М-21 хімія 21.10.22

 21.10.2022

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 9.4. Оксиди неметалічних елементів

Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), §20, с.112-120 

Виконати (письмово):

1. Відповісти на запитання, що зустрічаються по ходу лекції.

2. Виконати завдання:

1. Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння:

SO₂ + O₂→

CO₂ + MgO →

SO₃ + H₂O →

P₂O₅ + LiOH →

2. За матеріалами з інтернету або іншими джерелами інформації підготуйте невелике повідомлення про вплив оксидів Нітрогену на організм людини.

3. Який із газів важчий — вуглекислий чи чадний? У скільки разів?

4. Обчисліть середню молярну масу та густину за воднем суміші оксидів Карбону, якщо об’єм чадного газу в ній утричі більший за об’єм вуглекислого газу.

5. На спалювання 3,8 г суміші метану і чадного газу витрачено 10,4 г кисню. Обчисліть маси газів у суміші.

Склад і назви сполук. Оксиди є бінарними сполуками Оксигену, в яких цей елемент виявляє ступінь окиснення –2.

Загальна формула оксидів — ЕnOm. Для багатьох неметалічних елементів існує по кілька оксидів, а для Бору й Гідрогену — по одному. Найбільше оксидів утворює Нітроген — N2O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅.

Формули деяких оксидів неметалічних елементів:

SO₂, SO₃

P₂O₅

SiO₂

CO, CO₂

Оксиди CO₂, SiO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇ називають вищими. У такому оксиді ступінь окиснення елемента збігається з номером групи, в якій він розміщений. Загальні формули вищих оксидів для елементів кожної групи подано в окремому рядку короткого варіанта періодичної системи.

Для оксидів використовують переважно хімічні назви. Якщо елемент утворює кілька оксидів, то після назви елемента в дужках указують римською цифрою його валентність.

Напишіть формули: сульфур(IV) оксид, карбон(ІІ) оксид, нітроген(ІІІ) оксид, хлор(І) оксид.

Дайте хімічні назви вищим оксидам Карбону, Фосфору та Сульфуру.

Деякі оксиди мають ще й тривіальні назви. Серед них — сполуки з формулами CO (чадний газ), CO₂ (вуглекислий газ), SO₂ (сірчистий газ).

Будова сполук. Майже всі оксиди неметалічних елементів мають молекулярну будову. Силіцій(IV) оксид має атомну будову.

В оксидах ковалентні зв’язки між атомами є полярними, а самі молекули можуть бути полярними і неполярними. Наприклад, молекула SO₂ полярна, а СО₂—неполярна.

Фізичні властивості. Оксиди неметалічних елементів за звичайних умов перебувають у різних агрегатних станах.

Так, сполуки SO₂, NO₂, NO, CO₂, CO є газами (перші два мають характерні запахи), N₂O₄ — рідина, а оксиди P₂O₅, SiO₂ — тверді речовини.

Сполуки SO₂, SO₃, NO₂, CO₂, P₂O₅ і багато інших оксидів неметалічних елементів розчиняються у воді, взаємодіючи з нею й перетворюючись на кислоти.

Хімічні властивості. Переважна більшість оксидів неметалічних елементів належить до кислотних оксидів. Оксиди Н₂О, CO, N₂O і NO є несолетворними. Вони не реагують із лугами і кислотами з утворенням солей.

Реакції з водою. Ви знаєте, що кислотні оксиди взаємодіють з водою з утворенням кислот:

SO₂ + H₂O = H₂SO₃.

Нітроген(ІV) оксид NO₂ вирізняється тим, що не має «власної» кислоти. Продуктами його реакції з водою є дві кислоти — нітратна і нітритна:

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂.

У чому особливість цієї окисно-відновної реакції? Складіть електронний баланс, визначьте окисник і відновник.

Кислотні властивості вищих оксидів неметалічних елементів у кожному періоді посилюються зліва направо. Наприклад, оксид SiO₂ не взаємодіє з водою, а P₂O₅ активно вступає в аналогічну реакцію.

Існує ще одна закономірність: чим вище значення валентності неметалічного елемента в оксиді, тим більшою мірою виражені кислотні властивості цієї сполуки. Так, за звичайних умов реакція оксиду SO₂ з водою є оборотною, а

оксид SO₃ взаємодіє з нею повністю.

Реакції з основними й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами.

Вам відомо, що при взаємодії кислотних оксидів зі сполуками оснoвної або амфотерної природи утворюються солі. Приклади таких реакцій:

MgO + SiO₂ = MgSiO₃;

Al₂O₃ + P₂O₅ = 2AlPO₄;

Ba(OH)₂ + SO₂ = BaSO₃ + H₂O.

Нітроген(IV) оксид, реагуючи з лугом, утворює солі нітратної та нітритної кислот:

2NO₂ + 2NaOH = NaNO₃ + NaNO₂ + H₂O.

Добування. Багато оксидів неметалічних елементів можна добути, здійснивши реакцію між неметалом і киснем. Ці перетворення, як правило, супроводжуються виділенням теплоти, а нерідко й горінням. Не взаємодіють із киснем галогени та інертні гази. Відповідні оксиди добувають за допомогою інших реакцій.

Цікаво знати: оксид N₂O₄ утворюється з оксиду NO₂ при охолодженні й так

само реагує з водою і лугами.

Якщо для елемента існує кілька оксидів, то передбачити, який із них утвориться в результаті реакції неметалу з киснем, не завжди вдається. Продуктом горіння вуглецю на повітрі є вуглекислий газ СО₂ (іноді — з домішкою чадного газу СО), а сірки — сірчистий газ SO₂ (із домішкою оксиду SO₃). Взаємодія азоту і кисню, яка відбувається за дуже високої температури, призводить до утворення нітроген(ІІ) оксиду NO, хоча існують інші оксиди Нітрогену.

Використання. Деякі оксиди неметалічних елементів набули практичного застосування. Вуглекислий газ використовують у засобах для гасіння пожеж. Він не підтримує горіння і, будучи важчим за повітря, ізолює від нього предмет або речовину, що горить. Сучасні вогнегасники містять зріджений карбон(IV) оксид, а в старих вуглекислий газ утворювався під час реакції соди із сульфатною кислотою. Додавання цього газу в повітря теплиць прискорює ріст і достигання ранніх овочів. Вуглекислий газ також використовують для приготування газованих напоїв.

Пісок, який складається переважно із силіцій(IV) оксиду, застосовують у будівництві, виробництві скла, бетону.

Карбон(ІІ) оксид входить до складу горючих газових сумішей і слугує вихідною речовиною для синтезу метанолу СН₃ОН.

Із фосфор(V) оксиду виробляють ортофосфатну кислоту Н₃РО₄.

Оксиди неметалічних елементів і довкілля.

Особливе значення серед оксидів для навколишнього середовища має вода. Ця речовина бере участь у геологічних процесах, змінює рельєф планети, впливає на клімат і погоду. Усі процеси в живих організмах відбуваються у водних розчинах.

Роль карбон(IV) оксиду, або вуглекислого газу, не менш важлива. Сполука разом із водою бере участь у фотосинтезі, регулює тепловий баланс на Землі.

Парниковий ефект. Нагріта Сонцем поверхня нашої планети віддає в космічний простір частину отриманої теплової енергії у вигляді інфрачервоних променів. Вуглекислий газ здатний поглинати ці промені і, незважаючи на малий вміст в атмосфері (ϕ(СО₂) ≈ 0,04 %), затримує частину теплоти на Землі. Таке явище називають парниковим ефектом. Нині рослини не встигають поглинати у процесі фотосинтезу вуглекислий газ, який виділяють промислові й теплоенергетичні підприємства, автотранспорт. Учені вважають, що потепління на планеті призведе до танення значної кількості льоду в Арктиці й Антарктиді, внаслідок чого підвищиться рівень Світового океану, буде затоплено багато територій. Щоб запобігти цьому, потрібно обмежити надходження вуглекислого газу в атмосферу, поступово замінюючи теплову енергетику на альтернативну, зменшувати споживання палива і пального, а також збільшувати площі зелених насаджень.

Негативний вплив на довкілля створюють домішки в повітрі оксидів NO₂ і SO₂. Вони містяться в газових викидах металургійних, теплоенергетичних підприємств, автотранспорту. Ці оксиди беруть участь в утворенні смогу над великими містами і промисловими центрами. Внаслідок їх взаємодії з атмосферною вологою трапляються кислотні опади.

Більшість оксидів неметалічних елементів токсичні. Чадний газ дуже отруйний. Він не має запаху, і людина його не відчуває. Відомі випадки смертельного отруєння людей чадним газом через погану тягу в будинках із пічним опаленням, а також у гаражах за тривалої роботи автомобільного двигуна. За одну годину двигун автомобіля може «виробити» від 3 до 6 м3 чадного газу. У сучасних автомобілях вихлопні гази проходять через каталізатори. Завдяки їм відбуваються реакції карбон(ІІ) оксиду і залишків пального з киснем повітря. Продуктами таких реакцій є вуглекислий газ і вода.

Вуглекислий газ не вважають токсичною речовиною. Однак якщо об’ємна частка цього газу в повітрі досягає 0,25 %, людина починає відчувати задуху. Висока концентрація карбон(IV) оксиду може спричинити смерть через зупинку дихання.

ВИСНОВКИ

Майже всі неметалічні елементи утворюють оксиди.

Більшість оксидів неметалічних елементів належить до кислотних оксидів. Вони взаємодіють з водою з утворенням кислот, а також з основними й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами.

Оксиди Н₂О, CO, N₂O і NO є несолетворними.

Вода і вуглекислий газ беруть участь у геологічних і біохімічних процесах, а оксиди Нітрогену і Сульфуру спричиняють кислотні опади.

Деякі оксиди неметалічних елементів широко використовують на практиці.