Вы знаете, чем простые вещества отличаются от сложных? Напомню, что молекулы простых веществ состоят из атомов одного вида (сера S, золото Au, кислород O2), а сложные – из атомов разных видов (вода Н2О, фосфорная кислота Н3РО4, этиловый спирт С2Н5ОН). Тут резонно задать вопросом, а почему атомы не соединятся один с одним, ведь так всё будет гораздо проще, мы получим вещества с формулами вида НО, HS, CaOH и так далее. Но это решительно невозможно потому, что в дело вступает валентность.
Напомню, что валентность – это способность атома образовывать химическую связь. Вот представьте, что атом водорода хочет соединиться с атомом кислорода (это будет вода). И тут проблема:
водород всегда имеет валентность I, а кислород всегда имеет валентность II.
Это означает, что один атом водорода может образовать только одну связь и не больше. А атому кислорода подавай две и не меньше! Как же быть? А давайте-ка одному предложим соединиться с двумя атомами водорода. Это будет выглядеть так: Н-О-Н. Здесь тире означает ту самую химическую связь. И, как видно из этой простой схемы, все счастливы: каждый атом водорода получил одну связь, а единственный атом кислорода радостно образовал две. Таким образом, формула воды Н2О.
Перед тем, как мы начнём тренироваться, нужно запомнить две принципиально важные вещи. Мы их рассмотрим на примере оксида алюминия:
1. Валентность пишется над знаком элемента и всегда римскими цифрами. Валентность никогда не может быть дробной, это всегда целое число. Просто потому, что атома связаны одной, двумя, тремя связями. Атомы не могут быть связаны полутора, двумя с половиной или тремя четвертями связей.
2. Рядом со знаком элемента внизу справа находится индекс. Это важно запомнить! Индекс (он пишется привычной арабской цифрой) показывает, сколько атомов данного вида входит в молекулу. В нашем примере мы видим, что в молекуле оксида алюминия имеется два атома алюминия (справа внизу от знака алюминия цифра 2) и три атома кислорода (справа внизу от знака кислорода цифра 3). Индекс всегда целое число! Потому что в молекулу не может входит половина атома или полтора атома. Представьте для наглядности, что молекула – это семья, где есть родственники. В семье же не может быть две с половиной бабушки или полтора брата. По крайней мере, я таких не видела.
А теперь тренировка
Учитель химии просит
составить формулу вещества, при этом валентность атомов известна.
Напомню, что некоторые атомы, склонные к постоянству, всегда имеют одинаковую валентность. Она определяется группой, в которой атом стоит в таблице Менделеева. Так, металлы основной подгруппы первой группы всегда имеют валентность I, второй – II, третьей – III. Элементы основной подгруппы седьмой группы имеют валентность I (пока просто запомните это). Итак, нам нужно составить формулу оксида натрия. Сразу понимаем, что молекула состоит из атомов натрия и кислорода. Записываем это: NaO. Теперь вспоминаем про валентность (без неё никак): натрий – элемент основной подгруппы первой группы, имеющий валентность I, кислород тоже постоянен в привычках и имеет валентность II. Записываем и это:
Обратите внимание, что пока индексы обозначены X и Y, ведь мы же их не знаем. Репетитор по химии расскажет, что нужно найти наименьшее кратное и будет говорить всякие другие страшные слова, но мы будем действовать проще. Поставьте валентность по диагонали, превратив их в арабские цифры:
Смотрите, что произошло. Валентность кислорода II. Мы превращаем её в арабскую 2 и переносим по диагонали к натрию. Валентность натрия I. Мы превращаем её в арабскую 1 и переносим к кислороду. Вы скажете, что справа внизу от кислорода нет никаких единиц, в чём дело? А дело в том, что если в молекуле уже есть атом, то понятно, что он есть и он один. Мы же в формуле указали, что кислород присутствует, значит, он и есть в единственном числе. Таким образом формула оксида натрия Na2О.
Другой случай. Нам нужна формула оксида цинка. Кислород с валентностью II встречается с цинком, который тоже всегда имеет валентность II. Это идеальная пара, смотрите:
Цинк образует две связи и кислород образует две связи, значит, им больше ничего не нужно, эти два атома свяжутся друг с другом с помощью двух связей. Не надо ничего переносить по диагонали, достаточно понять, что если валентности равны, то атомы соединяются один к одному, то есть формула оксида цинка ZnO.
Теперь разберём пример посложнее. В учебнике химии задание: составить формулу оксида железа (III). Обратите внимание, что тут указана валентность железа. Так пишут в случае, когда элемент может обладать разной валентность. Например, желез может быть двухвалентным или трёхвалентным. Чтобы было понятно, о каком именно идёт речь, валентность указывают в скобках. Итак, действуем привычным способом:
Что мы видим? Валентности, увы, разные, следовательно атомы не соединяются один к одному. Тогда без колебаний действуем как в первом примере: используем перенос по диагонали. Валентность железа III превращаем в арабскую 3 и приписываем справа внизу к кислороду. Валентность кислорода II превращаем в арабскую 2 и приписываем внизу справа к железу. Вуаля!
Вот так симпатично и выглядит оксид железа (III) Fe2О3!
Продолжаем. Хотите узнать формулу оксида серы (VI)? Это просто. Давайте сразу запишем:
Тут придётся слегка напрячься. По идее мы можем сделать перенос по диагонали и получить формулу S2О6. Но это неверно, будьте внимательны! Дело в том, что в такой куче получается слишком много атомов, а ведь их можно просто уменьшить в два раза, получив более простую (и правильную!) формулу SО3.
Ну и в заключение ещё один пример, который может встретиться в контрольной по химии. Как выглядит оксид азота (V)? Азот, кстати, тоже любит хулиганить и выступать с разной валентностью. Конкретно в этом случае у него валентность V. Думаю, теперь уже без заумных пояснений понятно, что формула будет такой:
Ура!
Но спешу вас немного огорчить: пока мы натренировались составлять формулы, если известна валентность. В следующий раз мы будет решать обратную задачу: зная формулу, будем определять валентность. Это уже гораздо проще, так что готовьте чай и печеньки.
Пожалуйста, пишите в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.
На уроках химии вы уже познакомились с понятием валентности химических элементов. Мы собрали в одном месте всю полезную информацию по этому вопросу. Используйте ее, когда будете готовиться к ГИА и ЕГЭ.
Валентность и химический анализ
Валентность – способность атомов химических элементов вступать в химические соединения с атомами других элементов. Другими словами, это способность атома образовывать определенное число химических связей с другими атомами.
С латыни слово «валентность» переводится как «сила, способность». Очень верное название, правда?
Понятие «валентность» – одно из основных в химии. Было введено еще до того, как ученым стало известно строение атома (в далеком 1853 году). Поэтому по мере изучения строения атома пережило некоторые изменения.
Так, с точки зрения электронной теории валентность напрямую связана с числом внешних электронов атома элемента. Это значит, что под «валентностью» подразумевают число электронных пар, которыми атом связан с другими атомами.
Зная это, ученые смогли описать природу химической связи. Она заключается в том, что пара атомов вещества делит между собой пару валентных электронов.
Вы спросите, как же химики 19 века смогли описать валентность еще тогда, когда считали, что мельче атома частиц не бывает? Нельзя сказать, что это было так уж просто – они опирались на химический анализ.
Путем химического анализа ученые прошлого определяли состав химического соединения: сколько атомов различных элементов содержится в молекуле рассматриваемого вещества. Для этого нужно было определить, какова точная масса каждого элемента в образце чистого (без примесей) вещества.
Правда, метод этот не без изъянов. Потому что определить подобным образом валентность элемента можно только в его простом соединении со всегда одновалентным водородом (гидрид) или всегда двухвалентным кислородом (оксид). К примеру, валентность азота в NH3 – III, поскольку один атом водорода связан с тремя атомами азота. А валентность углерода в метане (СН4), по тому же принципу, – IV.
Этот метод для определения валентности годится только для простых веществ. А вот в кислотах таким образом мы можем только определить валентность соединений вроде кислотных остатков, но не всех элементов (кроме известной нам валентности водорода) по отдельности.
Как вы уже обратили внимание, обозначается валентность римскими цифрами.
Валентность и кислоты
Поскольку валентность водорода остается неизменной и хорошо вам известна, вы легко сможете определить и валентность кислотного остатка. Так, к примеру, в H2SO3 валентность SO3 – I, в HСlO3 валентность СlO3 – I.
Аналогчиным образом, если известна валентность кислотного остатка, несложно записать правильную формулу кислоты: NO2(I) – HNO2, S4O6 (II) – H2 S4O6.
Валентность и формулы
Понятие валентности имеет смысл только для веществ молекулярной природы и не слишком подходит для описания химических связей в соединениях кластерной, ионной, кристаллической природы и т.п.
Индексы в молекулярных формулах веществ отражают количество атомов элементов, которые входят в их состав. Правильно расставить индексы помогает знание валентности элементов. Таким же образом, глядя на молекулярную формулу и индексы, вы можете назвать валентности входящих в состав элементов.
Вы выполняете такие задания на уроках химии в школе. Например, имея химическую формулу вещества, в котором известна валентность одного из элементов, можно легко определить валентность другого элемента.
Для этого нужно только запомнить, что в веществе молекулярной природы число валентностей обоих элементов равны. Поэтому используйте наименьшее общее кратное (соответсвует числу свободных валентностей, необходимых для соединения), чтобы определить неизвестную вам валентность элемента.
Чтобы было понятно, возьмем формулу оксида железа Fe2O3. Здесь в образовании химической связи участвуют два атома железа с валентностью III и 3 атома кислорода с валентностью II. Наименьшим общим кратным для них является 6.
- Пример: у вас есть формулы Mn2O7. Вам известна валентность кислорода, легко вычислить, что наименьше общее кратное – 14, откуда валентность Mn – VII.
Аналогичным образом можно поступить и наоборот: записать правильную химическую формулу вещества, зная валентности входящих в него элементов.
- Пример: чтобы правильно записать формулу оксида фосфора, учтем валентность кислорода (II) и фосфора (V). Значит, наименьшее общее кратное для Р и О – 10. Следовательно, формула имеет следующий вид: Р2О5.
Хорошо зная свойства элементов, которые они проявляют в различных соединениях, можно определить их валентность даже по внешнему виду таких соединений.
Например: оксиды меди имеют красную (Cu2O) и черную (CuО) окраску. Гидроксиды меди окрашены в желтый (CuОН) и синий (Cu(ОН)2) цвета.
А чтобы ковалентные связи в веществах стали для вас более наглядными и понятными, напишите их структурные формулы. Черточки между элементами изображают возникающие между их атомами связи (валентности):
Характеристики валентности
Сегодня определение валентности элементов базируется на знаниях о строении внешних электронных оболочек их атомов.
Валентность может быть:
- постоянной (металлы главных подгрупп);
- переменной (неметаллы и металлы побочных групп):
- высшая валентность;
- низшая валентность.
Постоянной в различных химических соединениях остается:
- валентность водорода, натрия, калия, фтора (I);
- валентность кислорода, магния, кальция, цинка (II);
- валентность алюминия (III).
А вот валентность железа и меди, брома и хлора, а также многих других элементов изменяется, когда они образуют различные химические соедения.
Валентность и электронная теория
В рамках электронной теории валентность атома определеяется на основании числа непарных электронов, которые участвуют в образовании электронных пар с электронами других атомов.
В образовании химических связей участвуют только электроны, находящиеся на внешней оболочке атома. Поэтому максимальная валентность химического элемента – это число электронов во внешней электронной оболочке его атома.
Понятие валентности тесно связано с Периодическим законом, открытым Д. И. Менделеевым. Если вы внимательно посмотрите на таблицу Менделеева, легко сможете заметить: положение элемента в перодической системе и его валентность неравзрывно связаны. Высшая валентность элементов, которые относятся к одной и тоже группе, соответсвует порядковому номеру группы в периодичнеской системе.
Низшую валентность вы узнаете, когда от числа групп в таблице Менделеева (их восемь) отнимете номер группы элемента, который вас интересует.
Например, валентность многих металлов совпадает с номерами групп в таблице периодических элементов, к которым они относятся.
Таблица валентности химических элементов
|
Порядковый номер хим. элемента (атомный номер)
|
Наименование |
Химический символ |
Валентность |
| 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |
Водород / Hydrogen
Гелий / Helium Литий / Lithium Бериллий / Beryllium Бор / Boron Углерод / Carbon Азот / Nitrogen Кислород / Oxygen Фтор / Fluorine Неон / Neon Натрий / Sodium Магний / Magnesium Алюминий / Aluminum Кремний / Silicon Фосфор / Phosphorus Сера / Sulfur Хлор / Chlorine Аргон / Argon Калий / Potassium Кальций / Calcium Скандий / Scandium Титан / Titanium Ванадий / Vanadium Хром / Chromium Марганец / Manganese Железо / Iron Кобальт / Cobalt Никель / Nickel Медь / Copper Цинк / Zinc Галлий / Gallium Германий /Germanium Мышьяк / Arsenic Селен / Selenium Бром / Bromine Криптон / Krypton Рубидий / Rubidium Стронций / Strontium Иттрий / Yttrium Цирконий / Zirconium Ниобий / Niobium Молибден / Molybdenum Технеций / Technetium Рутений / Ruthenium Родий / Rhodium Палладий / Palladium Серебро / Silver Кадмий / Cadmium Индий / Indium Олово / Tin Сурьма / Antimony Теллур / Tellurium Иод / Iodine Ксенон / Xenon Цезий / Cesium Барий / Barium Лантан / Lanthanum Церий / Cerium Празеодим / Praseodymium Неодим / Neodymium Прометий / Promethium Самарий / Samarium Европий / Europium Гадолиний / Gadolinium Тербий / Terbium Диспрозий / Dysprosium Гольмий / Holmium Эрбий / Erbium Тулий / Thulium Иттербий / Ytterbium Лютеций / Lutetium Гафний / Hafnium Тантал / Tantalum Вольфрам / Tungsten Рений / Rhenium Осмий / Osmium Иридий / Iridium Платина / Platinum Золото / Gold Ртуть / Mercury Талий / Thallium Свинец / Lead Висмут / Bismuth Полоний / Polonium Астат / Astatine Радон / Radon Франций / Francium Радий / Radium Актиний / Actinium Торий / Thorium Проактиний / Protactinium Уран / Uranium |
H
He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Сu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U |
I
0 I II III (II), IV (I), II, III, IV, V II I 0 I II III (II), IV I, III, V II, IV, VI I, (II), III, (IV), V, VII 0 I II III II, III, IV II, III, IV, V II, III, VI II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI II, III, (IV) (I), II, (III), (IV) I, II, (III) II (II), III II, IV (II), III, V (II), IV, VI I, (III), (IV), V 0 I II III (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) II, IV, (VI) I, (II), (III) (I), II (I), (II), III II, IV III, (IV), V (II), IV, VI I, (III), (IV), V, VII 0 I II III III, IV III III, IV III (II), III (II), III III III, IV III III III (II), III (II), III III IV (III), (IV), V (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI I, (II), III I, II I, (II), III II, IV (II), III, (IV), (V) II, IV, (VI) нет данных 0 нет данных II III IV V (II), III, IV, (V), VI |
В скобках даны те валентности, которые обладающие ими элементы проявляют редко.
Валентность и степень окисления
Понятие валентности можно считать родственным такой характеристике, как степень окисления. Тем не менее, обе эти характеристики не тождественным друг другу.
Так, говоря о степени окисления, подразумевают, что атом в веществе ионной (что важно) природы имеет некий условный заряд. И если валентность – это нейтральная характеристика, то степень окисления может быть отрицательной, положительной или равной нулю.
Интересно, что для атома одного и того же элемента, в зависимости от элементов, с которыми он образует химическое соединение, валентность и степень окисления могут совпадать (Н2О, СН4 и др.) и различаться (Н2О2, HNO3).
Заключение
Углубляя свои знания о строении атомов, вы глубже и подробнее узнаете и валентность. Эта характеристика химических элементов не является исчерпывающей. Но у нее большое прикладное значение. В чем вы сами не раз убедились, решая задачи и проводя химические опыты на уроках.
Эта статья создана, чтобы помочь вам систематизировать свои знания о валентности. А также напомнить, как можно ее определить и где валентность находит применение.
Надеемся, этот материал окажется для вас полезным при подготовке домашних заданий и самоподготовке к контрольным и экзаменам.
Не забудьте поделиться ссылкой с друзьями в социальных сетях, чтобы они тоже могли воспользоваться этой полезной информацией.
© blog.tutoronline.ru,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
Е.Н.ФРЕНКЕЛЬ
Самоучитель по химии
Пособие для тех, кто не знает, но хочет
узнать и понять химию
Продолжение. Начало см. в № 13/2007
Глава 2. Важнейшие классы
неорганических соединений
2.1. Оксиды
Оксиды – сложные вещества, которые состоят из
атомов двух химических элементов, один из
которых кислород.
Определим, какое из следующих соединений оксид:
PH3, H3PO4, P2O5.
К оксидам относят соединение P2O5.
Два других вещества – не оксиды: в состав РН3
не входит атом кислорода, а в состав H3PO4 входят
атомы трех химических элементов – H, Р, O.
Названия оксидов складываются из двух слов:
первое слово – «оксид», второе слово – название
химического элемента, образующего данный оксид,
в родительном падеже. Например: СаО – оксид
кальция.
Если оксид образован химическим элементом с
переменной валентностью, то после названия
элемента нужно указать его валентность.
Например: Fe2О3 – оксид железа(III), FеО –
оксид железа(II).
Задание 2.1. Среди следующих соединений
найдите оксиды и назовите их:
N2O3, NH3, MnO2, H2O,
HCl, NaOH, Na2O, P2O5, H2SO4.
Задание 2.2. Составьте формулы следующих
оксидов:
оксид хрома(III), оксид углерода(IV), оксид магния,
оксид серы(VI), оксид азота(V), оксид калия, оксид
марганца(VI).
Многие оксиды могут реагировать с кислотами
или основаниями. В таких реакциях получаются
соли. Поэтому такие оксиды называются солеобразующими.
Однако существует небольшая группа оксидов,
которые к таким реакциям не способны. Такие
оксиды называют несолеобразующими.
Задание 2.3. Назовите несолеобразующие оксиды:
H2O, CO, N2O, NO, F2O.
Некоторые оксиды имеют особые (тривиальные)
названия: Н2О – вода, СО – угарный газ, СО2
– углекислый газ и др.
Солеобразующие оксиды подразделяют на три
группы: основные, кислотные, амфотерные.
Точно установить характер оксида можно, только
изучая его химические свойства. Например,
кислотные оксиды реагируют с основаниями и не
реагируют с кислотами. Основные оксиды реагируют
с кислотами и не реагируют с основаниями.
Амфотерные оксиды могут реагировать и с
кислотами, и с основаниями.
По формуле оксида можно определить, какими
свойствами он обладает. Правда, иногда эта оценка
будет приблизительной.
• Неметаллы образуют только кислотные и
безразличные оксиды.
• Металлы в зависимости от валентности могут
образовывать разные оксиды – основные, амфотерные
и кислотные.
Предсказать свойства оксида металла может
помочь эта схема:
Основные оксиды металлов от кислотных оксидов
металлов отличить легко: малая валентность
металла – основный оксид, большая – кислотный.
Как быть с амфотерными оксидами? «Любимая»
валентность металлов в этих оксидах III, но есть и
исключения. Поэтому желательно запомнить
формулы наиболее часто встречающихся амфотерных
оксидов: ZnO, Al2O3, SnO, PbO, Cr2O3.
Задание 2.4. Назовите амфотерные оксиды:
ZnO, SnO, PbO, Al2O3, Cr2O3.
Задание 2.5. Классифицируйте приведенные
ниже оксиды:
V2O5, SO2, ZnO, Fe2O3,
SO3, CO2, Li2O, FeO, Al2O3, H2O,
BaO.
Задание рекомендуется выполнить по следующей
схеме.
1) Определить, какой это оксид – солеобразующий
или несолеобразующий.
2) Определить, какой элемент входит в состав
солеобразующего оксида – металл или неметалл.
Для этого надо выписать из таблицы
Д.И.Менделеева символы элементов-неметаллов. Они
расположены в главных подгруппах на линии бор –
астат и выше этой линии (рис. 1).
|
|
Рис. 1. Элементы-неметаллы
|
3) Если в состав оксида входит атом
неметалла, то оксид кислотный.
4) Если в состав оксида входит атом металла, то
следует определить его валентность и по ней
выяснить характер оксида – основный, амфотерный
или кислотный.
Например: Cr2O3 – амфотерный, т.к. хром
– металл с валентностью III;
N2O3 – кислотный оксид, т.к. азот –
неметалл;
CrO3 – кислотный оксид, т.к. хром – металл с
высокой валентностью VI.
Зная характер оксида, можно описать его
свойства.
Свойства кислотных оксидов
• Кислотные оксиды реагируют c водой, образуя
кислоты. Например:
CO2 + H2O = H2CO3.
Чтобы составить формулу кислоты, нужно сложить
все атомы исходных веществ, записывая на первом
месте атом водорода, на втором – элемент,
образующий оксид, и на последнем – кислород. Если
индексы получились четными, то их можно
сократить:
N2O3 + H2O = H2N2O4
(2HNO2).
Эти же реакции можно записать в виде
арифметического примера:
Задание 2.6. Составьте уравнения реакций
кислотных оксидов из задания 2.5 с водой.
• Кислотные оксиды реагируют с осно?вными
оксидами, образуя соли соответствующей кислоты,
т.е. соль той кислоты, которая образуется при
взаимодействии этого оксида с водой. Например:
Чтобы составить такое уравнение, нужно
действовать по следующей схеме.
1) Составить формулу кислоты (прибавив к
молекуле оксида молекулу воды):
CO2 + H2O = H2CO3.
2) Определить валентность кислотного остатка
(это часть молекулы кислоты без атомов водорода).
В данном случае кислотный остаток имеет
состав СО3, его валентность равна числу
атомов водорода в кислоте, т.е. II.
3) Cоставить формулу соли, записав вместо атомов
водорода атом металла из основного оксида с его
валентностью (в данном случае натрий).
4) Составить формулу соли по валентности
металла и кислотного остатка: Na2CO3.
Задание 2.7. Составьте уравнения реакций
кислотных оксидов из задания 2.5 с оксидом
кальция.
• Кислотные оксиды реагируют с основаниями,
образуя соль соответствующей кислоты и воду.
Например:
Принципы составления уравнений реакций с
основаниями те же, что и для реакций с
осно?вными оксидами (см. выше).
Задание 2.8. Составьте уравнения реакций
кислотных оксидов из задания 2.5 с гидроксидом
натрия NаОН.
З а п о м н и т е! Кислотные оксиды ни с кислотами,
ни c кислотными оксидами не реагируют.
Свойства основных оксидов
• Основные оксиды реагируют с водой,
образуя основания. Реакция протекает, если
получающееся основание растворимо в воде.
Общая формула оснований – М(ОН)х, где х
– число ОН-групп, равное валентности металла М.
Например:
СаО + Н2О = Са(ОН)2,
Fe2O3 + Н2О 
нет реакции.
Последняя реакция не идет, т.к. основание Fe(ОН)3
нерастворимо в воде. Растворимость веществ в
воде можно определить по таблице растворимости
(рис. 2).
 |
Рис. 2.
|
Условные обозначения: р – растворимо в воде, м
– малорастворимо в воде,
н – нерастворимо в воде.
При определении возможности протекания данной
реакции можно использовать и другое правило.
Основный оксид реагирует с водой, если он
образован активным металлом. Эти металлы стоят в
ряду напряжений до магния: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg…
Задание 2.9. Составьте уравнения реакций основных
оксидов из задания 2.5 с водой.
• Основные оксиды реагируют с
кислотами, образуя соль и воду:
Обратите внимание: при составлении формулы
соли нужно вместо атомов водорода в формуле
кислоты написать символ металла, а затем
расставить индексы согласно валентности.
Задание 2.10. Составьте уравнения реакций
осно?вных оксидов из задания 2.5 с Н2SО4.
• Основные оксиды реагируют с
кислотными оксидами, образуя соли.
• Некоторые основные оксиды
реагируют при нагревании с водородом, при этом
образуются металл и вода:
CuO + H2 = Cu + H2O.
З а п о м н и т е! Основные оксиды с
основаниями и основными оксидами не
реагируют!
В ы в о д. В реакцию легче всего вступают
вещества с противоположными свойствами и не
вступают в реакцию вещества со сходными
свойствами.
Свойства амфотерных оксидов
Амфотерные оксиды (от греч. amphi – двойной)
проявляют двойственные свойства: они могут
реагировать и с кислотами, и с основаниями
(точнее, со щелочами). При этом образуются соль и
вода. Например:
Задание 2.11. Составьте уравнения реакций
амфотерных оксидов из задания 2.5 с КОН и НNО3.
Задание 2.12. С какими из веществ – Н2О,
NаОН, НСl – могут реагировать следующие оксиды:
Cr2O3, CrO, SO3, V2O5?
Составьте уравнения возможных реакций.
Способы получения оксидов
Оксиды могут быть получены при разложении
некоторых кислот, оснований, солей:
H2SO3 = SO2 + H2O,
Cu(OH)2 = CuO + H2O,
Са(НСО3)2 = Н2О + СО2
+ СаСО3.
Оксиды обычно получают сжиганием в кислороде
простых и сложных веществ:
2Mg + O2 = 2MgO,
C + O2 = CO2,
2H2 + O2 = 2H2O,
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O.
Обратите внимание: при сгорании сложного
вещества образуются оксиды элементов, которые
входят в его состав. Исключение составляют
только азот и галогены, которые выделяются в виде
простых веществ.
В ы в о д ы по главе 2.1
Молекулы оксидов состоят из атомов двух
элементов. Один из этих элементов – кислород.
Оксиды, образующие соли, бывают кислотными,
амфотерными и основными.
Оксиды реагируют с веществами, которые
проявляют противоположные свойства.
Основные оксиды реагируют с
кислотными оксидами или кислотами, кислотные
оксиды – с основными оксидами или
основаниями, амфотерные оксиды – и с кислотами, и
с основаниями (щелочами).
2.2. Кислоты
Кислоты – это сложные вещества, в состав
молекул которых входят активные атомы водорода и
кислотные остатки. Активный атом водорода в
химических реакциях способен замещаться на атом
металла, в результате чего всегда получается
соль.
В формулах неорганических кислот атом водорода
записывается на первом месте*.
Например:
В состав молекулы любой кислоты кроме атомов
водорода входит кислотный остаток. Кислотный
остаток – это часть молекулы кислоты без атомов
водорода (которые могут быть замещены на атом
металла). Валентность кислотного остатка равна
числу таких атомов водорода:
При определении валентности кислотного
остатка учитываются те атомы водорода, которые
участвовали в реакции или могут участвовать в
ней. Так, фосфорной кислоте Н3РО4 в
зависимости от условий могут соответствовать
кислотные остатки разного состава:
У органических кислот не все атомы водорода в
молекуле способны замещаться на атом металла:
Задание 2.13. Определите состав и валентность
кислотных остатков для кислот, учитывая, что все
атомы водорода кислот активные:
HNO3, H2S, NaHCO3, H2SO3,
KOH, HMnO4.
По числу атомов водорода в молекулах кислоты
делят на одноосновные и многоосновные.
Например:
HCl – одноосновная кислота, т. к. в ее молекуле
один атом водорода;
Н2СО3 – двухосновная кислота, т. к. в
ее молекуле два атома водорода.
По составу кислоты делят на бескислородные
(НСl, Н2S) и кислородсодержащие (НСlO, Н2SO4).
Бескислородные кислоты представляют собой
растворы некоторых газов в воде, при этом и
растворенному газу, и полученному раствору
приписывают одинаковые свойства, хотя это не так.
Например, из простых веществ водорода и хлора
получается газ хлороводород:
H2 + Cl2 = 2HCl.
Этот газ не проявляет кислотных свойств, если
он сухой: его можно перевозить в металлических
емкостях, и никакой реакции не происходит.
Но при растворении хлороводорода в воде
получается раствор, который проявляет свойства
сильной кислоты. Такую кислоту перевозить в
металлических емкостях нельзя.
Названия бескислородных кислот составляют по
схеме:
элемент + водород + «ная» кислота.
Например: H2S – сероводородная кислота
(раствор газа сероводорода в воде).
Некоторые бескислородные кислоты имеют особые
(тривиальные) названия: НСl – соляная кислота
(раствор газа хлороводорода в воде), НF –
плавиковая кислота (раствор газа фтороводорода в
воде).
Задание 2.14. Дайте химические названия
соляной и плавиковой кислотам.
Кислородсодержащие кислоты могут быть
получены при действии воды на кислотные оксиды
(см. выше). Исходные кислотные оксиды называют
«ангидриды кислот»:
Метафосфорная кислота неустойчива и,
присоединяя воду, превращается в более
устойчивую ортофосфорную кислоту:
Или в суммарном виде:
Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4
.
Таким образом, Р2O5 – ангидрид
фосфорной кислоты, а также некоторых других,
менее устойчивых кислот.
Обратите внимание: название
кислородсодержащей кислоты содержит в виде
корня название элемента, входящего в состав
ангидрида: фосфор Р 
фосфорный ангидрид Р2О5 фосфорная кислота Н3РО4.
Если элементу соответствует несколько кислот,
то для кислоты с большей валентностью
элемента, входящего в состав ангидрида, в
названии употребляют суффиксы «н» или «в».
Для кислот с меньшей валентностью элемента в
название кислоты добавляют суффикс «ист».
Валентность элемента проще всего определять по
формуле ангидрида:
В названии сернистой кислоты основной суффикс
«ист», а суффикс «н» введен дополнительно для
благозвучия.
Сведения о названиях некоторых кислот обобщены
в табл. 3.
Таблица 3
Названия кислот
| Ангидрид | Кислота | Название |
| Нет | НС1 | Соляная, хлороводородная |
| CO2 | Н2СО3 | Угольная |
| SiO2 | …………… | Кремниевая |
| N2O3 | …………… | Азотистая |
| N2O5 | …………… | Азотная |
| SO2 | …………… | …………………….. |
| SO3 | …………… | …………………….. |
| P2O5 | …………… | …………………….. |
| CrO3 | …………… | Хромовая |
| Нет | H2S | Сероводородная |
Задание 2.15. Вместо пропусков в табл.
3 напишите формулы и названия соответствующих
кислот.
Задание 2.16. Напишите на память (никуда не
заглядывая) формулы кислот: кремниевой,
сернистой, серной, сероводородной, азотистой,
азотной, соляной, фосфорной, угольной. Укажите
ангидриды этих кислот (там, где они существуют).
Свойства кислот
Главным свойством всех кислот является их
способность образовывать соли. Соль образуется в
любой реакции, в которой участвует кислота, при
этом замещаются активные атомы водорода (один
или несколько).
• Кислоты реагируют с металлами. При этом атомы
водорода кислоты замещаются на атомы металла с
образованием растворимой соли и водорода.
Например:
Не все металлы способны вытеснять водород из
растворов кислот. Этот процесс возможен только
для тех металлов, которые стоят в ряду напряжений
(ряд активности) до водорода (рис. 3, см. с. 20):
 |
Рис. 3. Ряд напряжений металлов |
Задание 2.17. Составьте уравнения
возможных реакций:
серная кислота + алюминий,
соляная кислота + серебро,
бромоводородная кислота + цинк.
При составлении уравнений пользуйтесь рядом
напряжений. Не забывайте, составляя формулы
солей, учитывать валентности металла и
кислотного остатка.
Некоторые кислоты могут растворять металлы,
которые стоят в ряду напряжения после водорода,
но водород при этом не выделяется:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO
+ 4H2O.
• Кислоты реагируют с основаниями, образуя
соль и воду**. Это реакция
обмена, и поэтому валентность составных частей в
результате реакции не меняется:
Расставим коэффициенты:
2Н3РО4 + 3Са(ОН)2 = Са3(РО4)2
+ 6Н2О.
Задание 2.18. Составьте уравнения реакций:
серной кислоты и Fe(ОН)3,
соляной кислоты и Ва(ОН)2,
сернистой кислоты и NаОН.
Не забудьте порядок действий: составить
формулу соли по валентности металла и кислотного
остатка; расставить коэффициенты.
• Кислоты могут реагировать с солями. При этом
сильная кислота вытесняет более слабую из ее
соли.
К сильным кислотам относятся серная, азотная,
соляная и др.
К слабым кислотам относятся угольная,
кремниевая, сероводородная, азотистая.
В реакции обмена кислоты с солью образуются
новая соль и новая кислота. Например:
2HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2CO3.
Более подробно о подобных реакциях см. главу 6.
Задание 2.19. Составьте, не обращаясь к
учебнику и пособиям, формулы: а) сильных кислот;
б) слабых кислот.
Задание 2.20. Составьте уравнения реакций:
соляная кислота + FeS,
азотная кислота + Na2SiO3,
серная кислота + K2CO3.
• Как обнаружить кислоту в растворе? Например,
в одном стакане налита вода, а в другом – раствор
кислоты. Как определить, где кислота? Хотя все
кислоты кислые на вкус, пробовать их нельзя, это
опасно. Выручают особые вещества – индикаторы.
Это соединения, которые изменяют цвет в
присутствии кислот.
Синий лакмус в кислоте становится красным;
оранжевый метилоранж тоже становится красным в
присутствии кислот.
В ы в о д ы по главе 2.2
Кислоты классифицируют:
по числу атомов водорода – на одноосновные,
двухосновные и т.д.;по наличию атома кислорода в составе
молекулы – на бескислородные и
кислородсодержащие;по силе – на сильные и слабые;
по устойчивости – на устойчивые и
неустойчивые.
Кислоты реагируют:
с активными металлами (стоящими в ряду
активности до Н),с основаниями,
с основными и амфотерными оксидами,
с солями более слабых кислот.
Кислоты обнаруживаются индикаторами в кислой
(«красной») области.
* В химических формулах
органических кислот атом водорода стоит в конце,
например CH3COOH – уксусная кислота.
** Реакция между кислотой и
основанием называется реакцией нейтрализации.
Продолжение следует
Урок №13. Составление химических формул по валентности
Cоставление
бинарных формул
по валентностям химических элементов
|
Бинарная |
||
|
ОКСИДЫ |
СУЛЬФИДЫ |
ХЛОРИДЫ |
|
Оксид – это сложное вещество, в состав которого входят два вида K2О |
Сульфид – это сложное вещество, в состав которого входят два вида Na2S |
Хлорид – это сложное вещество, в состав которого входят два вида FeCl3 |
|
Общая формула где Э – элемент; Х – валентность элемента |
Общая формула где Э – элемент; Х – валентность элемента |
Общая формула где Э – элемент; Х – валентность элемента |
Пример -анимация
Задание – Алгоритм
Составьте бинарные формулы соединений по их названиям: Оксид калия, сульфид алюминия, хлорид меди (II)
Решение:
|
Действие |
Примеры |
||
|
1.Записать символы |
Оксид натрия NaO |
Сульфид алюминия AlS |
Хлорид железа (II) FeCl |
|
2. Проставить значения валентностей над элементами |
I II Na O |
III II Al S |
II I Fe Cl |
|
3. Найти наименьшее кратное для валентностей элементов |
1·2=2 |
3·2=6 |
2·1=2 |
|
4. Путём деления кратного на значения валентностей, находим индексы элементов |
2 : 2 : Na2O |
6 : 6 : Al2S3 |
2 : 2 : Fe Cl2 |
Запомните!
Особенности составления химических формул соединений.
1) Низшую
валентность проявляет тот элемент, который находится в таблице Д.И.Менделеева
правее и выше, а высшую валентность – элемент, расположенный левее и ниже.
Например, в
соединении с кислородом сера проявляет высшую валентность VI, а кислород –
низшую II. Таким образом, формула оксида серы будет SO3.
В соединении
кремния с углеродом первый проявляет высшую валентность IV, а второй – низшую
IV. Значит, формула – SiC. Это
карбид кремния, основа огнеупорных и абразивных материалов.
2) Атом
металла стоит в формуле на первое место.
2) В
формулах соединений атом неметалла, проявляющий низшую валентность, всегда
стоит на втором месте, а название такого соединения оканчивается на «ид».
Например, СаО – оксид кальция, NaCl
– хлорид натрия, PbS – сульфид свинца.
Теперь вы
сами можете написать формулы любых соединений металлов с неметаллами.
3) Атом металла ставится в формуле на первое место.
Задания для закрепления
Тренажер 1
Тренажер 2
№1.
Даны химические элементы и указана их валентность. Составьте соответствующие химические формулы:
I II V IV III IV III II I III
Li O Ca O P O PbO N H MnO Fe O H S N O Cr Cl
№2.
Составьте формулы молекул для следующих соединений:
1) меди и кислорода,
2) меди и хлора,
3) натрия и брома,
4) калия и серы.
№3.
Составьте бинарные формулы :
А) азот и кислород;
Б) железо и хлор;
В) литий и сера.
№4.
Составьте формулы веществ по их названиям:
оксид серы (IV) , хлорид железа (II), сульфид углерода, оксид азота (III), оксид азота (IV), х
лорид серы (IV), сульфид углерода
№5.
Вычислите относительные молекулярные массы веществ
Al2S3, Fe Cl2 по их химическим формулам.
