Свойства кислотных оксидов

К кислотным оксидам относят оксиды неметаллов (кроме CO, SiO, NO и N₂O), а также оксиды металлов в степени окисления «+5», «+6», «+7».

Кислотные оксиды реагируют с водой, основными и амфотерными оксидами, основаниями, с солями.

1. При взаимодействии с водой все кислотные оксиды (за редким исключением, например, SiO₂) образуют кислоты.
2. При взаимодействии с основными оксидами образуется средняя соль.
3. При взаимодействии с основаниями образуется средняя соль и вода, либо кислая соль и вода не выделяется.
4. При взаимодействии с растворами солей образуются кислые соли. Оксид, соответствующий более сильной кислоте, может вытеснить из соли оксид, соответствующий менее сильной кислоте.
5. Кислотные оксиды не реагируют с кислотами, исключение: P₂O₅ с кислородсодержащими кислотами (кислотными гидроксидами).

1. Кислотный оксид + вода = кислота
   

CO₂ + H₂O = H₂CO₃

SO₂ + H₂O = H₂SO₃

Как определить, какая кислота образуется из кислотного оксида?

Способ первый. Выучить оксиды, соответствующие кислотам:

• Оксиду SO₂ соответствует кислота H₂SO₃ (сернистая)

SO₂ + H₂O = H₂SO₃

• Оксиду SO₃ соответствует кислота H₂SO₄ (серная)

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

• Оксиду CO₂ соответствует кислота H₂CO₃ (угольная)

CO₂ + H₂O = H₂CO₃

• Оксиду P₂O₅ соответствуют кислоты H₃PO₄, H₄P₂O₇, HPO₃ (ортофосфорная, пирофосфорная и метафосфорная соответственно)

Кислота зависит от соотношения воды и оксида фосфора:

P₂O₅ + H2O = 2HPO₃ (метафосфорная)

P₂O₅ + 2H₂O = H₄P₂O₇ (пирофосфорная)

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄ (ортофосфорная)

• Оксиду N₂O₃ соответствует кислота HNO₂ (азотистая)

N₂O₃ + H₂O = 2HNO₂

• Оксиду N₂O₅ соответствует кислота HNO₃ (азотная)

N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃

• Оксиду NO₂ также соответствует кислота HNO₃, однако, при определенных условиях из этого оксида можно получить смесь азотной и азотистой кислот:

NO₂ + H₂O + O₂ = HNO₃

NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃

• Оксиду SiO₂ соответствует кислота H₂SiO₃ (кремниевая), но напрямую из этого оксида кислоту получить нельзя, так как диоксид кремния нерастворим в воде.
• Оксиду CrO₃ соответствуют кислоты H₂CrO₄ и H₂Cr₂O₇ (хромовая и дихромовая):

CrO₃ + H₂O = H₂CrO₄

2CrO₃ + H₂O = H₂Cr₂O₇

• Оксиду Mn₂O₇ соответствует кислота HMnO₄ (марганцовая)

Mn₂O₇ + H₂O = HMnO₄

• Оксидам Cl₂O, Br₂O, I₂O соответствуют кислоты HClO, HBrO, HIO (хлорноватистая, бромноватистая, йодноватистая)

Cl₂O + H₂O = 2HClO

Br₂O + H₂O = 2HBrO

I₂O + H₂O = 2HIO

• Оксидам Cl₂O₃, Br₂O₃, I₂O₃ соответствуют кислоты HClO₂, HBrO₂, HIO₂ (хлористая, бромистая, йодистая)

Cl₂O₃ + H₂O = 2HClO₂

Br₂O₃ + H₂O = 2HBrO₂

I₂O₃ + H₂O = 2HIO₂

• Оксидам Cl₂O₅, Br₂O₅, I₂O₅ соответствуют кислота HClO₃, HBrO₃, HIO₃ (хлорноватая, бромноватая, йодноватая)

Cl₂O₅ + H₂O = 2HClO₃

Cl₂O₅ + H₂O = 2HClO₃

Cl₂O₅ + H₂O = 2HClO₃

• Оксидам Cl₂O₇, Br₂O₇, I₂O₇ соответствуют HClO₄, HBrO₄, HIO₄ (хлорная, бромная, йодная).

Cl₂O₇ + H₂O = 2HClO₄

Cl₂O₇ + H₂O = 2HClO₄

Cl₂O₇ + H₂O = 2HClO₄

Способ второй. Считать степени окисления (или валентность). В оксиде и образующейся из неё кислоте у основного элемента должна быть одинаковая степень окисления. Таким образом оксиду SO₃ соответствует только H₂SO₄, потому что степень окисления в обоих веществах «+6» (или валентность VI), а из всего разнообразия хлорсодержащих кислот, оксиду Cl₂O₃ будет соответствовать HClO₂, так как и в оксиде, и в кислоте степень окисления хлора равна «+3» (или валентность III).

Способ третий. Составим кислоту самостоятельно, пользуясь алгоритмом (это особенно удобно, когда дан оксид, соответствующую кислоту которого мы не знаем):

1. Пишем исходные вещества, определим степень окисления оксидообразующего элемента:

2. В продуктах запишем «скелет» молекулы (последовательность всегда будет следующей водород → элемент → кислород):

3. Расставим степени окисления в продукте (они равны исходным степеням окисления в оксидах):

4. Складываем положительные заряды:

5. Ставим после кислорода такой индекс, чтобы умножение его на -2 дало значение равное количеству положительных зарядов, посчитанных ранее (в нашем примере индекс «3»):

В результате реакции оксида мышьяка образовалась мышьяковая кислота.

Рассмотрим еще один пример – получения теллуристой кислоты.

1. Пишем исходные оксиды, определяем степень окисления теллура:

2. Формируем основу кислоты в порядке: водород → теллур → кислород.

3. Переносим степени окисления из левой части уравнения (у водорода и кислорода в кислотах и оксидах типичные для них степени окисления, поэтому они не указаны в первой части уравнения), считаем сумму положительных зарядов:

4. В данном случае общий положительный заряд равен нечётному числу, чтобы молекула стала электронейтральной, после кислорода пришлось бы ставить индекс 2,5, что недопустимо. Поэтому сначала помножаем элемент, дающий нечётную степень окисления (у нас это водород) на 2, поставив индекс после него:

Это влияет на общий положительный заряд, который теперь становится чётным.

5. Осталось умножить кислород на «3», чтобы общий отрицательный заряд стал равен шести:

2. Кислотный оксид + основный оксид = средняя соль.

Например: CaO + N₂O₅ = Ca(NO₃)₂

Как определить, какая соль образуется из кислотного оксида?

Способ первый. Соль состоит из катиона металла и кислотного остатка. Кислотный остаток соответствует оксиду с такой же степенью окисления, как в нём. Как определить степень окисления элемента в ионе? Прежде всего, необходимо помнить, что ион отличается от молекулы наличием заряда (молекулы элетронейтральны). Этот заряд складывается из положительных и отрицательных зарядов частиц, образующих ион:

Степень окисления кислорода в большинстве веществ равна ‒2, ион содержит три кислорода, они суммарно вносят в заряд этого иона ‒6, азот вносит х. Из этого получим уравнение: x ‒ 6 = ‒ 1 (где «‒1» - общий заряд иона), откуда х = 5.

Таким образом, нитрат-ион соответствует оксиду азота V, потому что в них одинаковая степень окисления азота.

В таблице приведены готовые группы соответствующих веществ и ионов:

Таблица «Взаимосвязь оксидов, кислот и их остатков»

Не забывайте об индексах! После того как Вы подобрали нужный анион, нужно убедиться, что количество положительных и отрицательных зарядов в молекуле равны.

Рассмотрим, несколько примеров расстановки индексов в солях.

Пример 1. Взаимодействие оксида серы IV и оксида натрия:

1. Подберем нужные ионы продуктах. Оксид серы IV соответствует сульфит-иону:

2. Проверяем количество положительных и отрицательных ионов. В полученном веществе на один положительный заряд приходится два отрицательных. Количество положительных и отрицательных зарядов должно быть одинаковым, поэтому добавляем индекс «2» после натрия:

Индекс «2» говорит о том, что в сульфите натрия содержится два катиона натрия, каждый из которых несет заряд «+», таким образом, два натрия имеют общий заряд «2+».

Пример 2. Взаимодействие оксида серы VI с оксидом алюминия (с кислотными оксидами ведет себя как основный).

1. Подбираем ионы в продуктах. Оксиду серы VI соответствует сульфат-ион:

2. В случаях, когда придется ставить коэффициенты после обоих ионов, находим наименьшее общее кратное:

3. Делим наименьшее общее кратное на 3 (заряд алюминия), получаем индекс «2» после алюминия.  Делением общего кратного на 2 (заряд сульфат-иона), получаем индекс «3» после SO₄^2-. Сульфат-ион заключаем в скобки, так как индекс после скобок действует на весь ион, без скобок он будет действовать только на тот элемент, после которого стоит.

Способ второй.

Этот способ уже рассматривался выше, он основан на степенях окисления элементов в исходных оксидах.

Пример 1. Образование нитрита калия.

1. В продукте образуется соль, на первом месте должен стоять металл, на втором – элемент из кислотного оксида, на третьем – кислород. Определим степени окисления элементов в исходных оксидах, перенесем эти степени в правую часть уравнения:

2. Посчитаем общее количество положительных зарядов:

3. Поделим это количество на степень окисления кислорода, получим индекс «2»:

Пример 2. Образование нитрата бария.

1. В правой части реакции образуем соль. На первое место ставим металл, на второе – элемент из кислотного оксида, на третье – кислород. Определяем степень окисления элементов в исходных веществах, переносим вправо:

2. Определяем количество положительных зарядов:

Получаем нечетное значение. Если оставить всё так, то индекс после кислорода должен стать равным 3,5. Чтобы избежать этого поставим удваивающий индекс после того элемента, который даёт нечетный заряд (азот):

Теперь общее количество положительных зарядов равно двенадцати.

3. Делим 12 на степень окисления кислорода, получаем индекс «6»:

4. Выносим индекс «2» за скобку, получаем формулу нитрата бария:

3. Кислотный оксид + основание = соль + вода

Кислотный оксид + основание = кислая соль.

При образовании средней и кислой соли можно руководствоваться теми же способами, которые использовались в реакциях кислотных оксидов с основными.

От чего зависит, будет ли образованная соль кислой или средней? Рассмотрим два примера образования разных солей из одинаковых реагентов:

KOH + SO₂ = KHSO₃ (кислая соль, гидросульфит калия)

2KOH + SO₂ = K₂SO₃ + H₂O(средняя соль, сульфит калия)

Разница заключается лишь в количестве взятых реагентов. При образовании средней соли гидроксида калия в два раза больше оксида серы (об этом говорят коэффициенты перед веществами: «2» KOH и «1» перед SO₂. Перед оксидом серы IV коэффициента нет, в таком случае подразумевается единица). При образовании кислой соли KOH взяли в два раза меньше относительно реакции, в которой образовалась средняя соль. В таких случаях говорят о том, что гидроксид калия был взят в недостатке или оксид серы – в избытке.

Рассмотрим другие пары реакций со схожим результатом:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O (образуется мутный раствор из-за образования нерастворимого карбоната кальция).

Ca(OH)₂ + 2CO₂ = Ca(HCO₃)₂ (образуется прозрачный раствор, так как гидрокарбонат растворим).

При образовании кислой соли был взят избыток углекислого газа (или недостаток гидроксида кальция).

Оксиды, соответствующие трехосновным кислотам (см.Классификация кислот)

, могут образовывать не одну кислую соль, а несколько:

6NaOH + P₂O₅ = 2Na₃PO₄ + 3H₂O (образуется фосфат натрия, средняя соль).

4NaOH + P₂O₅ = 2Na₂HPO₄ + H₂O (образуется гидрофосфат натрия, кислая соль).

2NaOH + P₂O₅ + H₂O = 2NaH₂PO₄ (образуется дигидрофосфат натрия, кислая соль)

Из этих трех реакций можно сделать вывод: чем меньше взято щелочи, тем кислее будет соль.

Если оксид соответствует одноосновной кислоте, то при его реакции с основаниями будут образовываться только средние соли:

2KOH + Cl₂O = 2KClO + H₂O (Cl₂O соответствует кислоте HClO)

NaOH + Mn₂O₇ = NaMnO₄ + H₂O (Mn₂O₇ соответствует кислоте HMnO₄)

4. Соль + кислотный оксид = кислая соль.

Оксид должен соответствовать двухосновной или многоосновной кислоте, оксид должен совпадать с кислотным остатком, уже имеющимся в соли, реакция идет в растворах или при наличии воды в окружающей среде.

Примеры:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂ (мутный раствор становится прозрачным).

Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O = 2NaHSO₃

Одни кислотные оксиды могут вытеснять другие кислотные оксиды из солей:

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = Na₂CO₃ + H₂SiO₃

Nакая реакция происходит, когда засыхает силикатный клей. В тюбике с клеем содержится раствор силиката натрия, при выдыхании человек выделяет углекислый газ, который взаимодействует с силикатом натрия с образованием кремниевой кислоты, которая при высыхании полимеризуется, склеивая бумагу.

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂ (такая реакция происходит при нагревании).

Оксиды, соответствующие более сильным кислотам, вытесняют из соединений оксиды, соответствующие менее сильным кислотам:

Na₂CO₃ + SO₃ = Na₂SO₄ + CO₂

Оксид серы VI (SO₃) соответствует сильной серной кислоте, а углекислый газ (CO₂) – слабой угольной кислоте, поэтому оксид серы вытесняет оксид углерода.

5. Оксид фосфора отнимает у кислородсодержащих кислот воду, при этом образуется фосфорная кислота и оксид, соответствующий исходной кислоте (основной элемент оксида имеет такую же степень окисления, как в исходной кислоте):

2HNO₃ + P₂O₅ = 2HPO₃ + N₂O₅

HClO₄ + P₂O₅ = HPO₃ + Cl₂O₇