Оксиды: основные, кислотные и амфотерные
Оксиды — сложные вещества из двух элементов, один из которых кислород в степени окисления −2: CaO, CO₂, Al₂O₃. По химическим свойствам оксиды делят на основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие: основные реагируют с кислотами, кислотные — со щелочами, амфотерные — и с теми, и с другими. Ниже — классификация, свойства каждого класса с уравнениями реакций, получение и названия оксидов.
Классификация оксидов
Оксиды делят на солеобразующие — им соответствуют гидроксиды и соли — и несолеобразующие. Солеобразующие бывают основными, кислотными и амфотерными. Тип оксида зависит от элемента и его степени окисления.
| Тип оксида | Какие элементы | Примеры | Гидроксид |
|---|---|---|---|
| Основный | металлы в степени окисления +1, +2 | Na₂O, CaO, CuO, FeO | основание: NaOH, Ca(OH)₂ |
| Кислотный | неметаллы; металлы в степени окисления +5…+7 | CO₂, SO₃, P₂O₅, CrO₃ | кислота: H₂CO₃, H₂SO₄, H₃PO₄ |
| Амфотерный | Be, Zn, Pb(II), Al и многие металлы в степени окисления +3, +4 | ZnO, Al₂O₃, Cr₂O₃, Fe₂O₃ | амфотерный гидроксид: Zn(OH)₂, Al(OH)₃ |
| Несолеобразующий | некоторые неметаллы в низких степенях окисления | CO, NO, N₂O | нет |
У элемента с переменной степенью окисления характер оксидов меняется с её ростом: CrO — основный, Cr₂O₃ — амфотерный, CrO₃ — кислотный. Так же у марганца: MnO — основный, MnO₂ — амфотерный, Mn₂O₇ — кислотный.
Не все соединения с кислородом — оксиды. В пероксидах H₂O₂ и Na₂O₂ кислород имеет степень окисления −1. Железная окалина Fe₃O₄ — смешанный оксид, его можно представить как FeO·Fe₂O₃.
Основные оксиды
Основные оксиды образуют металлы в степени окисления +1 и +2 (кроме Be, Zn, Sn, Pb). Им соответствуют основания: CaO — Ca(OH)₂, CuO — Cu(OH)₂. Химические свойства основных оксидов:
- С водой реагируют только оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов — получается щёлочь: CaO + H₂O → Ca(OH)₂, Na₂O + H₂O → 2NaOH. Гашение извести идёт с сильным разогревом. Оксиды меди, железа и других малоактивных металлов с водой не реагируют.
- С кислотами — образуются соль и вода: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O, MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O. Сокращённое ионное уравнение: CuO + 2H⁺ → Cu²⁺ + H₂O.
- С кислотными оксидами — образуется соль: CaO + CO₂ → CaCO₃, CaO + SiO₂ → CaSiO₃ t°.
- С амфотерными оксидами — при сплавлении: Na₂O + Al₂O₃ → 2NaAlO₂ t°.
- Восстановление до металла: оксиды малоактивных металлов при нагревании восстанавливаются водородом, углём или угарным газом — H₂ + CuO → Cu + H₂O t°.
Растворение основного оксида в кислоте можно провести самим: в свободном режиме лаборатории насыпьте чёрный порошок CuO в серную кислоту и нагрейте на спиртовке — порошок растворится, а раствор посинеет от ионов Cu²⁺.
Основные оксиды в справочнике
- Li₂OОксид литияОсновный оксид
- Na₂OОксид натрияОсновный оксид
- K₂OОксид калияОсновный оксид
- MgOОксид магнияОсновный оксид
- CaOОксид кальцияОсновный оксид
- BaOОксид барияОсновный оксид
- FeOОксид железа(II)Основный оксид
- CuOОксид меди(II)Основный оксид
- Cu₂OОксид меди(I)Основный оксид
- Ag₂OОксид серебра(I)Основный оксид
- HgOОксид ртути(II)Основный оксид
- CrOОксид хрома(II)Основный оксид
- MnOОксид марганца(II)Основный оксид
Кислотные оксиды
Кислотные оксиды образуют неметаллы (CO₂, SO₂, SO₃, P₂O₅, SiO₂, N₂O₅) и металлы в высоких степенях окисления (CrO₃, Mn₂O₇). Каждому соответствует кислота: SO₃ — серная, P₂O₅ — фосфорная, CO₂ — угольная. Поэтому кислотные оксиды называют ещё ангидридами кислот. Свойства кислотных оксидов:
- С водой — образуется кислота: SO₃ + H₂O → H₂SO₄, P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄, CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃. Исключение — SiO₂: песок и кварц в воде не растворяются, кремниевую кислоту получают из силикатов.
- Со щелочами — образуются соль и вода: CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O, SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O. Помутнение известковой воды — качественная реакция на углекислый газ: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O.
- С основными оксидами — образуется соль: Na₂O + CO₂ → Na₂CO₃.
- Нелетучий оксид вытесняет летучий из солей при сплавлении: SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂↑ t°.
Углекислый газ получают в опыте «Углекислый газ»: мрамор или сода реагируют с кислотой, а горящая лучина в собранном газе гаснет.
Кислотные оксиды в справочнике
- CO₂Углекислый газКислотный оксид
- SO₂Сернистый газКислотный оксид
- SO₃Оксид серы(VI)Кислотный оксид
- NO₂Оксид азота(IV)Кислотный оксид
- N₂O₅Оксид азота(V)Кислотный оксид
- P₂O₅Оксид фосфора(V)Кислотный оксид
- SiO₂Оксид кремния(IV)Кислотный оксид
- CrO₃Оксид хрома(VI)Кислотный оксид
- Cl₂O₇Оксид хлора(VII)Кислотный оксид
- Mn₂O₇Оксид марганца(VII)Кислотный оксид
- N₂O₃Оксид азота(III)Кислотный оксид
Амфотерные оксиды
Амфотерные оксиды проявляют двойственные свойства: реагируют и с кислотами, и со щелочами. Типичные примеры — ZnO, Al₂O₃, Cr₂O₃, PbO, BeO; у Fe₂O₃ амфотерность выражена слабо, основные свойства преобладают. С водой амфотерные оксиды не реагируют.
- С кислотами ведут себя как основные оксиды: ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O, Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O.
- Со щелочами в растворе образуют комплексные соли: ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄].
- Со щелочами при сплавлении — средние соли и воду: Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O сплавление, ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O сплавление.
- С оксидами при сплавлении: с основными (как Al₂O₃ с Na₂O выше) и с кислотными — Al₂O₃ + 3SO₃ → Al₂(SO₄)₃.
Амфотерность удобно увидеть на гидроксиде. В опыте «Гидроксид алюминия» к раствору AlCl₃ приливают щёлочь: сначала выпадает белый студенистый осадок Al(OH)₃, а в избытке щёлочи он растворяется — Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄].
Амфотерные оксиды в справочнике
Несолеобразующие оксиды
Несолеобразующие, или безразличные, оксиды — CO, NO, N₂O — не образуют солей ни с кислотами, ни со щелочами, и гидроксидов у них нет. Но химически инертными их назвать нельзя: они вступают в окислительно-восстановительные реакции.
- Угарный газ горит синим пламенем: 2CO + O₂ → 2CO₂ t°.
- CO восстанавливает металлы из оксидов — на этом основана выплавка чугуна в доменной печи: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ t°.
- Оксид азота(II) на воздухе сразу окисляется до бурого NO₂: 2NO + O₂ → 2NO₂.
Осторожно: угарный газ ядовит: он связывается с гемоглобином крови прочнее кислорода. У него нет цвета и запаха, поэтому печи и газовые колонки требуют исправной вентиляции.
Химические свойства оксидов: сводная таблица
Свойства всех классов в одной таблице: «+» — реакция идёт, «−» — не идёт.
| Реагент | Основный оксид | Кислотный оксид | Амфотерный оксид |
|---|---|---|---|
| Вода | + (только оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов) | + (кроме SiO₂) | − |
| Кислота | + | − | + |
| Щёлочь | − | + | + |
| Основный оксид | − | + | + (сплавление) |
| Кислотный оксид | + | − | + (сплавление) |
Общее правило: реагируют вещества противоположной природы — основные с кислотными, амфотерные с теми и другими. Известное исключение — оксид кремния, который растворяется в плавиковой кислоте: SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O; поэтому ею травят стекло. Ниже — реакции оксидов из справочника; у каждой есть страница с условиями, признаками и балансом атомов.
Реакции оксидов
- CaO + H₂O → Ca(OH)₂СоединенияВ природе и быту
- CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂OОбмена
- H₂ + CuO → Cu + H₂OЗамещенияОВРt°
- 2H₂S + SO₂ → 3S↓ + 2H₂OДругого типаОВР
- 2Ag₂O → 4Ag + O₂↑РазложенияОВРt°
- Na₂O + H₂O → 2NaOHСоединения
- MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂OОбмена
- Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂OЗамещенияОВРt°
- 2Na₂O₂ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + O₂↑Другого типаОВРВ природе и быту
- 2HgO → 2Hg + O₂↑РазложенияОВРt°
- K₂O + H₂O → 2KOHСоединения
- Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂OОбменаВ природе и быту
- Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2FeЗамещенияОВРt°
- CO + CuO → Cu + CO₂Другого типаОВРt°
- 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂↑РазложенияОВРЭлектролизПроизводствоэл. ток (расплав в криолите)
- BaO + H₂O → Ba(OH)₂Соединения
Получение оксидов
- Горение простых веществ: 2Mg + O₂ → 2MgO t°, S + O₂ → SO₂ t°, 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ t°.
- Горение сложных веществ — обычно получаются оксиды элементов, входящих в вещество: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O t°, 2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O t°.
- Разложение нерастворимых оснований при нагревании: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O t°, 2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O t°. Первую реакцию выполняют в опыте «Оксид меди(II) из гидроксида»: голубой осадок при нагревании чернеет.
- Разложение солей — карбонатов и нитратов: CaCO₃ → CaO + CO₂↑ t° (так получают негашёную известь), 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑ t°.
- Разложение кислородсодержащих кислот: H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O t°, H₂CO₃ → CO₂↑ + H₂O.
Названия оксидов
Название оксида составляют так: слово «оксид» + название элемента в родительном падеже. Если степень окисления элемента переменная, её указывают римской цифрой в скобках без пробела: FeO — оксид железа(II), Fe₂O₃ — оксид железа(III), SO₂ — оксид серы(IV), SO₃ — оксид серы(VI). Для элементов с постоянной степенью окисления цифру не ставят: MgO — оксид магния, Al₂O₃ — оксид алюминия.
Как найти степень окисления по формуле, показано на странице степень окисления: в N₂O₅ на пять атомов кислорода приходится −10, значит, у каждого из двух атомов азота +5 — это оксид азота(V).
Тривиальные названия оксидов: CaO — негашёная известь, CO₂ — углекислый газ (твёрдый — сухой лёд), CO — угарный газ, SO₂ — сернистый газ, SiO₂ — кремнезём, кварц, Al₂O₃ — глинозём, корунд, N₂O — веселящий газ, Fe₃O₄ — магнитный железняк. Другие вещества с бытовыми названиями собраны в справочнике веществ.
Проведите опыт онлайн
Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.
Оксид меди(II) из гидроксида
Голубой осадок Cu(OH)₂ при нагревании на спиртовке чернеет — образуется CuO.
Гидроксид алюминия
Щёлочь к хлориду алюминия — белый студенистый осадок, в избытке растворяется.
Читайте также
Частые вопросы
Как определить, какой оксид: основный, кислотный или амфотерный?
По элементу и его степени окисления. Металл в степени окисления +1 или +2 обычно даёт основный оксид (Na₂O, CaO, CuO), исключения — ZnO, BeO, PbO. Металл в степени окисления +3 или +4 — амфотерный (Al₂O₃, Cr₂O₃). Неметалл или металл в степени окисления +5…+7 — кислотный (SO₃, P₂O₅, CrO₃). CO, NO и N₂O — несолеобразующие.
Какие оксиды реагируют с водой?
Оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов — с образованием щелочей, и почти все кислотные оксиды — с образованием кислот. Не реагируют с водой SiO₂, амфотерные оксиды, оксиды малоактивных металлов (CuO, FeO) и несолеобразующие оксиды.
Какие оксиды амфотерные?
ZnO, Al₂O₃, BeO, Cr₂O₃, PbO, SnO, а также оксиды многих переходных металлов в степени окисления +3 и +4, например Fe₂O₃ и MnO₂. Они реагируют и с кислотами, и со щелочами.
Почему CO, NO и N₂O называют несолеобразующими?
Им не соответствуют ни кислоты, ни основания, и солей при реакции с кислотами и щелочами они не дают. При этом они вступают в окислительно-восстановительные реакции: CO горит и восстанавливает металлы из оксидов, NO окисляется кислородом воздуха.
Чем оксиды отличаются от гидроксидов?
Оксид состоит из двух элементов, один из которых кислород: CaO, SO₃. В гидроксиде есть ещё водород в составе групп OH: Ca(OH)₂ — основание, H₂SO₄ — кислородсодержащая кислота. Многие гидроксиды получаются при реакции оксида с водой: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.