Малахіт якась речовина проста або складна. Кварц містить у своєму складі два елементи-кремній і кисень. З яких простих? Запитання для профільних класів

Малахіт-є з'єднанням міді, склад природного малахіту нескладний: це основний карбонат міді (СuОН) 2 3 , або СuСО 3 ·Сu (ОН) 2 . Це з'єднання термічно нестійке і легко розкладається при нагріванні, навіть не дуже сильному. Якщо нагріти малахіт вище 200 о С, він почорніє і перетвориться на чорний порошок оксиду міді, одночасно виділяться пари води та вуглекислий газ: (СuОН) 2 СО 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O. Однак отримати знову малахіт - дуже важке завдання : це не могли зробити протягом багатьох десятиліть, навіть після успішного синтезу алмазу
Відеодосвід: "Розкладання малахіту".

Непросто отримати навіть поєднання того ж складу, що і малахіт. Якщо злити розчини сульфату міді та карбонату натрію, то вийде пухкий об'ємистий блакитний осад, дуже схожий на гідроксид міді Сu(OH) 2 ; одночасно виділиться вуглекислий газ. Але приблизно через тиждень пухкий блакитний осад сильно ущільнюється і набуде зеленого кольору. Повторення досвіду з гарячими розчинами реагентів призведе до того, що самі зміни з осадом відбудуться вже за годину.

Реакцію солей міді з карбонатами лужних металів вивчали багато хіміків різних країн, проте результати аналізу отриманих опадів у різних дослідників розрізнялися і іноді суттєво. Якщо взяти занадто багато карбонату, осад взагалі не випаде, а вийде розчин красивого синього кольору, що містить мідь у вигляді комплексних аніонів, наприклад, 2-. Якщо взяти менше карбонату, випадає об'ємистий желеподібний осад світло-синього кольору, спінений бульбашками вуглекислого газу. Подальші перетворення залежить від співвідношення реагентів. При надлишку СuSО 4 навіть невеликому, осад з часом не змінюється. При надлишку карбонату натрію синій осад через 4 дні різко (в 6 разів) зменшується в обсязі і перетворюється на кристали зеленого кольору, які можна відфільтрувати, висушити і розтерти в тонкий порошок, який за складом близький до малахіту. Якщо збільшити концентрацію СуSO 4 від 0,067 до 1,073 моль/л (при невеликому надлишку Nа 2 3 ), то час переходу синього осаду в зелені кристали зменшується від 6 днів до 18 годин. Очевидно, у блакитному холодцю з часом утворюються зародки кристалічної фази, які поступово зростають. А зелені кристалики набагато ближче до малахіту, ніж безформний холодець.

Таким чином, щоб отримати осад певного складу, відповідного малахіту, треба взяти 10% надлишок Nа 2 3 , високу концентрацію реагентів (близько 1 моль/л) і витримувати синій осад під розчином до його переходу в зелені кристали. До речі, суміш, яку одержують додаванням соди до мідного купоросу, здавна використовували проти шкідливих комах у сільському господарстві під назвою «бургундська суміш».

Відомо, що розчинні сполуки міді отруйні. Основний карбонат міді нерозчинний, але в шлунку під дією соляної кислоти він легко переходить у розчинний хлорид: (СuОН) 2 СО 3 + 2HCl = 2CuCl 2 + CO 2 + H 2 O. Чи небезпечний у такому разі малахіт? Колись вважалося дуже небезпечним вколотися мідною шпилькою або шпилькою, кінчик якої позеленів, що вказувало на утворення солей міді – головним чином основного карбонату під дією вуглекислого газу, кисню та вологи повітря. Насправді токсичність основного карбонату міді, у тому числі й того, що у вигляді зеленої патини утворюється на поверхні мідних та бронзових виробів, дещо перебільшена. Як показали спеціальні дослідження, смертельна для половини щурів доза основного карбонату міді становить 1,35 г на 1 кг маси для самця і 1,5 г - для самок. Максимальна одноразова безпечна доза становить 0,67 г на 1 кг. Звичайно, людина – не щур, а й малахіт – явно не ціаністий калій. І важко уявити, щоб хтось з'їв півсклянки розтертого в порошок малахіту. Те саме можна сказати про основний ацетат міді (історична назва - яр-медянка), який виходить при обробці основного карбонату оцтовою кислотою і використовується, зокрема, як пестицид. Значно небезпечніший інший пестицид, відомий під назвою «паризька зелень», який є сумішшю основного ацетату міді з її арсенатом Cu(AsO 2) 2 .

Хіміків давно цікавило питання – чи не основний, а простий карбонат міді СуСО 3 . У таблиці розчинності солей дома СuCO 3 стоїть прочерк, що означає одне з двох: або ця речовина повністю розкладається водою, або її зовсім не існує. Справді, протягом цілого століття нікому не вдавалося отримати цю речовину, і в усіх підручниках писали, що міді карбонат не існує. Однак у 1959 цю речовину було отримано, хоча і при особливих умовах: при 150 ° С в атмосфері вуглекислого газу під тиском 60-80 атм.

Малахіт як мінерал.

Природний малахіт завжди утворюється там, де є поклади мідних руд, якщо ці руди залягають у карбонатних породах – вапняках, доломітах та ін. Часто це сульфідні руди, з яких найбільш поширені халькозин (інша назва – халькокит) Cu 2 S борніть Cu 5 FeS 4 або 2Cu 2 S CuS FeS, ковелін CuS. При вивітрюванні мідної руди під впливом підземних вод, у яких розчинені кисень і вуглекислий газ, мідь перетворюється на розчин. Цей розчин, що містить іони міді, повільно просочується через пористий вапняк і з ним реагує з утворенням основного карбонату міді - малахіту. Іноді крапельки розчину, випаровуючись у порожнинах, утворюють натіки, щось на зразок сталактитів і сталагмітів, тільки не кальцитових, а малахітових. Усі стадії утворення цього мінералу добре видно на стінах величезного міднорудного кар'єру глибиною до 300 – 400 м у провінції Катанга (Заїр). Мідна руда на дні кар'єру дуже багата – містить до 60% міді (переважно у вигляді халькозину). Халькозін – темно-сріблястий мінерал, але у верхній частині рудного пласта всі його кристали позеленіли, а порожнечі між ними заповнилися суцільною зеленою масою – малахітом. Це було якраз у тих місцях, де поверхневі води проникали через породу, що містить багато карбонатів. При зустрічі з халькозином вони окислювали сірку, а мідь у вигляді основного карбонату осідала тут же, поряд із зруйнованим кристаліком халькозину. Якщо поблизу була порожнеча в породі, малахіт виділявся там у вигляді красивих натіків.

Отже, для утворення малахіту потрібне сусідство вапняку та мідної руди. А чи не можна використовувати цей процес для штучного здобуттямалахіту в природних умовах? Теоретично у цьому немає нічого неможливого. Було, наприклад, запропоновано використовувати такий прийом: у підземні виробки мідної руди, що відслужили своє, засипати дешевий вапняк. У міді теж не буде недоліку, тому що навіть за найдосконалішої технології видобутку неможливо обійтися без втрат. Для прискорення процесу вироблення треба підвести воду. Скільки може тривати такий процес? Зазвичай природне утворення мінералів – процес вкрай повільний і триває тисячоліттями. Але іноді кристали мінералів ростуть швидко. Наприклад, кристали гіпсу можуть у природних умовах зростати зі швидкістю до 8 мкм на добу, кварцу – до 300 мкм (0,3 мм), а залізний мінерал гематит (кровавик) може за добу вирости на 5 см. Лабораторні дослідження показали, що і малахіт може зростати зі швидкістю до 10 мкм на добу. За такої швидкості у сприятливих умовах десятисантиметрова кірка чудового самоцвіту зросте років за тридцять – це не такий вже й великий термін: навіть лісопосадки розраховані на 50, а то й на 100 років і навіть більше.

Однак трапляються випадки, коли знахідки малахіту в природі нікого не радують. Наприклад, в результаті багаторічної обробки ґрунтів виноградників бордоською рідиною під орним шаром іноді утворюються справжнісінькі малахітові зерна. Виходить цей рукотворний малахіт так само, як і природний: бордоська рідина (суміш мідного купоросу з вапняним молоком) просочується в ґрунт і зустрічається з вапняними відкладеннями під нею. В результаті вміст міді в ґрунті може досягати 0,05%, а в золі виноградного листя – понад 1%!

Утворюється малахіт і на виробах із міді та її сплавів – латуні, бронзи. Особливо швидко такий процес йде у великих містах, у яких повітря містить оксиди сірки та азоту. Ці кислотні агенти, спільно з киснем, вуглекислим газом та вологою, сприяють корозії міді та її сплавів. При цьому колір основного карбонату міді, що утворюється на поверхні, відрізняється землистим відтінком.

Малахіту в природі часто супроводжує синій мінерал азурит – мідна блакитність. Це також основний карбонат міді, але іншого складу – 2СuСО 3 ·Сu(ОН) 2 . Азурит та малахіт нерідко знаходять разом; їх смугасті зрощення називають азуромалахітом. Азурит менш стійкий і у вологому повітрі поступово зеленіє, перетворюючись на малахіт. Таким чином, малахіт у природі зовсім не рідкісний. Він покриває навіть старовинні бронзові речі, які знаходять під час археологічних розкопок. Малахіт часто використовують як мідну руду: адже він містить майже 56% міді. Однак ці крихітні малахітові зернятка не становлять інтересу для шукачів каміння. Більш менш великі кристали цього мінералу трапляються дуже рідко. Зазвичай кристали малахіту дуже тонкі - від сотих до десятих часток міліметра, а в довжину мають до 10 мм, і тільки зрідка, у сприятливих умовах, можуть утворитися величезні багатотонні натіки щільної речовини, що складається з маси кристалів, що злиплися. Саме такі натіки утворюють ювелірний малахіт, який зустрічається дуже рідко. Так, у Катанзі для одержання 1 кг ювелірного малахіту треба переробити близько 100 т руди. Дуже багаті родовища малахіту були на Уралі; на жаль, нині вони практично виснажені. Уральський малахіт було виявлено ще 1635, а 19 в. там видобували на рік до 80 т неперевершеного за якістю малахіту, причому малахіт часто зустрічався у вигляді досить важких брил. Найбільша з них, масою 250 т, була виявлена ​​в 1835, а в 1913 знайшли брилу масою понад 100 т. Суцільні маси щільного малахіту йшли на прикраси, а окремі зерна, розподілені в породі, - так званий землистий малахіт, і дрібні скупчення чистого малахіту використовувалися для вироблення високоякісної зеленої фарби, «малахітової зелені» (цю фарбу не слід плутати з «малахітовим зеленим», який є органічним барвником, а з малахітом його ріднить хіба що колір). До революції в Єкатеринбурзі та Нижньому Тагілі дахи багатьох особняків були пофарбовані малахітом у гарний синювато-зелений колір. Залучав малахіт та уральських майстрів виплавки міді. Але мідь видобували тільки з мінералу, який не представляє інтересу для ювелірів та художників. Суцільні шматки щільного малахіту йшли лише на прикраси.

Джерела:ресурси Інтернет

http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/MALAHIT.html

13.1. Визначення

До найважливіших класів неорганічних речовин за традицією відносять прості речовини (метали та неметали), оксиди (кислотні, основні та амфотерні), гідроксиди (частина кислот, основи, амфотерні гідроксиди) та солі. Речовини, що відносяться до того самого класу, мають подібні хімічні властивості. Але вже знаєте, що з виділенні цих класів використовують різні класифікаційні ознаки.
У цьому параграфі остаточно сформулюємо визначення всіх найважливіших класів хімічних речовин і розберемося, за якими ознаками виділяються ці класи.
Почнемо з простих речовин (Класифікація за кількістю елементів, що входять до складу речовини). Їх зазвичай ділять на металиі неметали(рис. 13.1- а).
Визначення поняття "метал" ви вже знаєте.

З цього визначення видно, що головною ознакою, що дозволяє нам розділити прості речовини на метали та неметали, є тип хімічного зв'язку.

У більшості неметалів зв'язок ковалентний. Але є ще й благородні гази (прості речовини елементів VIIIA групи), атоми яких у твердому та рідкому стані пов'язані лише міжмолекулярними зв'язками. Звідси й визначення.

За хімічними властивостями серед металів виділяють групу про амфотерних металівЦя назва відображає здатність цих металів реагувати як з кислотами, так і з лугами (як амфотерні оксиди чи гідроксиди) (рис. 13.1- б).
Крім цього, через хімічну інертність серед металів виділяють благородні метали.До них відносять золото, рутеній, родій, паладій, осмій, іридій, платину. За традицією до благородних металів відносять і дещо реакційно-здатне срібло, але не відносять такі інертні метали, як тантал, ніобій та деякі інші. Є й інші класифікації металів, наприклад, у металургії всі метали поділяють на чорні та кольорові,відносячи до чорних металів залізо та його сплави.
З складних речовин найбільше значення мають, перш за все, оксиди(див.§2.5), але оскільки в їх класифікації враховуються кислотно-основні властивості цих сполук, ми спочатку згадаємо, що таке кислотиі підстави.

Таким чином, ми виділяємо кислоти та основи з загальної масисполук, використовуючи дві ознаки: склад та хімічні властивості.
За складом кислоти поділяються на кисневмісні (оксокислоти) та безкисневі(Рис. 13.2).

Слід пам'ятати, що кисневмісні кислоти за своєю будовою є гідроксидами.

Примітка. За традицією для безкисневих кислот слово "кислота" використовується в тих випадках, коли йдеться про розчин відповідної індивідуальної речовини, наприклад: речовину HCl називають хлороводнем, а його водний розчин - хлороводневою або соляною кислотою.

Тепер повернемось до оксидів. Ми відносили оксиди до групи кислотнихабо основнихпо тому, як вони реагують з водою (або по тому, з кислот або підстав вони виходять). Але з водою реагують далеко не всі оксиди, проте більшість з них реагує з кислотами або лугами, тому оксиди краще класифікувати за цією властивістю.

Існує кілька оксидів, які у звичайних умовах не реагують ні з кислотами, ні з лугами. Такі оксиди називають несолетворними. Це, наприклад, CO, SiO, N2O, NO, MnO2. На відміну від них, інші оксиди називають солеутворюючими(Рис. 13.3).

Як ви знаєте, більшість кислот і основ відноситься до гідроксидам. За здатністю гідроксидів реагувати і з кислотами, і з лугами серед них (як і серед оксидів) виділяють амфотерні гідроксиди(Рис. 13.4).

Тепер нам залишилося дати визначення солей. Термін "сіль" використовується здавна. З розвитком науки, його сенс неодноразово змінювався, розширювався і уточнювався. У сучасному розумінні сіль – це іонна сполука, але традиційно до солей не відносять іонні оксиди (оскільки їх називають основними оксидами), іонні гідроксиди (основи), а також іонні гідриди, карбіди, нітриди тощо. що

Можна дати й інше, точніше, визначення солей.

Даючи таке визначення, солі оксонію зазвичай відносять і до солей, і кислот.
Солі прийнято поділяти за складом на кислі, середніі основні(Рис. 13.5).

Тобто до складу аніонів кислих солей входять атоми водню, пов'язані ковалентними зв'язками з іншими атомами аніонів та здатні відриватися під дією основ.

Основні солі зазвичай мають дуже складний склад і часто нерозчинні у воді. Типовий приклад основної солі - мінерал малахіт Cu2(OH)2CO3.

Як бачите, найважливіші класи хімічних речовин виділяються за різними класифікаційними ознаками. Але за якою б ознакою ми не виділяли клас речовин, всі речовини цього класу мають загальні хімічні властивості.

У цьому розділі ви познайомитеся з найбільш характерними хімічними властивостями речовин-представників цих класів і найважливішими способами їх отримання.

МЕТАЛИ, неметали, амфотерні метали, КИСЛОТИ, ПІДСТАВИ, оксокислот, безкисневому КИСЛОТИ, основними оксидами, кислотних оксидів, амфотерні оксиди, амфотерний гідроксиду, СОЛІ, КИСЛІ СОЛІ, СЕРЕДНІ СОЛІ, ОСНОВНІ СОЛІ
1.Де в природній системі елементів розташовані елементи, що утворюють метали, а де – елементи, що утворюють неметали?
2.Напишіть формули п'яти металів та п'яти неметалів.
3.Складіть структурні формули наступних сполук:
(H 3 O)Cl, (H 3 O) 2 SO 4 , HCl, H 2 S, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , H 2 CO 3 , Ba(OH) 2 , RbOH.
4.Яким оксидам відповідають такі гідроксиди:
H 2 SO 4 , Ca(OH) 2 , H 3 PO 4 , Al(OH) 3 , HNO 3 , LiOH?
Який характер (кислотний чи основний) кожного з цих оксидів?
5. Серед наступних речовин знайдіть солі. Складіть їх структурні формули.
KNO 2 , Al 2 O 3 , Al 2 S 3 , HCN, CS 2 , H 2 S, K 2 , SiCl 4 , CaSO 4 , AlPO 4
6.Складіть структурні формули наступних кислих солей:
NaHSO 4 , KHSO 3 , NaHCO 3 , Ca(H 2 PO 4) 2 , CaHPO 4 .

13.2. Метали

У кристалах металів і в їх розплавах атомні кістяки пов'язує єдину електронну хмару металевого зв'язку. Як і окремий атом елемента, що утворює метал, кристал металу має здатність віддавати електрони. Схильність металу віддавати електрони залежить від його будови і, насамперед, від розміру атомів: чим більше атомні кістяки (тобто чим більше іонні радіуси), тим легше метал віддає електрони.
Метали – прості речовини, тому ступінь окислення атомів у яких дорівнює 0. Вступаючи у реакції, метали майже завжди змінюють ступінь окислення своїх атомів. Атоми металів, не маючи схильності приймати електрони, можуть лише їх віддавати або узагальнювати. Електронегативність цих атомів невелика, тому навіть при утворенні ними ковалентних зв'язків атоми металів набувають позитивного ступеня окислення. Отже, всі метали тією чи іншою мірою виявляють відновлювальні властивості. Вони реагують:
1) З неметалами(але не всі і не з усіма):
4Li + O 2 = 2Li 2 O,
3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 (при нагріванні),
Fe + S = FeS (при нагріванні).
Найбільш активні метали легко реагують з галогенами та киснем, а з дуже міцними молекулами азоту реагує лише літій та магній.
Реагуючи з киснем, більшість металів утворює оксиди, а найактивніші – пероксиди (Na 2 O 2 , BaO 2) та інші складніші сполуки.
2) З оксидамименш активних металів:
2Ca + MnO 2 = 2CaO + Mn (при нагріванні),
2Al + Fe 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Fe (з попереднім нагріванням).
Можливість перебігу цих реакцій визначається загальним правилом(ОВР протікають у напрямі утворення більш слабких окислювача та відновника) і залежить не тільки від активності металу (активніший, тобто легше віддає свої електрони метал відновлює менш активний), а й від енергії кристалічної решітки оксиду (реакція протікає у напрямку утворення більш " міцного оксиду).
3) З розчинами кислот(§ 12.2):
Mg + 2H 3 O = Mg 2B + H 2 + 2H 2 O, Fe + 2H 3 O = Fe 2 + H 2 + 2H 2 O,
Mg + H 2 SO 4p = MgSO 4p + H 2 , Fe + 2HCl p = FeCl 2p + H 2 .
В цьому випадку можливість реакції легко визначається по ряду напруг (реакція протікає, якщо метал у ряді напруг стоїть лівіше водню).
4) C розчинами солей(§ 12.2):

Fe + Cu 2 = Fe 2 + Cu, Cu + 2Ag = Cu 2 +2Ag,
Fe + CuSO 4p = Cu + FeSO 4p, Cu + 2AgNO 3p = 2Ag + Cu(NO 3) 2p .
Для визначення можливості протікання реакції тут також використовують ряд напруг.
5) Крім цього, найбільш активні метали (лужні та лужноземельні) реагують з водою (§ 11.4):
2Na + 2H 2 O = 2Na + H 2 + 2OH , Ca + 2H 2 O = Ca 2 + H 2 + 2OH ,
2Na + 2H 2 O = 2NaOH p + H 2 , Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2p + H 2 .
У другій реакції можливе утворення осаду Ca(OH) 2 .
Більшість металів у промисловості отримують,відновлюючи їх оксиди:
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 (за високої температури),
MnO 2 + 2C = Mn + 2CO (за високої температури).
У лабораторії для цього часто використовують водень:

Найбільш активні метали, як у промисловості, так і в лабораторії, одержують за допомогою електролізу (§ 9.9).
У лабораторії менш активні метали можуть бути відновлені з розчинів їх солей активнішими металами (обмеження див. § 12.2).

1.Чому метали не схильні виявляти окисні властивості?
2.Від чого насамперед залежить хімічна активність металів?
3.Здійсніть перетворення
а) Li Li 2 O LiOH LiCl; б) NaCl Na Na 2 O 2;
в) FeO Fe FeS Fe 2 O 3 ; г) CuCl 2 Cu(OH) 2 CuO Cu CuBr 2 .
4. Відновіть ліві частини рівнянь:
а)... = H 2 O + Cu;
б) ... = 3CO + 2Fe;
в) ... = 2Cr + Al2O3
. Хімічні властивостіметалів.

13.3. Неметали

На відміну від металів, неметали дуже відрізняються один від одного за своїми властивостями – як фізичними, так і хімічними, і навіть за типом будівлі. Але, крім благородних газів, у всіх неметаллах зв'язок між атомами ковалентна.
Атоми, що входять до складу неметалів, мають схильність до приєднання електронів, але, утворюючи прості речовини, "задовольнити" цю схильність не можуть. Тому неметали (в тій чи іншій мірі) мають схильність приєднувати електрони, тобто можуть виявляти окисні властивості. Окислювальна активність неметалів залежить, з одного боку, від розмірів атомів (чим менше атоми, тим активніша речовина), а з іншого – від міцності ковалентних зв'язків у простій речовині (чим міцніша зв'язок, тим менш активно речовина). При утворенні іонних з'єднань атоми неметалів дійсно приєднують "зайві" електрони, а при утворенні з'єднань з ковалентними зв'язками лише зміщують у свій бік загальні електронні пари. І в тому, і в іншому випадку ступінь окиснення зменшується.
Неметали можуть окислювати:
1) метали(речовини більш менш схильні віддавати електрони):
3F 2 + 2Al = 2AlF 3 ,
O 2 + 2Mg = 2MgO (з попереднім нагріванням),
S + Fe = FeS (при нагріванні),
2C + Ca = CaC 2 (при нагріванні).
2) інші неметали(менш схильні приймати електрони):
2F 2 + C = CF 4 (при нагріванні),
O 2 + S = SO 2 (з попереднім нагріванням),
S + H 2 = H 2 S (при нагріванні),
3) багато складні речовини:
4F 2 + CH 4 = CF 4 + 4HF,
3O 2 + 4NH 3 = 2N 2 + 6H 2 O (при нагріванні),
Cl 2 + 2HBr = Br 2 + 2HCl.
Тут можливість протікання реакції визначається насамперед міцністю зв'язків у реагентах та продуктах реакції та може бути визначена шляхом розрахунку G.
Найсильніший окислювач – фтор. Ненабагато поступаються йому кисень і хлор (зверніть увагу на їхнє положення в системі елементів).
Значно меншою мірою окислювальні властивості виявляють бор, графіт (і алмаз), кремній та інші прості речовини, утворені елементами, що примикають до кордону між металами та неметалами. Атоми цих елементів менш схильні приєднувати електрони. Саме ці речовини (особливо графіт та водень) здатні виявляти відновлювальні властивості:
2С + MnO 2 = Mn + 2CO,
4H 2 + Fe 3 O 4 = 3Fe + 4H 2 O.
Інші хімічні властивості неметалів ви вивчите в наступних розділах при знайомстві з хімією окремих елементів (як це було у разі кисню та водню). Там же ви дослідите і способи отримання цих речовин.

1.Які з наведених речовин є неметалами: Be, C, Ne, Pt, Si, Sn, Se, Cs, Sc, Ar, Ra?
2. Наведіть приклади неметалів, які за звичайних умов являють собою а) гази, б) рідини, в) тверді речовини.
3. Наведіть приклади а) молекулярних та б) немолекулярних простих речовин.
4. Наведіть по три приклади хімічних реакцій, у яких окисні властивості виявляє а) хлор та б) водень.
5. Наведіть три приклади хімічних реакцій, які відсутні в тексті параграфа, в яких водень виявляє відновлювальні властивості.
6.Здійсніть перетворення:
а) P 4 P 4 O 10 H 3 PO 4; б) H 2 NaH H 2; в) Cl 2 NaCl Cl 2 .
Хімічні властивості неметалів.

13.4. Основні оксиди

Ви вже знаєте, що всі основні оксиди – тверді немолекулярні речовини з іонним зв'язком.
До основних оксидів відносяться:
а) оксиди лужних та лужноземельних елементів,
б) оксиди деяких інших елементів, що утворюють метали, у нижчих ступенях окиснення, наприклад: СrO, MnO, FeO, Ag 2 O та ін.

До їх складу входять однозарядні, двозарядні (дуже рідко тризарядні катіони) та оксид-іони. Найбільш характерні Хімічні властивостіОсновні оксиди якраз і пов'язані з присутністю в них двозарядних оксид-іонів (дуже сильних частинок-підстав). Хімічна активність основних оксидів залежить передусім від міцності іонної зв'язку у тому кристалах.
1) Усі основні оксиди реагують із розчинами сильних кислот (§ 12.5):
Li 2 O + 2H 3 O = 2Li + 3H 2 O, NiO + 2H 3 O = Ni 2 +3H 2 O,
Li 2 O + 2HCl p = 2LiCl p + H 2 O, NiO + H 2 SO 4p = NiSO 4p + H 2 O.
У першому випадку крім реакції з іонами оксонія протікає ще й реакція з водою, але, оскільки її швидкість значно менша, нею можна знехтувати, тим більше, що в результаті все одно виходять ті самі продукти.
Можливість реакції з розчином слабкої кислоти визначається як силою кислоти (чим сильніша кислота, тим вона активніша), так і міцністю зв'язку в оксиді (чим слабший зв'язок, тим активніший оксид).
2) Оксиди лужних та лужноземельних металів реагують з водою (§ 11.4):
Li 2 O + H 2 O = 2Li + 2OH BaO + H 2 O = Ba 2 + 2OH
Li 2 O + H 2 O = 2LiOH p , BaO + H 2 O = Ba(OH) 2p .
3) Крім того, основні оксиди реагують із кислотними оксидами:
BaO + CO 2 = BaCO 3
FeO + SO 3 = FeSO 4 ,
Na 2 O + N 2 O 5 = 2NaNO 3 .
Залежно від хімічної активності тих та інших оксидів реакції можуть протікати при звичайній температурі або нагріванні.
У чому причина перебігу таких реакцій? Розглянемо реакцію освіти BaCO 3 з BaO та CO 2 . Реакція протікає мимовільно, а ентропія у цій реакції зменшується (з двох речовин, твердої та газоподібної, утворюється одна кристалічна речовина), отже, екзотермічна реакція. В екзотермічних реакціях енергія зв'язків, що утворюються більше, ніж енергія рвуться, отже, енергія зв'язків в BaCO 3 більше, ніж у вихідних BaO і CO 2 . І у вихідних речовинах, і в продуктах реакції два типи хімічного зв'язку: іонна та ковалентна. Енергія іонного зв'язку (енергія решітки) у BaO дещо більша, ніж у BaCO 3 (розмір карбонатного іона більше, ніж оксид-іона), отже, енергія системи O 2 + CO 2 більше, ніж енергія CO 3 2 .

+ Q

Іншими словами, іон CO 3 2 стійкіший, ніж окремо взяті іон O 2 і молекула CO 2 . А більша стійкість карбонат-іона (його менша внутрішня енергія) пов'язана з розподілом заряду цього іона (– 2 е) за трьома атомами кисню карбонат-іона замість одного в оксид-іоні (див. також § 13.11).
4) Багато основних оксидів можуть бути відновлені до металу більш активним металом або неметал-відновником:
MnO + Ca = Mn + CaO (при нагріванні),
FeO + H 2 = Fe + H 2 O (при нагріванні).
Можливість перебігу таких реакцій залежить не тільки від активності відновника, але і від міцності зв'язків у вихідному оксиді, що утворюється.
Загальним способом отриманнябагатьох основних оксидів є окислення відповідного металу киснем. Таким способом не можуть бути отримані оксиди натрію, калію та деяких інших дуже активних металів (у цих умовах вони утворюють пероксиди і складніші сполуки), а також золота, срібла, платини та інших дуже малоактивних металів (ці метали не реагують з киснем). Основні оксиди можуть бути одержані термічним розкладанням відповідних гідроксидів, а також деяких солей (наприклад, карбонатів). Так, оксид магнію може бути отриманий усіма трьома способами:
2Mg + O 2 = 2MgO,
Mg(OH) 2 = MgO + H 2 O,
MgCO 3 = MgO + CO 2 .

1.Складіть рівняння реакцій:
а) Li 2 O + CO 2 б) Na 2 O + N 2 O 5 в) CaO + SO 3
г) Ag 2 O + HNO 3 д) MnO + HCl е) MgO + H 2 SO 4
2.Складіть рівняння реакцій, що протікають при здійсненні наступних перетворень:
а) Mg MgO MgSO 4 б) Na 2 O Na 2 SO 3 NaCl
в) CoO Co CoCl 2 г) Fe Fe 3 O 4 FeO
3.Порцію нікелю масою 8,85 г прожарили в струмі кисню до отримання оксиду нікелю(II), потім обробили надлишком соляної кислоти. До отриманого розчину додали розчин натрію сульфіду до припинення виділення осаду. Визначте масу цього осаду.
Хімічні властивості основних оксидів.

13.5. Кислотні оксиди

Всі кислотні оксиди - речовини з ковалентним зв'язком.
До кислотних оксидів відносяться:
а) оксиди елементів, що утворюють неметали,
б) деякі оксиди елементів, що утворюють метали, якщо метали в цих оксидах знаходяться у вищих ступенях окиснення, наприклад, CrO 3 , Mn 2 O 7 .
Серед кислотних оксидів є речовини, що є при кімнатній температурі гази (наприклад: СО 2 , N 2 O 3 , SO 2 , SeO 2), рідини (наприклад, Mn 2 O 7) і тверді речовини (наприклад: B 2 O 3 , SiO 2 , N 2 O 5 , P 4 O 6 , P 4 O 10 , SO 3 , I 2 O 5 , CrO 3). Більшість кислотних оксидів - молекулярні речовини (винятки становлять B 2 O 3 , SiO 2 , твердий SO 3 , CrO 3 та деякі інші; існують і немолекулярні модифікації P 2 O 5). Але й немолекулярні кислотні оксиди під час переходу в газоподібний стан стають молекулярними.
Для кислотних оксидів характерні наступні Хімічні властивості.
1) Усі кислотні оксиди реагують із сильними основами, як із твердими:
CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + H 2 O
SiO 2 + 2KOH = K 2 SiO 3 + H 2 O (при нагріванні),
так і з розчинами лугів (§ 12.8):
SO 3 + 2OH = SO 4 2 + H 2 O, N 2 O 5 + 2OH = 2NO 3 + H 2 O,
SO 3 + 2NaOH р = Na 2 SO 4р + H 2 O, N 2 O 5 + 2KOH р = 2KNO 3р + H 2 O.
Причина протікання реакцій з твердими гідроксидами та сама, що з оксидами (див. § 13.4).
Найбільш активні кислотні оксиди (SO 3 , CrO 3 , N 2 O 5 , Cl 2 O 7) можуть реагувати і з нерозчинними (слабкими) основами.
2) Кислотні оксиди реагують з основними оксидами (§ 13.4):
CO 2 + CaO = CaCO 3
P 4 O 10 + 6FeO = 2Fe 3 (PO 4) 2 (при нагріванні)
3) Багато кислотних оксидів реагують з водою (§11.4).
N 2 O 3 + H 2 O = 2HNO 2 SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 (правильніший запис формули сірчистої кислоти -SO 2 . H 2 O
N 2 O 5 + H 2 O = 2HNO 3 SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
Багато кислотні оксиди можуть бути отриманішляхом окислення киснем (спалювання в кисні або на повітрі) відповідних простих речовин (C гр, S 8 , P 4 , P кр, B, Se, але не N 2 і не галогени):
C + O 2 = CO 2
S 8 + 8O 2 = 8SO 2
або при розкладанні відповідних кислот:
H 2 SO 4 = SO 3 + H 2 O (при сильному нагріванні),
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (при висушуванні на повітрі),
H 2 CO 3 = CO 2 + H 2 O (при кімнатній температурі в розчині),
H 2 SO 3 = SO 2 + H 2 O (при кімнатній температурі у розчині).
Нестійкість вугільної та сірчистої кислот дозволяє отримувати CO 2 і SO 2 при дії сильних кислот на карбонати Na 2 CO 3 + 2HCl p = 2NaCl p + CO 2 +H 2 O
(реакція протікає як у розчині, так і з твердим Na 2 CO 3), і сульфіти
K 2 SO 3тв + H 2 SO 4конц = K 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O (якщо води багато, діоксид сірки у вигляді газу не виділяється).

Мета уроку:продовжити формування поняття речовини, познайомити учнів зі складними речовинами, способами доказу їх складності – аналізом та синтезом.

Хід уроку

1. Фронтальне опитування.

Які речовини відносять до простих: а) Алмаз; б) Вода; в) Поварена сіль?

На які дві групи ділять прості речовини, якщо є між ними чітка межа?

Які властивості та будови мають метали та неметали?

Як виразити склад простої речовини (молекулярної та немолекулярної)?

Письмова робота.

Складіть хімічні формули простих молекулярних речовин, моделі яких зображені в підручнику.

Напишіть формули простих речовин, утворених елементами третього періоду.

Ці вправи мають особливе значення, оскільки допомагають їм пов'язати внутрішню будову речовини з його знаковою моделлю (формулою).

2. Обговорення нового матеріалу.

Запитання:

  1. обговорення елементного складу речовин на відомих прикладах;
  2. Експериментальний доказ складності речовини-синтез складної речовини;
  3. Аналіз речовини;
  4. Обговорення структур складних речовин.

Демонструємо ряд простих та складних речовин: оксид міді, графіт, кварц (або річковий пісок), основний карбонат міді (малахіт), сірку, водень, вуглекислий газ, воду. Які з цих речовин складаються з одного елемента, а які з двох чи кількох? Школярі можуть назвати сірку і водень як складаються з одного елемента, а воду, ґрунтуючись на попередньому досвіді, як складається з двох елементів. При цьому вони можуть сказати, як довести, що вода складається із двох елементів. Робимо висновок, що на вигляд розпізнати прості і складні речовини не можна. Потрібно їх вивчити.

Як ми називаємо ті речовини, які складаються з одного елемента?

А як назвати речовини, що складаються з двох чи кількох елементів?

Зазвичай діти відповідають точно – складні речовини. Формулюємо визначення. До цього потрібно залучити учнів.

Як провести досвід, щоб довести – до складних чи простих відноситься речовина? Потрібно розкласти речовину.

За якими ознаками ми дізнаємось, що речовина складна? Якщо з нього вийшли нові речовини, воно складне.

Тут слід пояснити, що встановлення складу речовини з допомогою розкладання називається аналізом, що розкладання часто проводять з допомогою нагрівання. Дуже корисно, щоб учні провели досліди самі. На учнівських столах слід приготувати прилади для розкладання (пробірку з газовідвідною трубкою, закріплену в штативі). У пробірку насипаємо малахіт (на одних столах) та перманганат калію (на інших). Назва речовин повідомляю учням не для запам'ятовування, хоча вони вже на перших уроках їх запам'ятовують. Перед учнями ставиться завдання довести, що ці речовини є складними.

Перед дослідами знайомлю хлопців із правилами роботи зі спиртуванням. Учням групи, що досліджують малахіт, потрібно поставити під газовідвідну трубку склянку з вапняною водою. Іншій групі, що досліджує перманганат калію, – стаканчик із чистою водою.

Скільки нових речовин учні отримали?

При розкладанні малахіту добре видно три речовини: газ, крапельки води (на стінках пробірки), чорна речовина, що залишилася в пробірці. Вуглекислий газ перевіряється помутнінням вапняної води. Вчитель повідомляє, що чорна речовина, що залишилася в пробірці, - це оксид міді.

При розкладанні перманганату калію спостереження утруднені маскуванням чорного оксиду, що утворився, і майже такого ж кольору манганату, які зовні мало відрізняються від взятого перманганату калію. Учні називають дві речовини в результаті досвіду – газ та тверда чорна речовина.

Виділений газ у порожню склянку учні перевіряють, підносячи тліючу лучинку, яка яскраво спалахує.

Виділену другу речовину досліджую сама. Для цього розчиняю у воді у двох склянках одержану речовину в результаті розкладання та вихідну речовину – перманганат калію. Перманганат калію дає малинове забарвлення, а речовина в результаті розкладання дає зелене забарвлення.

Учні бачать різницю двох речовин і роблять висновок, що при розкладанні перманганату калію утворюються дві різні речовини. З дослідження у групах учні заповнюють таблицю.

Підводжу учнів до загального висновку: ті речовини, які розкладаються на два або кілька нових складаються з кількох елементів і відносяться до складних речовин, а які не підлягають розкладу, складаються з одного елемента і відносяться до простих.

Далі переходжу до поняття синтезу. Демонструю досвід: нагріваю залізну тирсу з порошком сірки. Яка речовина утворюється в результаті – постійна чи складна? Із яких елементів воно складається? Школярі відповідають – із сірки та заліза. Отже, робимо висновок, що з допомогою синтезу з простих речовин можна отримати складне. З досвіду учні дають поняття синтезу.

3. Закріплення.

Для закріплення демонструю плакат із малюнками структур складних та простих речовин. Де учні виділяють складні речовини. Далі учні відповідають питанням - що таке складні речовини і наводять приклади. Виходячи з вивченого матеріалу, робимо висновок: складні речовини мають молекулярні (вуглекислий газ) та немолекулярні структури (оксид марганцю).

Домашнє завдання: стор 4-6, вправа 4.

Кварц містить у своєму складі два елементи-кремній і кисень. З яких простих речовин можна отримати кварц? Якими двома способами можна довести, що до складу кварцу входять кисень та кремній?

Відповіді:

Кварц містить у своєму складі два елементи - кремній та кисень. Із яких простих речовин можна отримати кварц? Якими двома способами можна довести, що до складу кварцу входять кисень та кремній? Мінерал флюорит складається з двох елементів – кальцію та фтору. N Температура його плавлення дорівнює 1400 °С. Яку структуру має ця Речовина - молекулярну чи немолекулярну? До якого класу (простих чи складних) речовин належить флюорит? Складіть формулу цієї речовини, якщо на 1 атом кальцію припадають 2 атоми фтору. Дайте флюориту хімічну назву. У яких фразах йдеться про прості, а в яких - про складні речовини: а) молекула сірки складається з восьми атомів сірки; б) метан розкладається на вуглець та водень; в) кристал графіту складається з атомів вуглецю; г) сірководень може бути отриманий з водню та сірки; д) магнезію можна отримати з магнію та кисню; е) у вузлах кристалічних ґрат міді знаходяться атоми міді? G Кілька речовин – вугілля, соду, магній, порошок малахіту – нагріли окремо. При цьому сода та малахіт розклалися на нові речовини, а вугілля та магній з'єдналися з киснем. Який висновок про склад досліджених речовин можна зробити зі спостережень? Що виражають хімічні формули складних речовин молекулярної та немолекулярної будови? Що позначають у хімічних формулах індекси? Складіть формули складних речовин, моделі молекул яких представлені на рис. 23. Яке співвідношення атомів хімічних елементіву складі немолекулярних складних речовин: оксиду міді Си20, сульфату калію K2S04, карбонату натрію (соди) Na2C03? які елементи входять до складу нітриду кальцію, сульфіду цинку, іодиду кальцію, хлориду натрію, оксиду фосфору, хлориду золота, силіциду магнію. (На один атом С - два атоми S), хлориду олова (на один атом Sn - чотири атоми С1), оксиду азоту (на два атоми N - п'ять атомів О).