Учебник по Химии. 8 класс. Григорович - Новая программа

§ 40. Способы получения оксидов

Вспомните:

• простыми веществами называют вещества, состоящие из атомов только одного химического элемента, сложными — вещества, состоящие из атомов нескольких элементов;

• классификацию оксидов (§ 26).

Получение оксидов горением простых веществ

Оксиды — это бинарные соединения с Оксигеном, поэтому простейший способ получения оксидов — это взаимодействие простых веществ с кислородом:

S + O2 = SO2

2Mg + O2 = 2MgO

Почти все простые вещества взаимодействуют с кислородом (окисляются). Многие из них взаимодействуют с кислородом достаточно бурно даже в воздухе, с выделением большого количества теплоты и света, т. е. горят (рис. 40.1).

Рис. 40.1. При горении магниевой ленты образуется магний оксид с выделением большого количества света

Большинство металлов взаимодействуют с кислородом достаточно медленно. Например, медь, железо или ртуть необходимо прокаливать на воздухе длительное время, чтобы они полностью прореагировали. С этими металлами реакция протекает намного быстрее, если ее проводить не на воздухе, а использовать чистый кислород:

Некоторые простые вещества вообще не реагируют с кислородом. Среди металлов — это золото и платина, а среди неметаллов — инертные газы (неон, аргон и др.) и галогены (хлор, бром, йод).

Если простое вещество очень медленно взаимодействует с кислородом или вовсе не взаимодействует, то соответствующие оксиды очень легко разлагаются при нагревании (рис. 40.2):

Рис. 40.2. При прокаливании меркурий(ІІ) оксида он разлагается на газообразный кислород и жидкую ртуть

Наиболее активные металлы, такие как натрий или калий, настолько активно взаимодействуют с кислородом, что обычно образуют не оксиды, а пероксиды или надпероксиды:

2Na + O2 = Na2O2 (натрий пероксид)

К + O2 = КO2 (калий надпероксид)

Получение оксидов горением сложных веществ

Оксиды можно также получить в результате взаимодействия сложных веществ с кислородом. Многие сложные вещества могут гореть в кислороде на воздухе. Например, вследствие горения метана СН4 образуются два оксида — карбон(ІV) оксид и гидроген оксид:

СН4 + 2O2 = СO2 + 2Н2O

Гидроген сульфид (сероводород) H2S сгорает в кислороде также с образованием двух оксидов: сульфур(ІV) оксида и гидроген оксида:

2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2Н2O

Для промышленности важное значение имеют реакции сгорания сульфидов металлических элементов, поскольку в этих случаях образуются два ценных оксида — сульфур(ІV) оксид, используемый для добывания сульфатной кислоты, и оксиды металлических элементов, из которых потом получают металлы:

4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2

Элементы с переменной валентностью способны образовывать несколько оксидов. Оксид с низшей валентностью элемента может взаимодействовать с кислородом с образованием оксида с высшей валентностью. Например, Фосфор при взаимодействии с кислородом может образовывать фосфор(III) оксид (низший оксид) и фосфор(V) оксид (высший оксид). В этом случае низший оксид Р2O3 взаимодействует с кислородом с образованием высшего оксида Р2O5:

P2O3 + O2 = Р2O5

Аналогично феррум(II) оксид взаимодействует с кислородом с образованием феррум(III) оксида:

2FeO + O2 = 2Fe2O3

Дегидратация гидратов оксидов

Оксиды можно получать также разложением (дегидратацией) неустойчивых гидратов оксидов: гидратов кислотных оксидов (кислот) и гидратов основных оксидов (гидроксидов):

Такие реакции происходят при прокаливании почти всех гидроксидов, за исключением гидроксидов Натрия и Калия. Таким способом можно получить оксиды даже тех элементов, которые в виде простого вещества не реагируют с кислородом, например оксид Аурума:

Дегидратацию оксигенсодержащих кислот (гидратов кислотных оксидов) проводят нагреванием при наличии фосфор(V) оксида (вещества, активно поглощающего воду):

Такие кислоты, как карбонатная Н2СO3, сульфитная H2SO3 и силикатная H2SiO3, легко превращаются в оксиды даже при незначительном нагревании:

Термическое разложение солей

Оксиды также образуются при разложении некоторых солей оксигенсодержащих кислот. При прокаливании многих таких солей образуется два оксида: основный и кислотный (ангидрид соответствующей кислоты):

Такие реакции происходят лишь при условии, что один из продуктов реакции (оксидов) является летучим, например: SO2, СO2, SO3.

Соли, образованные нелетучими оксидами, при прокаливании не разлагаются, а только плавятся.

Если оксид, образующийся при разложении, сам является термически неустойчивым, то образуются также продукты его распада, например:

Разложению при прокаливании не подвергаются соли Натрия и Калия. При нагревании они начинают плавиться, а если и разлагаются, то по особой схеме. Некоторые из таких реакций используют в лабораториях для получения кислорода:

• Стекло со значительным содержанием плюмбум(II) оксида — хрусталь — очень похоже на алмаз. С конца XVIII ст. из хрусталя начали изготовлять поддельные драгоценные камни. Из бесцветного — алмазы, из окрашенного золотом — ярко-красные рубины, а хром(III) оксидом — зеленые изумруды.

• Нитроген(І) оксид (N2O) используют в больницах в качестве наркоза при операциях. Он имеет слабый приятный запах и сладковатый привкус. При вдыхании его в небольших дозах наступает наркотическое опьянение, для которого характерно веселое состояние. Он вызывает неконтролируемые судорожные движения мышц лица, напоминающие смех, благодаря чему нитроген(І) оксид называют еще «веселящим газом».

• Основное сырье для получения алюминия — алюминий оксид Аl2O3 — содержится в обычной глине. Алюминий обладает ценными свойствами — легкий, прочный и, главное, дешевый. Сегодня алюминий получают действием электрического тока на алюминий оксид. Но до разработки электролитического метода получение алюминия было чрезвычайно затратным. В 1855 г. 1 кг алюминия стоил дороже золота. Поэтому алюминий называли «серебром из глины».

Выводы

1. Оксиды образуются при взаимодействии простых и сложных веществ с кислородом. Чем активнее вещества, тем легче они вступают в реакцию с кислородом.

2. Оксиды образуются при разложении неустойчивых сложных веществ: кислот, гидроксидов и солей. Разложению подвергаются нерастворимые гидроксиды, неустойчивые кислоты и соли, если при этом образуются летучие оксиды.

Контрольные вопросы

1. Какие простые вещества — металлы и неметаллы — не взаимодействуют с кислородом? Приведите примеры.

2. Какие гидроксиды, кислоты и соли способны разлагаться с образованием солей? Приведите примеры.

Задания для усвоения материала

1. Составьте уравнения реакций горения угля, фосфора, бора, алюминия, цинка. Назовите продукты реакций. В каком случае образуются кислотные оксиды, а в каком — основные?

2. Манган(II) карбонат разлагается при нагревании на манган(II) оксид и углекислый газ. Составьте уравнение реакции.

3. Составьте уравнение реакции получения нитроген(V) оксида из нитратной кислоты.

4. Предложите три способа получения углекислого газа.

5. При прокаливании феррум(III) сульфата образуются феррум(III) оксид и газ, который при взаимодействии с водой образует сульфатную кислоту. Составьте уравнение реакции.

6. Какие вещества образуются при нагревании силикатной и карбонатной кислот? Составьте уравнения реакций.

7. Составьте уравнения реакций разложения солей: плюмбум(II) карбоната, цинк нитрата, аргентум сульфита, аргентум(І) нитрата. В каких случаях образуются термически неустойчивые оксиды?

8. Дополните схемы реакций, назовите продукты реакций:

9. Составьте уравнения реакций для осуществления превращений:

a) Mg —> MgSO4 —> МgО —> МgСO3;

б) Сu —> СuО —> Cu(NO3)2 —> Сu(ОН)2.

10. Вычислите объем кислорода (н. у.), необходимый для получения магний оксида массой 240 г из магния.

11. Вычислите массу фосфора, который необходимо сжечь для получения фосфор(V) оксида массой 7,1 г.

12. Вычислите объем газа (н. у.), который образуется при разложении кальций карбоната массой 250 г.

13*. Некоторые предприятия Украины используют в технологических процессах реакцию разложения кальций карбоната. В дополнительных источниках найдите информацию о таких производствах. Как предотвращают чрезмерные выбросы углекислого газа в атмосферу?