Ответы к §41. Оксиды, их классификация и свойства

Лабораторный опыт №27

Взаимодействие основных оксидов с кислотами.
В пробирку поместите немного (объёмом со спичечную головку) порошка оксида меди (II). Отметьте его цвет. Налейте в пробирку с оксидом меди (II) 1 − 2 мл раствора серной кислоты. Для ускорения реакции слегка нагрейте содержимое пробирки. Что наблюдаете? Поместите на стеклянную или фарфоровую пластину 1 − 2 капли полученного раствора, используя стеклянную палочку или пипетку, и выпарьте его. Что образовалось на стеклянной пластине? Напишите молекулярное и ионные уравнения реакций между оксидом меди (II) и серной кислотой.

Ответ:

В пробирку поместим немного порошка оксида меди (II). Оксид меди (II) имеет черный цвет. Нальём в пробирку с оксидом меди (II) 1 − 2 мл раствора серной кислоты. Для ускорения реакции слегка нагреем содержимое пробирки. При нагревании наблюдается растворение оксида меди (II) и окрашивание раствора в синий цвет.
$CuO + H_{2}SO_{4} ⟶ CuSO_{4} + H_{2}O$
$CuO + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} ⟶ Cu2^{+} + SO_{4}^{2-} + H_{2}O$
$CuO + 2H^{+} ⟶ Cu^{2+} + H_{2}O$
Поместим на стеклянную пластину 1 − 2 капли полученного раствора и выпарим его. После выпаривания полученного раствора образуются кристаллы синего цвета, это сульфат меди (II).

Лабораторный опыт №28

Взаимодействие осно́вных оксидов с водой.
Налейте в две пробирки по 2 − 3 мл дистиллированной воды. Добавьте в каждую пробирку по 2 − 3 капли раствора фенолфталеина.
Поместите в 1−ю пробирку немного (не более половины спичечной головки) оксида кальция, а во 2−ю− оксида меди (II).
Перемешайте содержимое пробирок. Что наблюдаете?
Составьте возможные молекулярные и ионные уравнения проведённых реакций.
Сформулируйте вывод о взаимодействии осно́вных оксидов с водой.

Ответ:

В пробирке с оксидом кальция наблюдается окрашивание раствора фенолфталеина в малиновый цвет, потому что в результате реакции оксида кальция с водой образуются гидроксид−ионы
$CaO + H_{2}O = Ca(OH)_{2}$
$CaO + H_{2}O = Ca + 2OH^{-} $
В пробирке с оксидом меди (II) не наблюдается изменение цвета раствора.
$CuO + H_{2}O$ ⇸
Таким образом, основные оксиды, образованные щелочными и щелочноземельными металлами, взаимодействуют с водой, образуя растворимое в воде основание — щёлочь.
Основные оксиды других металлов не взаимодействуют с водой.

Лабораторный опыт №29

Взаимодействие кислотных оксидов с щелочами.
Налейте в пробирку 2 мл известковой воды. Опишите раствор. Используя трубку с тонко оттянутым концом, продуйте через известковую воду в пробирке выдыхаемый вами воздух. Что наблюдаете? Составьте молекулярные и ионные уравнения реакции. В чём сущность реакции щёлочи с кислотным оксидом?

Ответ:

В пробирку нальём 2 − 3 мл известковой воды. Это мутный раствор, поскольку гидроксид кальция плохо растворим в воде. Поместим в пробирку трубку с тонко оттянутым концом. Осторожно пропустим через раствор выдыхаемый воздух, который содержит углекислый газ. При пропускании воздуха через известковую воду, наблюдаем еще большее помутнение раствора из-за выпадения карбоната кальция в виде белого осадка.
$Ca(OH)_{2} + CO_{2} ⟶ CaCO_{3}↓ + H_{2}O$
$Ca^{2+} + 2OH^{-}+ CO_{2} ⟶ CaCO_{3}↓ + H_{2}O$
В результате реакции щёлочи с кислотным оксидом образуется соль и вода (реакция обмена).

Лабораторный опыт №30

Взаимодействие кислотных оксидов с водой.
Налейте в 1−ю пробирку 2 − 3 мл дистиллированной воды, а во 2−ю − газированную воду (раствор оксида углерода (IV) в воде). Поместите в 1−ю пробирку немного (на кончике шпателя) оксида кремния (IV). Добавьте в каждую пробирку по 2 − 3 капли раствора лакмуса. Перемешайте содержимое пробирок. Что наблюдаете? Составьте молекулярные уравнения проведённых реакций. Сформулируйте вывод о взаимодействии кислотных оксидов с водой.

Ответ:

После добавления раствора лакмуса в пробирку с дистиллированной водой и оксидом кремния (IV), цвет индикатора не изменяется.
$SiO_{2} + H_{2}O$ ⇸
После добавления раствора лакмуса в пробирку с газированной водой (раствором оксида углерода (IV) в воде), цвет индикатора изменился на красный, т. к. в результате реакции оксида углерода (IV) и воды образуется угольная кислота:
$CO_{2} + H_{2}O ⇄ H_{2}CO_{3}$
Таким образом, кислотные оксиды взаимодействуют с водой (за исключением $SiO_{2}$) с образованием кислоты.

i. Работа в информационной среде

1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.

Ответ:

1. https://www.yaklass.ru/p/himija/89−klass/klassy−neorganicheskikh−veshchestv−14371/oksidy−klassifikatciia−svoistva−poluchenie−13609
2. http://www.hemi.nsu.ru/ucheb182.htm
3. https://himi4ka.ru/arhiv−urokov/urok−32−himicheskie−svojstva−oksidov.html
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Солеобразующие_оксиды
5. http://ddutvyborg.spb.ru/wp−content/uploads/2017/06/Oxidy.pdf
6. https://blog.tutoronline.ru/oksidy−klassifikacija−i−himicheskie−svojstva
7. https://foxford.ru/wiki/himiya/oksidy

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

Ответ:

Типичные свойства основных оксидов: взаимодействие их с кислотами, кислотными оксидами и водой.
Основные оксиды − солеобразующие оксиды металлов, которым соответствуют основания. Как правило, металлы в них проявляют степень окисления +1 или +2. К ним относятся оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов, а также оксиды переходных металлов в низших степенях окисления.
Единственным элементом, не образующим оксид, является фтор, который в соединении с кислородом образует фторид кислорода. Это связано с тем, что фтор является более электроотрицательным элементом, чем кислород.
Данный класс соединений является очень распространенным. Каждый день человек встречается с разнообразными оксидами в повседневной жизни. Вода, песок, выдыхаемый нами углекислый газ, выхлопы автомобилей, ржавчина — все это примеры оксидов.
Химические свойства.
1. Могут взаимодействовать с водой с образованием соответствующих гидроксидов. В реакцию с водой вступают не все основные оксиды, а только оксиды наиболее активных металлов, которые расположены в главных подгруппах первой и второй групп Периодической таблицы.
2. Взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды. В образующейся соли валентность атомов металла такая же, как в исходном оксиде, а валентность кислотного остатка такая же, как в исходной кислоте.
3. Взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли.В образующейся соли валентность атомов металла такая же, как и в исходном основном оксиде. В состав соли входит остаток той кислоты, которая соответствует кислотному оксиду, вступающему в реакцию.
4. Многие основные оксиды могут восстанавливаться до простых веществ.
5. Оксиды благородных металлов и ртути разлагаются при нагревании.

?. Вопросы и задания

1. Из перечня выпишите формулы осно́вных и кислотных оксидов и запишите соответствующие им формулы оснований и кислот:
$SiO_{2}, CrO_{3}, MgO, Mn_{2}O_{7}, Cu_{2}O, SO_{2}, FeO, N_{2}O_{3}, K_{2}O, NiO, Na_{2}O, NO, BaO$.
Назовите все вещества.

Ответ:

Основные оксиды и основания.

Основные оксиды    Основания
MgO − оксид магния $ Mg(OH)_{2}$ − гидроксид магния
$Cu_{2}O$ − оксид меди (I) CuOH − гидроксид меди (I)
FeO− оксид железа (II) $Fe(OH)_{2}$ − гидроксид железа (II)
$K_{2}O $ − оксид калия KOH − гидроксид калия
NiO − оксид никеля (II) $Ni(OH)_{2} $− гидроксид никеля (II)
$Na_{2}O$ − оксид натрия NaOH − гидроксид натрия
BaO − оксид бария $Ba(OH)_{2}$ − гидроксид бария

Кислотные оксиды и кислоты.

Кислотный оксид  Кислота
$ SiO_{2}$ − оксид кремния (IV) $H_{2}SiO_{3}$ − кремниевая кислота
$CrO_{3} $ − оксид хрома (VI) $ H_{2}CrO_{4}$ − хромовая кислота
$Mn_{2}O_{7}$ − оксид марганца (VII) $ HMnO_{4}$ − марганцовая кислота
$SO_{2} $ − оксид серы (IV) $ H_{2}SO_{3}$ − сернистая кислота
$N_{2}O_{3} $ − оксид азота (III) $HNO_{2}$ − азотистая кислота
NO − оксид азота (II) несолеобразующий оксид

2. Дайте характеристику химических свойств оксида серы (IV). Запишите уравнения характерных реакций.

Ответ:

Оксид серы (IV) – кислотный оксид.
1) Растворяется в воде с образованием слабой и неустойчивой сернистой кислоты:
$SO_{2} + H_{2} ⇄ H_{2}SO_{3}$
2) С основными оксидами образует сульфиты:
$SO_{2} + CaO = CaSO_{3} $
3) С щелочами образует сульфиты:
$ SO_{2} + 2NaOH = Na_{2}SO_{3} + H_{2}O$
4) Окислительно−восстановительные реакции:
$5SO_{2} + 2KMnO_{4} + 2 H_{2}O = MnSO_{4} + K_{2}SO_{4} + 2H_{2}SO_{4}$

3. Допишите уравнения возможных химических реакций:
а) $Fe_{2}O_{3} + H_{2}O$ ⟶
б) $KOH_{(изб.)} + P_{2}O_{5}$ ⟶
в) $BaO + HNO_{3}$ ⟶
г) $CaO + SiO_{2}$ ⟶
д) $Na_{2}O + N_{2}O_{5}$ ⟶
е) $N_{2}O + NaOH$ ⟶
Если реакция не протекает, укажите причину.

Ответ:

а) $Fe_{2}O_{3} + H_{2}O$ ⇸  реакция не идёт, т. к. образуется нерастворимое основание $Fe(OH)_{3}$

б) $KOH_{(изб.)} + P_{2}O_{5} ⟶ 2K_{3}PO_{4} + 3H_{2}O $

в) $BaO + HNO_{3} ⟶ Ba(NO_{3})_{2} + H_{2}O $

г) $CaO + SiO_{2} ⟶ CaSiO_{3} $

д) $Na_{2}O + N_{2}O_{5} ⟶ 2NaNO_{3}$

е) $N_{2}O + NaOH$ ⇸  реакция не идёт, т. к. $N_{2}O$ несолеобразующий оксид

4. В воде объёмом 420 мл растворили оксид серы (VI) массой 40 г. Вычислите массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

Ответ:

Дано:
V ($H_{2}O$) = 420 мл;
m ($SO_{3}$) = 40 г;
_____________
ω ($H_{2}SO_{4}$) − ?
Решение:
$SO_{3}+H_{2}O = H_{2}SO_{4}$;
$n = \frac{m}{M}$;
M ($SO_{3}$) = 1 * Ar (S) + 3 * Ar (O) = 1 * 32 + 3 * 16 = 80 г/моль;
$n (SO_{3}) = \frac{m (SO_{3})}{M(SO_{3})} = \frac{40}{80} = 0,5$ моль;
Запишем уравнение реакции и составим пропорции:
$\underset{1 моль}{\overset{0,5 моль}{SO_{3}}} +H_{2}O = \underset{1 моль}{\overset{x}{H_{2}SO_{4}}}$;
$x = n ( H_{2}SO_{4}) = \frac{0,5 * 1}{1} = 0,5 $ моль;
m = n * M;
M ($H_{2}SO_{4}$) = 2 * Ar (H) + 1 * Ar (S) + 4 * Ar (O) = 2 * 1 + 1 * 32 + 4 * 16 = 98 г/моль;
$m (H_{2}SO_{4}) = n (H_{2}SO_{4}) * M (H_{2}SO_{4}) = 0,5 * 98 = 49$ г;
Допустим, ρ ($H_{2}O$) = 1 г/мл,
m = ρ * V;
$m (H_{2}O) = ρ (H_{2}O) * V(H_{2}O) = 1 * 420 = 420$ г;
$m (р-ра) = m (SO_{3}) + m (H_{2}O) = 40 + 420 = 460$ г;
$ ω (вещ-во) =\frac{m (в-во)}{m (р-р)}$;
$ω (H_{2}SO_{4}) =\frac{m(H_{2}SO_{4})}{m (р-ра) } = \frac {49}{460} * 100 = 10,7$ %.
Ответ. 10,7 %

5. Вычислите объём углекислого газа (н.у.), который образуется при обжиге известняка массой 500 г, содержащего 20% примесей. Вычислите количество вещества оксида кальция, образующегося при этом.

Ответ:

Дано:
m ($CaCO_{3}$ + примеси) = 500 г;
ω (примеси) = 20%
_____________
V ($CO_{2}$) − ?
n (CaO) − ?
Решение:
$CaCO_{3} = CaO + CO_{2} ↑$
ω($CaCO_{3}$) = 100 − ω (примеси) = 100 − 20 = 80 % или 0,8;
m (вещ−во) = m (р−ра) * ω;
$m (CaCO_{3}) = m (CaCO_{3} + примеси) * ω (CaCO_{3}) = 500 * 0,8 = 400$ г;
$n = \frac{m}{M}$;
M ($CaCO_{3}$) = 1 * Ar (Ca) + 1 * Ar (C) + 3 * Ar (O) = 1 * 40 + 1 * 12 + 3 * 16 = 100 г/моль;
$n (CaCO_{3}) = \frac{m (CaCO_{3})}{M(CaCO_{3})} = \frac{400}{100} = 4$ моль;
Запишем уравнение реакции и составим пропорции:
$\underset{1 моль}{\overset{4 моль}{CaCO_{3} }} = \underset{1 моль}{\overset{x}{CaO}} + \underset{1 моль}{\overset{y}{CO_{2}}}↑$;
$x = n (CaO) = \frac{4 * 1}{1} = 4 $ моль;
$y = n (CO_{2}) = \frac{4 * 1}{1} = 4 $ моль;
$V = V_{m} * n$;
$V_{m}$= 22,4 л/моль;
$V (CO_{2}) = V_{m} * n (CO_{2}) = 22,4 * 4 = 89,6 $ л.
Ответ. 89,6 л; 4 моль.