяется гидроксильная группа — ОН (KOH, Ba(OH)₂). В зависимости от гидрата, соответствующему определенному оксиду, среди оксидов выделяют две группы: кислотные оксиды. и основные оксиды.

Кислотные оксиды

Все кислотные оксиды, за исключением силиций(^) оксида SiО₂, в обычных условиях вступают в реакции соединения с водой с образованием кислот:

Оксиды, гидраты которых являются кислотами, называют кислотными оксидами.

Большинство кислотных оксидов — это оксиды неметаллических элементов. Но кислотные оксиды могут образовывать и металлические элементы, если эти элементы могут проявлять высокие валентности, выше четырех. Так, к кислотным оксидам относится хром(У1) оксид Сг0₃ и манган(УП) оксид Мп₂0₇.

Формулы наиболее употребляемых кислотных оксидов и соответствующих им кислот приведены в таблице 5.

Основные оксиды

Продукты реакции оксидов с водой (гидраты) могут проявлять основные свойства. Если гидрат оксида является основанием, то такой оксид — основный.

Оксиды, гидраты которых являются основаниями, называют основными оксидами.

К основным оксидам относятся оксиды металлических элементов. Это, как правило, оксиды одно-, дву-, а иногда трехвалентных металлических элементов (табл. 6).

Большинство основных оксидов с водой не взаимодействуют. В реакцию с водой вступают лишь оксиды, гидраты которых растворяются в воде (см. табл. 6, с. 161). Такие гидраты называют щелочами:

• Единственный кислотный оксид, который в обычных условиях не взаимодействует с водой,— это силиций(1У) оксид SiO₂, которому соответствует силикатная кислота H₂SiO₃. Он широко распространен в природе в составе минерала кварца. Обычный кварцевый песок на берегах морей и рек — это и есть силиций(1У) оксид.

• При взаимодействии кальций оксида (негашеной извести) с водой образуется кальций гидроксид (гашеная известь). Во время этой реакции выделяется так много теплоты, что вода может закипеть. Эту реакцию используют в так называемых химических грелках для разогревания завтраков или напитков в одноразовых пакетах.

Выявление кислот и оснований в растворах

Большинство оксидов и соответствующих им гидратов — бесцветные соединения, поэтому выявить их наличие или различить кислоты и основания без «посторонней помощи» невозможно. Для выявления кислот и оснований в растворах используют индикаторы — сложные органические соединения, которые изменяют свою окраску в зависимости от наличия кислоты или основания в растворе (рис. 114). Наиболее употребляемые индикаторы и их цвет при наличии кислот и оснований приведены в таблице 7.

Таблица 7. Цвет некоторых индикаторов при наличии кислот, оснований и в воде

Чаще всего индикаторы используют в виде растворов — в воде или спирте. Удобнее использовать индикаторную бумагу — обычную бумагу, пропитанную раствором индикатора (рис. 115).

ЛАБОРАТОРНЫЙ ОПЫТ № 5

Испытание водных растворов кислот и щелочей индикаторами

Оборудование: штатив с пробирками.

Реактивы: растворы основания, кислоты, вода, метилоранж, фенолфталеин, лакмус.

Правила безопасности:

• для опытов используйте небольшие количества реактивов;

• остерегайтесь попадания реактивов на одежду, кожу, в глаза.

1. Подготовьте по три пробирки с водой, раствором кислоты и раствором основания.

2. В первую пробирку с водой добавьте несколько капель раствора метилоранжа, во вторую — лакмуса, в третью — фенолфталеина.

3. Добавьте индикаторы к растворам кислоты и основания.

4. Сравните цвет индикаторов в разных пробирках. Запишите результаты в тетрадь.

Выводы:

1. Оксиды способны соединяться с водой с образованием гидратов. Гидраты кислотных оксидов — кислоты, а основных — основания.

2. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллических элементов и оксиды металлических элементов с валентностью выше IV. К основным оксидам относятся оксиды металлических элементов с валентностью I, II и иногда 111.

3. Для выявления кислот и оснований в растворе используют индикаторы — вещества, цвет которых изменяется при наличии кислоты или основания.

Контрольные вопросы

1. Какие оксиды называют кислотными, а какие — основными?

2. Какие вещества называют гидратами?

3. Какие оксиды (кислотные и основные) в обычных условиях взаимодействуют с водой, а какие — нет?

Задания для усвоения материала

1. Приведите уравнения реакций кислотных и основных оксидов с водой.

2. Из приведенного перечня выпишите отдельно формулы оксидов: а) кислотных; б) основных. №₂0, Р₂0₅, С0₂, SO₃, СгО, Си₂0, SiО₂, Мп₂0₇.

3. Какие из приведенных оксидов взаимодействуют с водой? Составьте соответствующие уравнения реакций. №₂0, С0₂, SO₃, СгО, SiО₂.

4. Раствор, который образовался при растворении газообразного оксида в воде, окрашивает лакмус в красный цвет. Какой это газ мог бы быть? Составьте уравнения реакций.

5. Гашение извести — это взаимодействие негашеной извести (кальций оксида) с водой. Составьте уравнение этой реакции.

6. Как вы считаете, существуют ли в природных условиях фосфор(У) оксид, сульфур(У1) оксид и натрий оксид? Ответ обоснуйте.

7. Дополните схемы реакций и назовите продукты реакции:

а) Ы₂0 + Н₂0 ^......; б) SO₂ + Н₂0 ^......; в) ......+ Н₂0 ^ Ва(ОН)₂.

8*. Некоторые оксиды используют как осушители для обезвоживания газов. На каком принципе основано действие оксидов как осушителей? Какие оксиды можно для этого использовать и почему?

Это материал учебника Химия 7 класс Григорович