XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оксиды в природе и дома

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Никифорова К.А. 1

---

1НОУ ООШ "РАДУГА"

Золин М.В. 1

---

1НОУ ООШ "РАДУГА"

Работа в формате PDF

137.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Дороже алмазов – рубины и сапфиры. Для химика они – оксиды. Оксиды – широко распространённый в природе класс неорганических соединений. Данный класс соединений является очень распространенным. Каждый день человек встречается с разнообразными оксидами в повседневной жизни. Вода, песок, выдыхаемый нами углекислый газ, выхлопы автомобилей, ржавчина — все это примеры оксидов. Так к оксидам относят уже хорошо известные соединения, как вода (H2O), песок (SiO2 с небольшим количеством примесей), глина (Al2O3 с небольшим количеством примесей), углекислый газ (CO2), магнитный железняк (Fe3O4). Оксидом является соединение, образованное двумя химическими элементами. Практически все элементы Периодической системы Менделеева Д. И. способны образовывать оксиды. Но оксиды Гелия, Неона, Аргона не получены. Наиболее известным и широко распространённым оксидом является вода. Она повсюду. Даже радуга – это результат преломления солнечных лучей в каплях воды. Оксиды бывают жидкими, твёрдыми и газообразными. По химическим свойствам оксиды разделяют на несолеобразующие и солеобразующие. Среди солеобразующих оксидов выделяют кислотные, основные и амфотерные. Оксиды постоянно окружают нас и находят широкое применение в пищевой промышленности, медицине, строительстве, на химических предприятиях.

Основная часть

Практически все простые вещества при окислении образуют оксиды. Атомы многих элементов, проявляя разные значения степени окисления, участвуют в образовании нескольких оксидов, например у азота есть пять оксидов:

N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5

Из-за такого большого разнообразия нужно уметь правильно называть и классифицировать оксиды.

Определение

Оксиды – сложные вещества, состоящие из атомов двух химических элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2.. Например, оксид кальция: Са⁺²О^-2. Не стоит путать оксиды и пероксиды. В состав пероксида входит кислород в степени окисления -1. Например, Н⁺¹₂О^-1₂, атомы кислорода связаны друг с другом.

Общая формула оксидов: ЭхОу, где

Э – атомы химического элемента;

О– атомы кислорода;

Х, у – индексы, указывающие число атомов элементов, образующих оксид.

Алгоритм составления названий оксидов

Слово «оксид» (им. падеж) + название элемента (род. падеж) + указание степени окисления, если она переменная, римскими цифрами в скобках:

K₂O – оксид калия

Cl₂O7– оксид хлора (VII) ( читается «оксид хлора семь»)

Формулы оксидов

Элемент с постоянной валентностью образует один оксид. Например, у двухвалентного кальция оксид: CaO. Если у элемента переменная валентность, то он способен образовывать несколько оксидов. Примером являются оксиды хрома: СrO, Сr₂O₃, СrO₃.Формула определяется в зависимости от валентностей составляющих элементов.

Классификация оксидов

Как видно, все оксиды по своим химическим свойствам подразделяют на солеобразующие и несолеобразующие

несолеобразующие оксиды

оксиды, которые не взаимодействуют ни с кислотами, ни с щелочами и не образуют солей.. В их состав входят элементы-неметаллы, например:

N₂O, NO, CO, SiO

солеобразующие оксиды

оксиды, которые взаимодействуют с кислотами или основаниями с образованием солей и воды.

Основные оксиды

оксиды, которые соответствуют основания.

MgO соответствует Mg(OH)₂;н7н7н7н7

Оснóвные оксиды образуют только металлы и, как правило, с небольшими степенями окисления: +1 и +2. Исключениями являются: ZnO, BeO, SnO, PbO.

Кислотные оксиды

оксиды, которым соответствуют кислоты.

N₂O₃ соответствует HNO₂;

Кислотные оксиды образуют все неметаллы независимо от степени окисления (кроме несолеобразующих N₂O, NO, CO, SiO), а также металлы с большим значением степени окисления: +5 и выше.

Амфотерные оксиды

это оксиды, которым соответствуют гидроксиды, проявляющие свойства как оснований, так и кислот. Амфотерные оксиды образуют оксиды металлов в степени окисления +3 и +4: Al₂O_3, PbO₂.

Получение оксидов

Взаимодействие простых веществ с кислородом

Многие простые вещества при нагревании на воздухе или в кислороде сгорают, образуя соответствующие оксиды.

Металл или Неметалл + О₂ = Оксид

2Mg + O₂ = 2MgO

Горение фосфора (получение оксида фосфора (V))

Горение на воздухе сложных веществ

При этом способе получаются оксиды тех элементов, из которых образуется сложное вещество

2СН₄ + 4О₂ = 2СО₂ + 4Н₂О

Горение метана (получение оксида углерода (IV) и оксида водорода)

Разложение нерастворимых оснований

Образуется соответствующий оксид металла и вода.

Нерастворимое основание = Основный оксид + Н₂О

Cu(OH)₂ = CuO + Н₂О

Разложение нерастворимых оснований (получение оксида меди (II) и оксида водорода)

Разложение некоторых кислородсодержащих кислот

Образуется соответствующий оксид неметалла и вода

Кислородсодержащая кислота = Кислотный оксид + Н₂О

H₂SO₃ = SO₂ +H₂O

Разложение кислородсодержащих кислот (получение оксида кремния (IV) и оксида водорода)

Разложение некоторых солей

Разложением карбонатов, нитратов и сульфатов можно получить основные и кислотные оксиды.

CaCO₃ = CaO +CO₂ карбонат кальция

Разложение солей (получение оксида свинца (IV) и оксида азота (IV))

Разложение высших оксидов

Высший оксид – оксид, в котором элемент проявляет высшую степень окисления.

4CrO₃ = 2Cr₂O₃ + 3O₂

Окисление низших оксидов

4FeO + O₂ = 2Fe₂O₃

Получение оксида хрома

Вытеснение летучего оксида менее летучим

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂

Физические свойства

Оксиды весьма разнообразны по своим физическим свойствам. Они могут находиться в различных агрегатных состояниях: газообразное (CO2), жидкое (Н2О), твердое (K2O). Твердые оксиды имеют как молекулярные, так и атомные кристаллические решетки. По растворимости в воде оксиды делятся на растворимые (SO₂) и нерастворимые (CuO). Большинство основных оксидов нерастворимо в воде. Амфотерные оксиды нерастворимы в воде. Также Оксиды имеют самую разнообразную окраску, например:

Оксид хрома (III) Cr₂O₃ – темно-зеленого,

Химические свойства

Аналогично, амфотерным оксидам соответствуют амфотерные основания, которые могут проявлять как кислотные, так и основные свойства. Чтобы как-то различать оксиды таких элементов, после названия оксиды, в скобках указывается валентность.

N₂O₃– оксид азота (III)

Из классификации все оксиды по химическим свойствам делятся на солеобразующие и несолеобразующие Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и не взаимодействуют с основаниями. Кислотные оксиды наоборот. А амфотерные оксиды проявляют свойства как основных, так и кислотных оксидов

Взаимодействие основных оксидов с кислотами

Общим свойством основных оксидов является их способность взаимодействовать с кислотами с образованием соли и воды (реакция обмена).
Основный оксид + Кислота = Соль + H₂O

СаO + 2HCl = СаCl₂ + H₂O

Взаимодействие оксида меди (II) с серной кислотой

Взаимодействие основных оксидов с кислотными оксидами

Основные оксиды взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием солей (реакция соединения):
Основный оксид + Кислотный оксид = Соль
3Na₂O + P₂O₅ = 2Na₃PO₄

Взаимодействие основных оксид с водой

С водой реагируют только оксиды щелочных (Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O) и щелочноземельных (CaO, SrO, BaO) металлов, так как продуктом реакции является растворимое основание – щёлочь (реакция соединения).
Основный оксид + H₂O = Щёлочь
СaO + H₂O = Ca(OH)₂

Взаимодействие оксида кальция с водой

Взаимодействие кислотных оксид с основаниями

Общим свойством кислотных оксидов является их способность взаимодействовать с основаниями с образованием соли и воды (реакция обмена).
Кислотный оксид + Основание = Соль + H₂O

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O

Взаимодействие оксида углерода (IV) с гидроксидом кальция

Взаимодействие кислотного оксида с основныс оксидом

Кислотный оксид взаимодействует с основным оксидом с образованием соли (реакциясоединения).
Кислотный оксид + Основный оксид = Соль

SO₃ + MgO =MgSO₄

Взаимодействие кислотных оксид с водой

Большинство кислотных оксидов взаимодействует с водой с образованием кислот (реакция соединения). Очень немногие кислотные оксиды не взаимодействуют с водой

Кислотный оксид + H₂O = Кислота

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

Взаимодействие кислотных оксидов с водой

Вытеснение менее летучими кислотными оксидами более летучих из их солей

Менее летучие кислотные оксиды вытесняют более летучие оксиды из их солей.

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂

Взаимодействие амфотерных оксидов с кислотами

Проявляя основные свойства, амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды (реакция обмена).

Амфотерный оксид + Кислота = Соль + H₂O

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O

Взаимодействие оксида железа (III) с соляной кислотой

Взаимодействие амфотерных оксидов с основаниями

Проявляя кислотные свойства, амфотерные оксиды взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды (реакция обмена).

Амфотерный оксид + Основание = Соль + H₂O

ZnO + KOH = K₂ZnO₂ + H₂O – в расплаве цинкат калия

Если в реакцию добавить воду, получается соль (реакция соединения).

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄] Тетрагидроксоалюминат натрия

Взаимодействие амфотерных оксидов с кислотными оксидами

Проявляя основные свойства, амфотерные оксиды при нагревании взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли (реакция соединения).
Амфотерный оксид + Кислотный оксид = Соль

ZnO + CO₂ = ZnCO₃

Взаимодействие амфотерных оксидов с основными оксидами

Проявляя кислотные свойства, амфотерный оксиды при нагревании взаимодействует с основными оксидами с образованием соли (реакция соединения).

Амфотерный оксид + Основный оксид = Соль

ZnO + MgO = MgZnO₂

Яркие представители класса оксидов, их тривиальные названия и применение

Оксиды крайне распространены по всему земному шару и находят применение как в быту, так и в промышленности. Самый важный оксид — оксид водорода, вода — сделал возможной жизнь на Земле.

Песок, состоящий преимущественно состоит из SiO₂, используют при производстве стекла.

Некоторые оксиды являются основой для красок: ZnO – белой, Fe₂O₃ – коричневой, Cr₂O₃ зелёной.

‌H2O – вода

Чистая вода в природе может существовать в трех агрегатных состояниях: в твердом - в виде льда, в жидком, собственно вода, в газообразном - в виде пара.. При стандартных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета (при малой толщине слоя), запаха и вкуса

Исключительно важна роль воды в химическом строении живых организмов,.. при н.у. - это жидкость без цвета, запаха и вкуса;

вода обладает высокой теплоёмкостью и низкой электропроводностью;

температура плавления 0°C;

температура кипения 100°C;

максимальная плотность воды при 4°C равна 1 г/см³;

CO2 – углекислый газ, углекислота, двуукось углерода

Бесцветный газ с едва ощутимым запахом не ядовит, тяжелее воздуха.. При стандартных условиях представляет собой бесцветный газ, который при малых концентрациях в воздухе не имеет запаха. При температуре −78,3 °С кристаллизуется в виде белой снегообразной массы —«сухогольда». Углекислый газ не поддерживает горения, поэтому используется для тушения пожаров. Углекислый газ используется для газирования разных напитков.

СаО – негашёная известь

Белое кристаллическое тугоплавкое вещество. При взаимодействии негашёной извести СаО с водой получается гашённая известь Ca(OH)₂ . Этот процесс называют гашением. В настоящее время в основном используется в производстве строительных материалов, высокоглиноземистого цемента. В лабораторной практике оксид кальция используется как дешевый и эффективный агент для осушения растворителей и жидких веществ

SiO2 – кремнезём, кварц

Бесцветные кристаллы, обладающие высокой твёрдостью и прочностью. Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород... Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках. Fe2O3 – окись железа, железный сурик, крокус

Вещество красно-коричневого цвета. Применяется при выплавке чугуна в доменном процессе, при термитной сварке стальных конструкций.

СО – угарный газ

Бесцветный чрезвычайно токсичный газ без вкуса и запаха, легче воздуха..

Угарный газ очень токсичен. Токсическое действие оксида углерода(II) обусловлено образованием карбоксигемоглобина — значительно более прочного карбонильного комплекса с гемоглобином, по сравнению с комплексом гемоглобина с кислородом (оксигемоглобином). Таким образом, блокируются процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания.

NO2 – бурый газ

Ядовитый газ, красно-бурого цвета, с резким неприятным запахом, или желтоватая жидкость. «Лисий хвост» — жаргонное название выбросов в атмосферу оксидов азота (NO_x

О кислотах

Так, основным оксидам соответствуют основания, а кислотным оксидам — кислоты. Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами с образованием соответствующей соли, как если бы реагировали основание и кислота, соответствующие данным оксидам:

Na2O + SO3 → Na2SO4

2NaOH +H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O

Кислотные дожди появляются, когда с атмосферным кислородом и водяным паром соединяются оксиды серы и азота. Эти оксиды выбрасываются в окружающую среду металлургическими предприятиями, электростанциями, автомобильным транспортом. Полученные таким образом кислоты имеют вид дождя и разносятся ветром.

Оксид серы выбросов реагирует с водой, в результате образуется сернистая кислота:

SO2+H2O=H2SO3.

И взаимодействуя с кислородом воздуха, она частично превращается в серную кислоту:

2Н2SO3+О2=2Н2SO4.

Оксиды азота появляются в атмосфере в результате реакций азота и кислорода. Взаимодействие осуществляется при высоких температурах сгорания топлива

N2+O2=2NO

Но образуемое соединение быстро взаимодействует с кислородом:

2NO+O2=2NO2,

А полученный оксид азота реагирует с влагой из окружающей среды

2NO2+Н2О=НNO2+НNO3.

Сфера влияния кислотных дождей

Таким образом в воздухе появляются примеси кислот: серной, сернистой, азотной и азотистой. Кислотные дожди негативно сказываются на росте растений, здоровье животных и людей.

В 1952 году непрозрачный туман охватил улицы Лондона, в результате чего погибло 4000 жителей. Это было сделано во избежание образования серной и азотной кислот.Урожайность многих культур уменьшается на 3-8%.

Изменяется состав воды в озёрах и ставках. В результате погибает рыба и многие виды насекомых. Исчезают птицы и животные, которые ими питаются.Это негативно сказывается на экосистемах.Кроме того кислотные дожди увеличивают коррозию металлов, разрушают мрамор и известняк.

Основные, кислотные, амфотерные оксиды и их свойства, получение

Существуют основные и кислотные оксиды. Они различаются тем, что при взаимодействии оксида с водой образуется либо кислота, либо основание. Эти реакции относят к реакциям соединения:

СаО+Н2О=Са(ОН)2.

1. Основные оксиды и кислотные оксиды способны взаимодействовать между собой:

СаО+SO3=CaSO4

2. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами. Образуются соответствующая соль и вода:

CaO+H2SO4=CaSO4+H2O

3. Образуются соответствующая соль и вода и при взаимодействии кислотных оксидов со щелочами:

СО2+2NaOH=Na2CO3+H2O.

Заключение

Применение оксидов началось в незапамятные времена. Все области применения различных оксидов даже в старину перечислить невозможно. Важно отметить следующее: применение опережало научное описание оксидов и определение их состава. Без одного представителя класса – воды (H2O) не возможна жизнь. За свои разнообразные цвета оксиды стали красящими пигментами. Однако есть оксиды, которые приносят вред здоровью человека и окружающей среде (CO, NO2).

Список литературы

1. Himikatus.ru

2. prosto-o-slognom.ru

3. оксиды.рф

4. In-chemisty.ru

5. weldering.com

6. Proza.ru

7. втораяиндустриальная.рф

8. Microschool.oi