Коротко о главном
Сложные неорганические вещества делят на четыре главных класса: оксиды, основания (и амфотерные гидроксиды), кислоты и соли. Класс видно по составу формулы, а характер оксида и гидроксида зависит от степени окисления элемента: низкая — основный, промежуточная — амфотерный, высокая — кислотный.
Подробное объяснение
В аптеке, на кухне и в гараже — тысячи веществ: сода, известь, нашатырь, аккумуляторная кислота. Запомнить свойства каждого невозможно. Химики поступают как библиотекари: раскладывают вещества по «полкам». Узнав, к какому классу относится вещество, вы уже примерно знаете, с чем оно будет реагировать.
Простые и сложные
Простое вещество состоит из атомов одного элемента: \(\mathrm{O_2}\), \(\mathrm{Fe}\), \(\mathrm{S}\). Простых веществ больше, чем элементов, потому что один элемент может образовать несколько веществ (кислород \(\mathrm{O_2}\) и озон \(\mathrm{O_3}\)) — это аллотропия. Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, их и классифицируют дальше.
Бинарные соединения
Бинарное соединение образовано двумя элементами. Название строят от более электроотрицательного элемента с суффиксом -ид, второй элемент — в родительном падеже: \(\mathrm{AlN}\) — нитрид алюминия, \(\mathrm{CaH_2}\) — гидрид кальция, \(\mathrm{PCl_5}\) — хлорид фосфора(V). Если степень окисления может быть разной, её пишут римской цифрой.
Самые важные бинарные соединения — оксиды, в них второй элемент — кислород со степенью окисления −2. Оксиды бывают:
- солеобразующие: основные (\(\mathrm{Na_2O}\), \(\mathrm{CaO}\)), амфотерные (\(\mathrm{ZnO}\), \(\mathrm{Al_2O_3}\)) и кислотные (\(\mathrm{SO_3}\), \(\mathrm{P_2O_5}\)) — они реагируют с кислотами или щелочами, давая соль и воду;
- несолеобразующие (\(\mathrm{CO}\), \(\mathrm{NO}\), \(\mathrm{N_2O}\)) — солей не образуют.
Растворы водородных соединений галогенов и серы — бескислородные кислоты: \(\mathrm{HCl}\) — хлороводородная, \(\mathrm{H_2S}\) — сероводородная.
Гидроксиды
Гидроксид — вещество, которое соответствует оксиду и содержит группы OH. Степень окисления элемента в оксиде и гидроксиде одинакова: \(\mathrm{\overset{+2}{Ca}O} \rightarrow \mathrm{Ca(OH)_2}\), \(\mathrm{\overset{+5}{N}_2O_5} \rightarrow \mathrm{HNO_3}\). Гидроксиды бывают трёх видов:
- основания — гидроксиды металлов в низких степенях окисления (+1, +2): \(\mathrm{NaOH}\), \(\mathrm{Fe(OH)_2}\); растворимые основания называют щелочами;
- амфотерные гидроксиды — обычно металлы в степенях окисления +3, +4, а также Be, Zn, Pb в степени +2: \(\mathrm{Al(OH)_3}\), \(\mathrm{Zn(OH)_2}\);
- кислородсодержащие кислоты — неметаллы и металлы в высших степенях окисления: \(\mathrm{H_2SO_4}\), \(\mathrm{H_2CrO_4}\). Группы OH в их формулах не видны, но есть в строении молекулы: серную кислоту можно записать как \(\mathrm{SO_2(OH)_2}\).
Главное правило: чем выше степень окисления элемента, тем сильнее кислотный характер его оксида и гидроксида. Хром: \(\mathrm{CrO}\) — основный, \(\mathrm{Cr_2O_3}\) — амфотерный, \(\mathrm{CrO_3}\) — кислотный.
Соли
Соль состоит из катионов металла (или аммония \(\mathrm{NH_4^+}\)) и анионов кислотного остатка. Соли — самый многочисленный класс. Виды солей:
- средние — в кислоте замещён весь водород: \(\mathrm{K_2SO_4}\) — сульфат калия;
- кислые — водород замещён не полностью, приставка гидро-: \(\mathrm{KHSO_4}\) — гидросульфат калия, \(\mathrm{NaH_2PO_4}\) — дигидрофосфат натрия;
- основные — в гидроксиде заменены не все группы OH, приставка гидроксо-: \(\mathrm{CaOHCl}\) — гидроксохлорид кальция;
- комплексные — со сложным ионом в квадратных скобках: \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\).
Другие признаки классификации
По агрегатному состоянию (обычно при нормальных условиях): газы (\(\mathrm{CO_2}\), \(\mathrm{NH_3}\)), жидкости (\(\mathrm{H_2O}\), \(\mathrm{H_2SO_4}\)), твёрдые вещества. Твёрдые бывают кристаллическими — с упорядоченными частицами и точной температурой плавления (поваренная соль) — и аморфными: стекло, янтарь при нагревании размягчаются постепенно.
По растворимости в воде (на 100 г воды): растворимые — больше 1 г, малорастворимые — от 0,1 до 1 г, нерастворимые — меньше 0,1 г. Прочерк в таблице растворимости означает, что вещество водой разлагается или не существует.
Как определить класс вещества
- Два элемента, один из них кислород −2 — оксид. Определите степень окисления второго элемента и характер оксида.
- Металл (или аммоний) и группы OH — основание или амфотерный гидроксид.
- Водород на первом месте и кислотный остаток — кислота; есть кислород — кислородсодержащая.
- Металл и кислотный остаток — соль. H в остатке — кислая, OH при металле — основная, квадратные скобки — комплексная.
- По таблице растворимости уточните, растворимо ли вещество.
Разобранные примеры
Разложить вещества по классам
Распределите по классам и назовите: \(\mathrm{SO_2}\), \(\mathrm{KOH}\), \(\mathrm{HNO_2}\), \(\mathrm{MgCl_2}\), \(\mathrm{Fe(OH)_3}\).
\(\mathrm{SO_2}\) — оксид серы(IV), кислотный оксид.
\(\mathrm{KOH}\) — гидроксид калия, основание (щёлочь).
\(\mathrm{HNO_2}\) — азотистая кислота, кислородсодержащая.
\(\mathrm{MgCl_2}\) — хлорид магния, средняя соль.
\(\mathrm{Fe(OH)_3}\) — гидроксид железа(III), амфотерный гидроксид: железо в степени окисления +3.
От оксида к солям
Какой гидроксид соответствует оксиду фосфора(V)? Составьте формулы средней и двух кислых натриевых солей этого гидроксида и назовите их.
В \(\mathrm{\overset{+5}{P}_2O_5}\) фосфор в высокой степени окисления, оксид кислотный. Ему соответствует фосфорная кислота \(\mathrm{H_3PO_4}\) (тоже фосфор +5).
В кислоте три атома водорода. Заменим все три на натрий — средняя соль \(\mathrm{Na_3PO_4}\), фосфат натрия.
Оставим один водород — \(\mathrm{Na_2HPO_4}\), гидрофосфат натрия; оставим два — \(\mathrm{NaH_2PO_4}\), дигидрофосфат натрия.
Массовые доли элементов в основной соли
Вычислите массовые доли элементов в гидроксохлориде магния \(\mathrm{MgOHCl}\).
\(M(\mathrm{MgOHCl}) = 24 + 16 + 1 + 35{,}5 = 76{,}5\) г/моль.
\(w(\mathrm{Mg}) = \dfrac{24}{76{,}5} \approx 0{,}314\), \(w(\mathrm{O}) = \dfrac{16}{76{,}5} \approx 0{,}209\), \(w(\mathrm{H}) = \dfrac{1}{76{,}5} \approx 0{,}013\), \(w(\mathrm{Cl}) = \dfrac{35{,}5}{76{,}5} \approx 0{,}464\).
Проверка: \(31{,}4 + 20{,}9 + 1{,}3 + 46{,}4 = 100\) %.
Типичные ошибки
\(\mathrm{Al(OH)_3}\) и \(\mathrm{Zn(OH)_2}\) — амфотерные гидроксиды, а кислородсодержащие кислоты (\(\mathrm{H_2SO_4}\)) по строению тоже гидроксиды. Характер зависит от элемента и его степени окисления, а не от наличия OH.
Найдите степень окисления элемента: металл +1 или +2 (кроме Be, Zn, Pb) — основание; +3, +4 — обычно амфотерный; +5…+7 или неметалл — кислота.
\(\mathrm{NaHCO_3}\) называют основной солью, потому что сода «щелочная» на вкус. Но тип соли определяется составом, а не реакцией раствора.
Водород в кислотном остатке (приставка гидро-) — кислая соль; группа OH при металле (приставка гидроксо-) — основная. \(\mathrm{NaHCO_3}\) — кислая соль, гидрокарбонат натрия.
Пишут \(\mathrm{AlSO_4}\) или \(\mathrm{CaPO_4}\), не уравнивая заряды ионов.
Сумма зарядов в формуле равна нулю: \(\mathrm{Al^{3+}}\) и \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) дают \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\), \(\mathrm{Ca^{2+}}\) и \(\mathrm{PO_4^{3-}}\) — \(\mathrm{Ca_3(PO_4)_2}\).
Проверь себя
Ответь на вопросы — после каждого ответа появится пояснение.
-
Какой из оксидов несолеобразующий?
Показать ответ
Ответ: Б) CO
Оксид углерода(II) \(\mathrm{CO}\) не реагирует ни с кислотами, ни со щелочами и солей не образует; \(\mathrm{CO_2}\) и \(\mathrm{SO_2}\) — кислотные, \(\mathrm{CaO}\) — основный.
-
Какие из солей кислые?
Правильных ответов несколько.
Показать ответ
Ответ: А) NaHCO₃; В) KH₂PO₄; Д) Ca(HSO₄)₂
В кислой соли в кислотном остатке остался водород — \(\mathrm{HCO_3^-}\), \(\mathrm{H_2PO_4^-}\), \(\mathrm{HSO_4^-}\). \(\mathrm{MgOHCl}\) — основная соль, \(\mathrm{Na_2SO_4}\) — средняя.
-
Какой характер у гидроксида цинка Zn(OH)₂?
Показать ответ
Ответ: В) Амфотерный
Гидроксид цинка реагирует и с кислотами, и со щелочами — он амфотерный.
-
Какова массовая доля кислорода в оксиде магния MgO? Ответ — в процентах.
Показать ответ
Ответ: 40
\(M(\mathrm{MgO}) = 24 + 16 = 40\) г/моль, \(w(\mathrm{O}) = 16/40 = 0{,}4\), то есть 40 %.
-
В 100 г воды растворяется 0,5 г вещества. К какой группе его относят?
Показать ответ
Ответ: Б) Малорастворимые
Малорастворимые вещества — от 0,1 до 1 г в 100 г воды; 0,5 г попадает в этот интервал.
Результат:
Задачи для тренировки
От простых к сложным. Подсказку, решение и ответ открывай, только когда попробовал сам.
Определите класс каждого вещества: \(\mathrm{K_2O}\), \(\mathrm{H_2SO_3}\), \(\mathrm{Ba(OH)_2}\), \(\mathrm{FeCl_3}\), \(\mathrm{HBr}\).
Подсказка
Посмотрите, из скольких элементов состоит вещество и есть ли в нём группы OH или атомы водорода на первом месте.
Решение
\(\mathrm{K_2O}\) — два элемента, один из них кислород в степени окисления −2: оксид (основный, оксид калия).
\(\mathrm{H_2SO_3}\) — водород на первом месте, есть кислород: кислородсодержащая кислота (сернистая).
\(\mathrm{Ba(OH)_2}\) — металл и группы OH: основание, к тому же щёлочь (гидроксид бария).
\(\mathrm{FeCl_3}\) — металл и кислотный остаток: средняя соль (хлорид железа(III)).
\(\mathrm{HBr}\) — водород и неметалл без кислорода: в растворе бескислородная кислота (бромоводородная).
Ответ
Назовите вещества и укажите тип соли: \(\mathrm{NaHSO_4}\), \(\mathrm{CaS}\), \(\mathrm{AlOHCl_2}\), \(\mathrm{K_3PO_4}\).
Подсказка
Приставка «гидро-» — в остатке остался водород, «гидроксо-» — в соли осталась группа OH.
Решение
\(\mathrm{NaHSO_4}\) — гидросульфат натрия, кислая соль: в остатке серной кислоты остался один атом водорода.
\(\mathrm{CaS}\) — сульфид кальция, средняя соль сероводородной кислоты.
\(\mathrm{AlOHCl_2}\) — гидроксохлорид алюминия, основная соль: у алюминия осталась одна группа OH.
\(\mathrm{K_3PO_4}\) — фосфат калия, средняя соль: все три атома водорода фосфорной кислоты замещены.
Ответ
Вычислите массовую долю азота в нитрате аммония \(\mathrm{NH_4NO_3}\) — популярном азотном удобрении. Ответ дайте в процентах.
Решение
\(M(\mathrm{NH_4NO_3}) = 14 + 4 \cdot 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 80\) г/моль.
В формуле два атома азота: \(w(\mathrm{N}) = \dfrac{2 \cdot 14}{80} = 0{,}35\), то есть 35 %.
Ответ
Какой гидроксид соответствует каждому оксиду и каков его характер: \(\mathrm{SO_3}\), \(\mathrm{MgO}\), \(\mathrm{Cr_2O_3}\), \(\mathrm{Mn_2O_7}\)?
Подсказка
Степень окисления элемента в оксиде и в гидроксиде одинакова.
Решение
\(\mathrm{\overset{+6}{S}O_3}\) — кислотный оксид, ему соответствует серная кислота \(\mathrm{H_2SO_4}\).
\(\mathrm{\overset{+2}{Mg}O}\) — основный оксид, гидроксид \(\mathrm{Mg(OH)_2}\) — основание.
\(\mathrm{\overset{+3}{Cr}_2O_3}\) — амфотерный оксид, гидроксид \(\mathrm{Cr(OH)_3}\) — амфотерный.
\(\mathrm{\overset{+7}{Mn}_2O_7}\) — кислотный оксид, ему соответствует марганцовая кислота \(\mathrm{HMnO_4}\).
Ответ
Сколько граммов меди содержится в 111 г малахита \(\mathrm{(CuOH)_2CO_3}\)?
Подсказка
Найдите массовую долю меди в малахите и умножьте на массу минерала.
Решение
- \(m(\mathrm{(CuOH)_2CO_3}) = 111\) г
- \(m(\mathrm{Cu})\)
\(M(\mathrm{(CuOH)_2CO_3}) = 2 \cdot (64 + 16 + 1) + 12 + 3 \cdot 16 = 222\) г/моль.
\(n(\mathrm{(CuOH)_2CO_3}) = \dfrac{111}{222} = 0{,}5\) моль; в одной формульной единице 2 атома меди, значит \(n(\mathrm{Cu}) = 1\) моль.
\(m(\mathrm{Cu}) = 1 \cdot 64 = 64\) г.
Ответ
При 20 °C в 100 г воды растворяется 31,6 г нитрата калия. К какой группе по растворимости относится эта соль и сколько граммов её можно растворить при этой температуре в 250 г воды?
Решение
Растворимость 31,6 г на 100 г воды больше 1 г, значит, \(\mathrm{KNO_3}\) — растворимое вещество.
Масса соли пропорциональна массе воды: \(m = \dfrac{31{,}6 \cdot 250}{100} = 79\) г.
Ответ
Для родителя
Как объяснить за 5 минут. Возьмите с кухни соль, соду и лимонную кислоту и покажите упаковку негашёной или гашёной извести, если есть. Скажите: всё это — представители разных «семей» веществ. Вода и углекислый газ — оксиды (элемент + кислород), лимонная и уксусная — кислоты (водород «впереди»), гашёная известь \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) — основание (металл + OH), соль и сода — соли (металл + кислотный остаток). Попросите ребёнка нарисовать дерево классов по схеме из темы и разложить по нему пять формул из учебника.
Вопросы для проверки понимания: 1) Почему \(\mathrm{NaHCO_3}\) — кислая соль, а \(\mathrm{CuOHCl}\) — основная? 2) Какой характер у оксида элемента в степени окисления +7? 3) Чем аморфное вещество отличается от кристаллического?
На что обратить внимание. Ребёнок должен определять класс по формуле, а не заучивать названия; проверьте, умеет ли он находить степень окисления и уравнивать заряды ионов в формуле соли — без этого тема не держится.