Все металлы могут образовывать амфотерные оксиды

Обновлено: 07.01.2025

Первоначальная классификация химических элементов на металлы и неметаллы является неполной. Существуют химические элементы и соответствующие им вещества, которые проявляют двойственную природу – амфотерные свойства , т.е. могут взаимодействовать как с кислотами и кислотными оксидами, так и с основаниями и основными оксидами, например,

Al 2 O 3 + 2NaOH = t°C = 2NaAlO 2 + H 2 O (при сплавлении)

Если реакция протекает в водном растворе: Al(OH) 3 + NaOH = Na[Al(OH) 4 ]

здесь AlO 2 (I) – одновалентный кислотный остаток метаалюминат

Так, гидроксид и оксид алюминия в реакциях (а) проявляют свойства основных гидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с кислотными гидроксидом и оксидом, образуя соответствующую соль - сульфат алюминия Al 2 (SO 4 ) 3 , тогда как в реакциях (б) они же проявляют свойства кислотных гидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с основными гидроксидом и оксидом, образуя соль - метаалюминат натрия NaAlO 2 .

здесь ZnO 2 (II) – двухвалентный кислотный остаток цинкат.

Оксиды и гидроксиды, которые способны реагировать и с кислотами, и со щелочами, называют амфотерными.

Химические элементы, которым соответствуют амфотерные оксиды и гидроксиды, обладают переходными химическими свойствами, не относящимися ни к металлам, ни к неметаллам, их называют амфотерными.

Амфотерность (от греч. Аmphoteros – и тот, и другой) – способность химических соединений проявлять и кислотные, и основные свойства в зависимости от природы реагента, с которым амфотерное вещество вступает в кислотно-основное взаимодействие. Амфотерные оксиды и гидроксиды – оксиды и гидроксиды, проявляющие как основные, так и кислотные свойства. Они реагируют как с кислотами, так и с основаниями. Амфотерным оксидам соответствуют амфотерные гидроксиды, например,

Амфотерные гидроксиды практически нерастворимы в воде. Они являются слабыми кислотами и слабыми основаниями.

Амфотерными оксидами и гидроксидами являются, как правило, оксиды и гидроксиды металлов, в которых валентность металла III, IV иногда II.

Среди оксидов элементов главных подгрупп амфотерными являются: BeO, Al 2 O 3 , SnO, SnO 2 , PbO, Sb 2 O 3 .

Амфотерными гидроксидами являются следующие гидроксиды элементов главных подгрупп: Ве(ОН) 2 , Al(ОН) 3 , Рb(ОН) 2 и некоторые другие.

Оксиды и гидроксиды, в которых валентность металла III, IV, являются, как правило, амфотерными: Сг 2 O 3 и Cr(OH) 3 , Fe 2 O 3 и Fe(OH) 3 . Однако последние элементы в декадах d–элементов (например, Zn) образуют амфотерные оксиды и гидроксиды даже в низких степенях окисления, например, ZnO и Zn(OH) 2 .

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ГИДРОКСИДОВ

(нерастворимы в воде)

1.Реагируют с кислотами: Zn(OH) 2 + 2HCl = ZnCl 2 + 2H 2 O

2.Реагируют со щелочами: Zn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2 [Zn(OH) 4 ]

ПРИМЕНЕНИЕ

Из всех амфотерных гидроксидов наибольшее применение находит гидроксид алюминия:

· лекарственные препараты, приготовленные на основе гидроксида алюминия, врач назначает при нарушении кислотно-щелочного баланса в пищеварительном тракте;

· в качестве антипирена (средства для подавления способности гореть) вещество вводят в состав пластмасс и красок;

· путём разложения гидроксида алюминия в металлургии получают оксид алюминия (глинозём) — сырьё для получения металлического алюминия.

Товары, в производстве которых используется гидроксид алюминия: лекарственный препарат «Алмагель» и металлургический глинозём

Гидроксид цинка в промышленности служит сырьём для получения различных соединений этого металла, в основном — солей.

Амфотерные оксиды. Получение, химические свойства, образование средних и комплексных солей

Амфотерность – способность веществ проявлять кислотные или основные свойства в зависимости от реагента. Так, оксид алюминия, с кислотными оксидами и кислотами ведёт себя как основный оксид, а со щелочами и основными оксидами – как кислотный оксид.

Какие оксиды называют амфотерными?

К амфотерным относят в основном оксиды металлов +3 и +4 степени окисления, но также можно встретить амфотерные оксиды и в степени окисления «+2».

Таблица 1. – Примеры амфотерных оксидов в различных степенях окисления

В таблице представлены лишь самые популярные примеры оксидов, встречающихся на ЕГЭ, многие другие оксиды при различных условиях реагируют как со щелочами, так и с кислотами.

Подробнее о классификации оксидов можно узнать в статье Классификация оксидов

Химические свойства амфотерных оксидов

  1. Амфотерные оксиды проявляют свойств основных оксидов в реакции с кислотами:
  1. Амфотерные оксиды проявляют основность при реакции с кислотными оксидами:
  1. Амфотерные оксиды проявляют свойства кислотных оксидов при взаимодействии со щелочами (растворимыми основаниями). При этом реакция осуществима как в растворах с концентрированными щелочами, так и при сплавлении.

В растворах:

Полученную соль называют тетрагидроксоцинкат натрия

Полученную соль называют тетрагидроксоалюминат натрия.

Формула полученной соли зависит от количества воды и щелочи, вступивших в реакцию, так в избытке щелочи образуется гексагидроксоалюминат, а не тетрагидроксоалюминат:

При сплавлении:

Полученная соль называется цинкат натрия.

Полученная соль называется алюминатом калия (метаалюминат)

В следующих таблицах приведены некоторые средние и комплексные анионы, в состав которых входят амфотерные металлы.

Таблица 2. – Анионы, содержащие амфотерные металлы в валентности II.

Таблица 3. – Анионы, содержащие амфотерные металлы в валентности III.

Соли с координационным числом «6» образуются в сильном избытке щелочи.

Таблица 4. – Наиболее распространенные ионы, содержащие амфотерные металлы в валентности IV.

Пользуясь данными таблицами, можно назвать многие соли, например, средние соли:

KAlO2 – алюминат калия

NaAlO2 – алюминат натрия

BaZnO2 – цинкат бария

CaBeO2 – бериллат кальция

K2PbO2 – плюмбит калия, содержит свинец (II)

BaPbO2 – плюмбит бария

K4PbO4 – плюмбат (ортоплюмбат) калия, содержит свинец (IV)

KCrO2 – хромит калия

NaFeO2 – феррит натрия

И комплексные соли:

K[Al(OH)4] – тетрагидроксоалюминат калия

K3[Al(OH)6] – гексагидроксоалюминат калия

Na2[Zn(OH)4] – тетрагидроксоцинкат натрия

Ca[Zn(OH)4] – тетрагидроксоцинкат кальция

K2[Be(OH)4] – тетрагидроксобериллат калия

Ba[Be(OH)4] – тетрагидроксобериллат бария

Na2[Pb(OH)4] – тетрагидроксоплюмбит натрия

Na2[Pb(OH)6] – гексагидроксоплюмбат натрия

Ca[Sn(OH)6] – гексагидроксостаннат кальция

Na[Cr(OH)4] – тетрагидроксохромит натрия

K3[Cr(OH)6] – гексагидроксохромит калия

Ca3[Cr(OH)6] – гексагидроксохромит кальция

Na3[Fe(OH)6] – гексагидроксоферрит натрия

Как составлять формулы безводных солей?

Например, в реакции участвовал оксид свинца IV и оксид кальция:

В первую очередь необходимо знать остатки соответствующих кислот, следовательно и формулы кислот, содержащих амфотерный металл. И хоть многие из них не выделены, теоретически мы можем установить их формулы. Для амфотерных металлов в III и IV валентности можно установить орто- и мета-формулы кислот. Для металлов в II валентности выделяют только одну форму кислоты, поэтому для них не указывают уточняющую приставку «орто-» или «мета-», а вывод формулы соответствует выводу как орто- так и мета-формул кислот и их остатков у металлов в III и IV валентности.

Орто-формула соответствует гидроксиду амфотерного металла с учетом того, что в кислоте порядок элементов меняется (водород должен стоять на первом месте).

Таблица 5. – Амфотерные оксиды и кислотные остатки, соответствующие им

Для амфотерных металлов в III валентности можно выделить общую формулу орто-кислоты и орто-аниона: H3MeO3 и MeO3 3- .

Для амфотерных металлов в IV валентности можно выделить общую формулу орто-кислоты и орто-аниона: H4MeO4 и MeO4 4- .

Таким образом, в реакции оксида свинца IV и оксида кальция можно получить ортоплюмбат кальция:

PbO2 + 2CaO = Ca2PbO4 (ортоплюмбат кальция)

Для этих же металлов можно вывести мета-формулы кислот и их остатков, для этого при образовании формулы используются наименьшие значения индексов. Так, формула орто-хромистой кислоты, как и любого другого гидроксида в кислотной форме, начинается с водорода, а заканчивается кислородом, степень окисления хрома «+3» учитывается при установке индексов:

Подробнее о таком способе можно прочитать в статье Свойства кислотных оксидов

Таким образом, оксиду алюминия и оксиду свинца IV соответствуют следующие мета-формулы:

Таблица 6. – Амфотерные оксиды и кислотные остатки, соответствующие им

Поэтому в реакции между оксидом кальция и диоксидом свинца может образоваться и метаплюмбат кальция.

  1. Амфотерные оксиды проявляют свойства кислотных в реакциях с основными оксидами. Реакция происходит при сплавлении:

ZnO + CaO = CaZnO2 – цинкат кальция

Al2O3 + SrO = Sr(AlO2)2 – алюминат (метаалюминат) стронция

  1. Амфотерные оксиды способны вытеснять летучие оксиды из солей:
  1. Как и многие другие нерастворимые оксиды, амфотерные оксиды реагируют с восстановителями (C, CO, H2, NH3, CH4, более активные металлы). Реакции идут только при нагревании.

Получение амфотерных оксидов

  1. Термическое разложение амфотерных гидроксидов:

Данная реакция не подходит для получения оксида железа III, так как при окислении железа образуется двойной оксид Fe3O4.

  1. Термическим разложением нитратов. Причем, если в состав катиона входит металл с переменной степенью окисления, в продукте его степень окисления может измениться:

Оксиды хрома и железа в III валентности разлагаются без изменения степени окисления металла:

Амфотерные гидроксиды. Получение, химические свойства, образование средних и комплексных солей

Амфотерные гидроксиды проявляют свойства как основных, так и кислотных гидроксидов в зависимости от среды.

Большинство металлов периодической системы могут образовывать амфотерные гидроксиды, чаще всего это гидроксиды металлов в степени окисления «+2» и «+3», а также, теоретически, гидроксиды металлов в степени окисления «+4», хотя большинство из них не выделены (для них существуют только соответствующие соли). Подробнее о классификации гидроксидов можно прочитать в статье «Классификация гидроксидов и оснований»

Химические свойства амфотерных гидроксидов

  1. Как уже было сказано выше, амфотерные гидроксиды ведут себя как типичные основания при реакции с кислотами:
  1. Амфотерные гидроксиды реагируют с твёрдыми щелочами при сплавлении и с растворами концентрированных щелочей:

В растворах щелочей:

О том, какие анионы характерны для амфотерных оксидов и гидроксидов, Вы можете прочитать в статье «Амфотерные оксиды. Получение, химические свойства, образование средних и комплексных»

  1. Амфотерные гидроксиды взаимодействуют с солями, образованными щелочным металлом и анионом, с которым «амфотерный металл» не может образовать существующую или устойчивую соль (для алюминия это сульфиты, сульфиды, карбонаты, нитриты, ацетаты и силикаты). Информация о том, существует ли соль или мгновенно разлагается в водных растворах, можно получить из таблицы растворимости:
  1. Амфотерные гидроксиды разлагаются при нагревании на воду и соответствующих оксид (степень окисления металла в исходном гидроксиде и в полученном оксиде одинаковая):

Получение амфотерных гидроксидов

Напрямую, растворением соответствующего оксида в воде, амфотерный гидроксид получить нельзя из-за низкой растворимости в воде амфотерных оксидов. Поэтому амфотерные гидроксиды получают в основном из солей.

  1. Действием раствора щелочи на растворимую соль, содержащую металл, соединения котного могут проявлять амфотерность:

В этих реакциях не используют концентрированный раствор щелочи и большие избытки растворов щелочи, иначе образуются не амфотерные гидроксиды, а комплексные соединения:

Зависимость продукта от количества взятой щелочи можно выразить следующей схемой:

  1. Амфотерные гидроксиды получают действием на растворы солей, содержащих «амфотерный» металл аммиака:
  1. Амфотерные гидроксиды получают действием на раствор соли, содержащей «амфотерный» металл растворов солей, содержащих анион, с которым амфотерный металл не образует существующих солей или соли гидролизуются в водной среде:
  1. Амфотерные гидроксиды можно получить действием разбавленных кислот на гидроксокомплексы:

Если использовать избыток кислоты, то образуется не амфотерный гидроксид, а соль, так как избыток кислоты растворяет гидроксид:

Классификация оксидов

Все сложные неорганические вещества можно разделить на следующие группы:

Рассмотрим эти классы по отдельности, начиная с оксидов.

Оксиды – это соединения кислорода в степени окисления «‒2» с другими элементами. Но не все соединения кислорода с элементами будут являться оксидами, степень окисления кислорода очень важна!

Таб. «Соединения кислорода»

* Так как фтор принимает только отрицательную степень окисления (так как может выступать только в качестве окислителя), кислород во фториде кислорода может быть только положительным. Положительные ионы записываются первыми в формуле, поэтому правильнее писать OF2.

** Hадпероксид калия состоит из ионов K + и O2 -1 .

Зачем нужно знать классификацию оксидов?

Рассмотрим несколько уравнений:

Почему какие-то оксиды реагируют с водой, а другие – нет? Нужно знать классификацию оксидов на растворимые и нерастворимые.

Как определить, какие оксиды реагируют друг с другом, а какие нет? Для ответа на этот вопрос нужно знать, какие оксиды относятся к кислотным, а какие к основным, амфотерным или несолеобразующим.

Классификация оксидов на солеобразующие и несолеобразующие

Существует две группы оксидов – те, что при взаимодействии с кислотами/основаниями или друг с другом образуют соли и те, что не вступают в типичные реакции оксидов и не способны образовывать соли (несолеобразующие), их свойства рассматриваются отдельно.

Самыми распространёнными несолеобразующими оксидами являются: N2O, NO, CO, SiO, остальные оксиды считаем солеобразующими (с типичными свойствами).

Классификация солеобразующих оксидов

Все солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные.

Кислотные оксиды соответствуют определенным кислотам, они легко взаимодействуют со своими противоположностями – основными веществами.

Основные оксиды соответствуют определенным основаниям, они легко взаимодействуют со своими противоположностями – кислотными веществами.

Амфотерные оксиды, соответствуют определённым гидроксидам, имеют двойственную природу: с кислотными веществами реагируют как основные соединения, а с основными – как кислотные соединения.

Таб. «Некоторые оксиды и соответствующие им гидроксиды»

* Гидроксид – соединение элемента с гидроксо-группой (OH ‒ ).

Проанализировав таблицу, Вы заметите, что разные оксиды железа могут быть основными или амфотерными, а разные оксиды марганца оказались во всех трех группах. Что бы лучше понимать, от чего зависит принадлежность к тому или иному виду оксидов, необходимо глубже разобраться в классификации этих веществ.

Классификация оксидов неметаллов.

Все солеобразующие оксиды неметаллов относятся к кислотным. Большая часть из них являются растворимыми:

Классификация оксидов металлов.

В отличие от предыдущей группы, в этой не так всё однозначно. Среди оксидов металлов встречаются как основные, так и амфотерные, и даже кислотные. А принадлежность к определённой группе зависит он степени окисления металла, который входит в состав оксида.

Основные оксиды – это оксиды, в которых металл имеет степень окисления «+1» или «+2» (для элементов с большим диапазоном возможных степеней окисления это будут низшие степени окисления). Есть исключения, например, BeO, ZnO хоть и имеют в своём составе металлы в степени окисления «+2», проявляют амфотерные свойства. Список таких оксидов гораздо шире (SnO, PbO, CuO), но в ЕГЭ остальные примеры исключений игнорируются.

Амфотерные оксиды содержат металлы в степени окисления «+3» и «+4» (промежуточные значения степеней окисления для веществ с большим диапазоном возможных степеней окисления), и два примера оксидов с металлами в ст. о. «+2», написанных выше (BeO, ZnO).

Все кислотные оксиды металлов растворяются в воде и реагируют с ней. Все амфотерные оксиды не растворяются в воде и не реагируют с ней. Среди основных оксидов большинство нерастворимы и только оксиды, образованные кальцием, стронцием, барием, а также всеми металлами IА-подгруппы являются растворимыми.

Таким образом металлы, имеющие большой диапазон возможных степеней окисления, могут образовывать совершенно разные по характеру оксиды, например оксиды марганца и хрома:

Таб. «Зависимость характера оксида от степени окисления марганца» (рассмотрены только наиболее распространённые степени)

Таб. «Зависимость характера оксида от степени окисления хрома» (рассмотрены только наиболее степени)

Не следует путать оксиды металлов и неметаллов: у оксидов металлов степень окисления определяет характер оксида, а у оксида неметалла – нет.

Все металлы могут образовывать амфотерные оксиды

Классификация и химические свойства оксидов (в этом видеоуроке представлены химические свойства основных и кислотных оксидов)

Оксид — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом

Названия оксидов строится таким образом: сначала произносят слово «оксид», а затем называют образующий его элемент. Если элемент имеет переменную валентность, то она указывается римской цифрой в круглых скобках в конце названия:
Na I 2O – оксид натрия; Са II О – оксид кальция;
S IV O2 – оксид серы (IV); S VI O3 – оксид серы (VI).

По химическим свойствам оксиды делятся на две группы:
1. Несолеобразующие (безразличные) – не образуют солей, например: NO, CO, H2O;
2. Солеобразующие, которые, в свою очередь, подразделяются на:
– основные – это оксиды типичных металлов со степенью окисления +1,+2 (I и II групп главных подгрупп, кроме бериллия) и оксиды металлов в минимальной степени окисления, если металл обладает переменной степенью окисления (CrO, MnO);
– кислотные – это оксиды типичных неметаллов (CO2, SO3, N2O5) и металлов в максимальной степени окисления, равной номеру группы в ПСЭ Д.И.Менделеева (CrO3, Mn2O7);
– амфотерные оксиды (обладающие как основными, так и кислотными свойствами, в зависимости от условий проведения реакции) – это оксиды металлов BeO, Al2O3, ZnO и металлов побочных подгрупп в промежуточной степени окисления (Cr2O3, MnO2).

Основными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами.

Например, оксиду кальция CaO отвечает гидроксид кальция Ca(OH)2, оксиду кадмия CdO – гидроксид кадмия Cd(OH)2.

Условие протекания реакции: должны образовываться растворимые основания!
Na2O + H2O → 2NaOH
CaO + H2O → Ca(OH)2

Al2O3 + H2O → реакция не протекает, так как должен образовываться Al(OH)3, который нерастворим.
2. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды:
CaO + H2SO 4 → CaSO4 + H2O.
3. Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли:
СaO + SiO2 → CaSiO3

Кислотными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии с основаниями или основными оксидами. Им соответствуют кислоты.

Например, оксиду серы (IV) соответствует сернистая кислота H2SO3 .

1. Взаимодействие с водой с образованием кислоты:
Условия протекания реакции: должна образовываться растворимая кислота.

Условия протекания реакции: с кислотным оксидом взаимодействует именно щелочь, то есть растворимое основание.

SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O
3. Взаимодействие с основными оксидами с образованием солей:
SO3 + Na2O → Na2SO4

Оксиды, гидратные соединения которых проявляют свойства как кислот, так и оснований, называются амфотерными.
Например: оксид алюминия Al2O3, оксид марганца (IV) MnO2.

1. C водой не взаимодействуют
2. Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием солей при сплавлении (основные свойства):
ZnO + SiO2 → ZnSiO3
3. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (основные свойства):
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
4. Взаимодействие с растворами и расплавами щелочей с образованием соли и воды (кислотные свойства):
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

Читайте также: