Химические свойства основных оксидов

Химические свойства основных оксидов

Подробно про оксиды, их классификацию и способы получения можно прочитать здесь.

1. Взаимодействие с водой. С водой способны реагировать только основные оксиды, которым соответствуют растворимые гидроксиды (щелочи). Это щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий и цезий) и щелочно-земельные (кальций, стронций, барий). Оксиды остальных металлов с водой химически практически не реагируют. Оксид магния реагирует с водой при кипячении.

CaO + H2O = Ca(OH)2

CuO + H2O ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)

2. Взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами. При взаимодействии основным оксидов с кислотами образуется соль этой кислоты и вода. При взаимодействии основного оксида и кислотного образуется соль:

основный оксид + кислота = соль + вода

основный оксид + кислотный оксид = соль

При взаимодействии основных оксидов с кислотами и их оксидами работает правило:

Хотя бы одному из реагентов должен соответствовать сильный гидроксид (щелочь или сильная кислота).

Иными словами, основные оксиды, которым соответствуют щелочи, реагируют со всеми кислотными оксидами и их кислотами. Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые гидроксиды, реагируют только с сильными кислотами и их оксидами (N2O5, NO2, SO3 и т.д.).

Основные оксиды, которым соответствуют щелочи Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые основания
Реагируют со всеми кислотами и их оксидами Реагируют только с сильными кислотами и их оксидами
Na2O + SO2 = Na2SO3 CuO + N2O5 = Cu(NO3)2

3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами.

Механизмы реакций амфотерных соединений различаются в зависимости от условий проведения реакции — в растворе или расплаве. В случае основных оксидов мы рассматриваем только реакции в расплаве, т.к. основные оксиды с водой либо химически взаимодействуют, либо не растворяются.

основный оксид  + амфотерный оксид = соль

основный оксид + амфотерный гидроксид = соль + вода

С амфотерными оксидами и гидроксидами при сплавлении взаимодействуют основные оксиды, которым соответствуют щелочи. При этом образуется соль или соль и вода. Металл в соли берется из более основного оксида, кислотный остаток — из более кислотного. В данном случае амфотерный оксид образует кислотный остаток.

K2O + Al2O3 = 2KAlO2

CuO + Al2O3(реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)

(чтобы определить кислотный остаток, к формуле амфотерного или кислотного оксида добавляем молекулу воды: Al2O3 + H2O = H2Al2O4 и делим получившиеся индексы пополам, если степень окисления элемента нечетная: HAlO2. Получается алюминат-ион AlO2. Заряд иона легко определить по числу присоединенных атомов водорода — если атом водорода 1, то заряд аниона будет -1, если 2 водорода, то -2 и т.д.).

4. Взаимодействие основных оксидов с восстановителями.

При оценке окислительно-восстановительной активности металлов и их ионов необходимо использовать электрохимический ряд напряжений металлов:

Электрохимический ряд напряжений металлов

Восстановительные свойства (способность отдавать электроны) у простых веществ-металлов здесь увеличиваются справа налево, окислительные свойства ионов металлов — увеличиваются наоборот, слева направо. При этом некоторые ионы металлов в промежуточных степенях окисления могут проявлять также восстановительные свойства (например ион Fe2+ можно окислить до иона Fe3+).

Более подробно про окислительно-восстановительные реакции можно прочитать здесь.

Таким образом, ионы некоторых металлов — окислители (чем правее в ряду напряжений, тем сильнее). При взаимодействии с восстановителями металлы переходят в степень окисления 0.

4.1. Восстановление углем или угарным газом:

FeO + C = Fe + CO

CuO + CO = Cu + CO2

4.2. Восстановление водородом:

CuO + H2 = Cu + H2O.

4.3. Восстановление более активными металлами (в расплаве или растворе, в зависимости от металла):

3CuO + 2Al = Al2O3 + 3Cu

При этом более активные металлы вытесняют менее активные. В зависимости от металла различают алюмотермию, магниетермию и др.

4.4. Восстановление аммиаком:

3CuO + 2NH3 = 3Cu + 3H2O + N2

5. Взаимодействие основных оксидов с окислителями.

Под действием окислителей некоторые основные оксиды (в которых металлы могут повышать степень окисления, например Fe2+, Cr2+, Mn2+ и др.) могут выступать в качестве восстановителей:

4FeO + O2 = 2Fe2O3