1.3. Основные классы неорганических соединений

Изучаемые вещества классифицируют с учетом состава, строения, свойств и других критериев. Основными классами простых веществ являются металлы и неметаллы, сложных — оксиды, кислоты, основания и соли. Их состав, свойства и способы получения вы изучали ранее. В данном параграфе вспомним принципы номенклатуры и классификации веществ (рис. 6).

Рис. 6. Классы неорганических веществ

Неорганические вещества принято делить на классы (рис. 6.1). В каждом из классов объединяют вещества, сходные по составу, строению, свойствам. Согласно одной из общепринятых классификаций, различают простые (металлы и неметаллы) и сложные вещества. Важнейшими классами сложных неорганических веществ являются оксиды, кислоты, основания и соли. Как вам известно, основания и кислородсодержащие кислоты имеют общее название — гидроксиды.

Рис. 6.1. Важнейшие классы неорганических соединений

§ 3.1

§ 3.2

§ 3.3

§ 3.4

§ 3.5

Металлы — простые твердые при комнатной температуре вещества (за исключением жидкой ртути), обладающие пластичностью и теплопроводностью, высокой электропроводностью. Полированные поверхности металлов всегда блестящие.

Неметаллы — простые твердые, жидкие или газообразные при комнатной температуре вещества. В твердом состоянии они, как правило, непластичные или даже хрупкие, плохо проводят тепло и электрический ток.

Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород (ЭхОу).

Оксиды металлов при нормальных условиях — твердые вещества. Оксиды неметаллов при этих же условиях могут быть в твердом, жидком и газообразном состояниях.

Кислород в оксидах проявляет степень окисления –2: (оксид углерода(IV), (оксид кальция).

Напомним: если атомы элемента могут существовать в разных положительных степенях окисления, эту степень в названиях или формулах оксидов, оснований, солей указывают римскими цифрами. Их ставят в скобках после названия соответствующего элемента, например: оксид железа(III), гидроксид железа(II), хлорид железа(II).

Различают солеобразующие (кислотные, амфотерные, осно́вные) и несолеобразующие оксиды (рис. 7).

Рис. 7. Классификация оксидов

К кислотным относятся оксиды, которым соответствуют кислоты. Кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием соли и воды:

Кислотным оксидам соответствуют кислородсодержащие кислоты: оксиду соответствует кислота (степени окисления углерода одинаковы в оксиде и кислоте).

К осно́вным относятся оксиды, которым соответствуют основания. Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды:

Основным оксидам соответствуют основания. Например, оксиду соответствует основание .

Амфотерные оксиды реагируют и с кислотами, и со щелочами:

(при сплавлении).

Реакции амфотерных оксидов со щелочами могут протекать не только при сплавлении, но и в растворе:

Соединение относят к классу комплексных соединений. Дополнительные сведения о таких соединениях приведены в конце данного параграфа, а также в материале о свойствах амфотерных оксидов и гидроксидов в главе II и металлов в главе VII.

К несолеобразующим оксидам относят При комнатной температуре они не реагируют ни с кислотами, ни со щелочами.

Кислотами называют сложные вещества, содержащие атомы водорода и кислотные остатки, причем атомы водорода способны замещаться атомами металлов.

Кислоты также определяют как электролиты, при диссоциации которых в водных растворах в качестве катионов образуются только катионы водорода H+:

В таблицах 1 и 2 приведен состав и дана классификация кислот по различным признакам.

Таблица 1. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Названия некоторых кислот и их солей

Таблица 2. Классификация кислот

Основания — сложные вещества, состоящие из атомов металлов и гидроксогрупп ОН: гидроксид натрия NaOH, гидроксид железа(II) Fe(OH)2.

Основания — это электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы ОН–:

Все основания реагируют с кислотами, образуя соль и воду (реакция нейтрализации):

В основе классификации оснований лежат следующие признаки.

1. Число групп ОН. По числу групп ОН, приходящихся на один атом металла, различают однокислотные (NaOH, KOH, LiOH) и многокислотные (Mg(OH)2, Ca(OH)2, Fe(OH)2) основания.

2. Растворимость в воде. Гидроксиды металлов — твердые вещества. Водный раствор аммиака — гидрат аммиака (NH3 · H2O) — также обладает основными свойствами и диссоциирует с образованием гидроксид-ионов. Для того чтобы подчеркнуть это свойство, формулу гидрата аммиака часто записывают в привычном для оснований виде — NH4OH. По растворимости в воде неорганические основания делят на растворимые (щелочи) и нерастворимые.

Щелочи — это растворимые в воде основания. К щелочам относят растворимые гидроксиды всех элементов IА-группы и щелочноземельных металлов: стронция, бария, радия, включая малорастворимый гидроксид кальция.

Амфотерные гидроксиды Zn(OH)2, Be(OH)2, Al(OH)3, подобно соответствующим им оксидам, реагируют как с кислотами, так и со щелочами. Взаимодействие со щелочами возможно в расплавах и растворах:

(сплавление);

(раствор).

Соли — это сложные вещества, состоящие из атомов металлов и кислотных остатков.

С точки зрения теории электролитической диссоциации солями называют сложные вещества, при диссоциации которых образуются катионы металлов и анионы кислотных остатков:

К солям относят также соединения, содержащие ион аммония и кислотный остаток (хлорид аммония NH4Cl, сульфат аммония (NH4)2SO4 и др.)

В основе систематических названий солей лежат названия кислотного остатка и металла с указанием в скобках римскими цифрами степени окисления атомов металла, если она может иметь разные значения. Например, MgSO4 — сульфат магния, FeCl2 — хлорид железа(II), Fe2(SO4)3 — сульфат железа(III).

В зависимости от полноты замещения атомов водорода в кислотах различают средние и кислые соли.

Кислые соли могут образовывать многоосно́вные кислоты (Н2SO4, Н2СO3, Н2S, Н3РO4) при частичном замещении атомов водорода в их молекулах. Наличие в составе кислой соли атомов водорода отражается в названии, например NaHCO3 — гидрокарбонат натрия (питьевая сода), Са(НСО3)2 — гидрокарбонат кальция, NaH2PO4 — дигидрофосфат натрия, NaHSO4 — гидроcульфат натрия.

На следующей схеме показана возможность полного и неполного замещения.

При неполном замещении гидроксогрупп в основании на кислотные остатки образуются осно́вные соли. В качестве примера основных солей можно привести Al(OH)2NO3. Эту соль можно рассматривать как продукт замещения одной группы ОН в основании Al(OH)3 на кислотный остаток .

Отдельную группу солей образуют так называемые комплексные соединения. В курсе химии 11-го класса вы встретитесь с некоторыми из таких соединений: Na2[Zn(OH)4] — тетрагидроксоцинкат натрия, K3[Al(OH)6] — гексагидроксоалюминат калия. Они содержат комплексные ионы, которые в химических формулах заключают в квадратные скобки.

Соли, в состав которых входят молекулы воды, называют кристаллогидратами, а вода — кристаллизационной: FeSO4 · 7H2O (железный купорос, или гептагидрат сульфата железа(II)), Na2SO4 · 10H2O (глауберова соль, или декагидрат сульфата натрия).

Из курса органической химии вам известны соли карбоновых кислот (ацетат натрия СН3СООNa, стеарат калия C17H35COOK) и соли аминов (хлорид метиламмония СН3NH3Cl, гидросульфат фениламмония С6Н5NH3HSO4).

Вопросы, задания, задачи

1. Заполните таблицу, используя формулы веществ: Fe(ОН)2, СаО, Н2SO4, SО3, СО2, NaOH, Na2SO4, НСl, Н2SO3, K3PO4, Ba(ОН)2, КСl.

2. Выпишите формулы одноосновных кислот: H3PO4, СН3СООН, НI, H2S, HNO2.

3. Составьте формулы оксидов: а) соответствующих кислотам:

Кислота
Кислотный оксид

б) соответствующих основаниям:

4. Назовите вещества, формулы которых:

• a) Fe2O3, Fe(ОH)2, H2S, CuCl2, SО3, H2SO3, Mn(ОH)2;
• б) СО, КОН, МgCl2, HNO3, Fe2O3, Al2(SO4)3, Cu2O, Cu(OH)2.

5. Составьте формулы веществ:

• а) оксид бария, гидроксид железа(III), cтеарат калия, сульфат натрия, сульфид кальция, сульфит калия;
• б) оксид лития, оксид меди(I), гидроксид бария, фосфат кальция, фторид натрия, стеарат кальция.

6. Выберите вещества, реагирующие:

• а) с соляной кислотой: гидроксид железа(II), окcид углерода(IV), оксид магния, гидроксид бария, хлорид бария;
• б) с гидроксидом калия: оксид магния, оксид углерода(IV), серная кислота, хлорид натрия, хлорид железа(II).

Составьте уравнения соответствующих реакций.

7. Вычислите и сравните массовую долю натрия в его хлориде и сульфате.

8. Определите элемент Х и назовите соединение К3ХO4, массовая доля кислорода в котором равна 30,19 %.

9. Назовите вещества в схеме, составьте уравнения реакций согласно схеме:

10. Рассчитайте массовую долю хлора в смеси, в которой массовая доля хлорида калия составляет 67 %, хлорида натрия — 27 %, оксидов кремния и железа — 6 %.