Підручник з Хімії. 8 клас. Григорович - Нова програма

§ 40. Способи добування оксидів

Пригадайте:

• простими речовинами називають речовини, що складаються з атомів тільки одного хімічного елемента, складними — речовини, що складаються з атомів декількох елементів;

• класифікацію оксидів (за § 26).

Добування оксидів горінням простих речовин

Оксиди — це бінарні сполуки з Оксигеном, тому найпростіший спосіб добування оксидів — це взаємодія простих речовин з киснем:

S + O₂ = SO₂

2Mg + O₂ = 2MgO

Майже всі прості речовини взаємодіють з киснем (окиснюються). Багато з них взаємодіють з киснем досить бурхливо навіть у повітрі, з виділенням великої кількості теплоти й світла, тобто горять (мал. 40.1).

Мал. 40.1. Під час горіння магнієвої стрічки утворюється магній оксид із виділенням великої кількості світла

Більшість металів взаємодіють з киснем досить повільно. Наприклад, мідь, залізо або ртуть необхідно прожарювати на повітрі тривалий час, щоб вони повністю прореагували. Із такими металами реакція відбувається набагато швидше, якщо її здійснювати не на повітрі, а використовувати чистий кисень:

Деякі прості речовини взагалі не реагують з киснем. Серед металів — це платина та золото, а серед неметалів — інертні гази (неон, аргон тощо) та галогени (хлор, бром, йод).

Якщо проста речовина дуже повільно взаємодіє з киснем або не взаємодіє зовсім, то відповідні оксиди дуже легко розкладаються під час нагрівання (мал. 40.2):

Мал. 40.2. Під час прожарювання меркурій(ІІ) оксид розкладається на газуватий кисень і рідку ртуть

Найактивніші метали, такі як натрій або калій, настільки активно взаємодіють з киснем, що зазвичай утворюють не оксиди, а пероксиди або надпероксиди:

2Na + O₂ = Na₂O₂ (натрій пероксид)

К + O₂ = КO₂ (калій надпероксид)

Добування оксидів горінням складних речовин

Оксиди можна також добути взаємодією складних речовин з киснем. Значна кількість складних речовин може горіти в кисні на повітрі. Наприклад, унаслідок горіння метану СН₄ утворюються два оксиди: карбон(ІV) оксид і гідроген оксид:

СН₄ + 2O₂ = СO₂ + 2Н₂O

Гідроген сульфід (сірководень) H₂S згоряє в кисні також з утворенням двох оксидів: сульфур(ІV) оксиду та гідроген оксиду:

2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2Н₂O

Для промисловості велике значення мають реакції згоряння сульфідів металічних елементів, оскільки в цих випадках утворюються два цінні оксиди — сульфур(ІV) оксид, що використовують для добування сульфатної кислоти, та оксиди металічних елементів, з яких потім добувають метали:

Елементи зі змінною валентністю здатні утворювати декілька оксидів. Оксид з нижчою валентністю елемента може взаємодіяти з киснем з утворенням оксиду з вищою валентністю. Наприклад, Фосфор під час взаємодії з киснем може утворювати фосфор(ІІІ) оксид (нижчий оксид) і фосфор(V) оксид (вищий оксид). У цьому випадку нижчий оксид Р₂O₃ взаємодіє з киснем з утворенням вищого оксиду Р₂O₅:

Р₂О₃ + O₂ = Р₂О₅

Аналогічно ферум(ІІ) оксид взаємодіє з киснем з утворенням ферум(ІІІ) оксиду:

2FeO + O₂ = 2Fe₂O₃

Дегідратація гідратів оксидів

Оксиди можна добувати також розкладанням (дегідратацією) нестійких гідратів оксидів: гідратів кислотних оксидів (кислот) та гідратів основних оксидів (гідроксидів):

Такі реакції відбуваються під час прожарювання майже всіх гідроксидів, за винятком гідроксидів лужних елементів (Натрію та Калію). У такий спосіб можна добути оксиди навіть тих елементів, що у вигляді простої речовини не реагують з киснем, наприклад оксид Ауруму:

Дегідратацію оксигеновмісних кислот (гідратів кислотних оксидів) здійснюють нагріванням за наявності фосфор(V) оксиду (речовини, що активно поглинає воду):

Такі кислоти, як карбонатна Н₂СO₃, сульфітна H₂SO₃ й силікатна H₂SiO₃, легко перетворюються на оксиди навіть у разі незначного нагрівання:

Термічне розкладання солей

Оксиди також утворюються під час розкладання деяких солей оксигеновмісних кислот. Під час прожарювання багатьох таких солей утворюються два оксиди: основний та кислотний (ангідрид відповідної кислоти):

Такі реакції відбуваються лише за умови, що один із продуктів реакції (оксидів) є летким, наприклад: SO₂, СO₂, SO₃.

Солі, що утворені нелеткими оксидами, у разі прожарювання не розкладаються, а лише плавляться.

Якщо оксид, що утворюється під час розкладання, сам є термічно нестійким, то утворюються також продукти і його розпаду, наприклад:

Розкладанню під час прожарювання не піддаються солі Натрію та Калію. У разі нагрівання вони починають плавитися, а якщо й розкладаються, то за особливою схемою. Деякі з таких реакцій використовують у лабораторії для добування кисню:

• Скло зі значним умістом плюмбум(ІІ) оксиду, що отримало назву кришталь, дуже схоже на алмаз. Із 1790 р. з кришталю почали виготовляти підроблене коштовне каміння. З безбарвного — алмази, із забарвленого золотом — яскраво-червоні рубіни, кобальт(ІІ) оксидом — сині сапфіри, а хром(ІІІ) оксидом — зелені ізумруди.

• Нітроген(І) оксид (N₂O) використовують у лікарнях як наркоз під час операцій. Для нього характерний слабкий приємний запах і солодкуватий присмак. У разі вдихання його в невеликих дозах настає наркотичне сп'яніння, для якого характерний веселий, навіть бешкетний, стан. Він спричиняє неконтрольовані судомні рухи, що нагадують сміх, завдяки чому нітроген(І) оксид називають ще «звеселяючим газом».

• Основна сировина для добування алюмінію — алюміній оксид Аl₂O₃ — у великій кількості міститься у звичайній глині. Алюміній має цінні властивості — легкий, міцний і, головне, дешевий. Сьогодні алюміній добувають дією електричного струму на алюміній оксид. Але до розробки електролітичного методу добування алюмінію було надмірно затратним. У 1855 р. 1 кг алюмінію коштував дорожче за золото або срібло. Завдяки цьому алюміній ще називали «сріблом із глини».

Висновки

1. Оксиди утворюються у разі взаємодії простих та складних речовин з киснем. Чим активніші речовини, тим легше вони вступають у реакцію з киснем.

2. Оксиди утворюються розкладанням нестійких складних речовин: кислот, гідроксидів та солей. Розкладанню піддаються нерозчинні гідроксиди, нестійкі кислоти та солі, якщо при цьому утворюються леткі оксиди.

Контрольні запитання

1. Які прості речовини — метали й неметали — не взаємодіють з киснем? Наведіть приклади.

2. Опишіть, які гідроксиди, кислоти та солі здатні розкладатися з утворенням солей. Наведіть приклади.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Складіть рівняння реакцій горіння вугілля, фосфору, бору, алюмінію, цинку. Назвіть продукти реакцій. У якому випадку утворюються кислотні оксиди, а в якому — основні?

2. Манган(ІІ) карбонат розкладається під час нагрівання на манган(ІІ) оксид і вуглекислий газ. Складіть рівняння реакції.

3. Складіть рівняння реакції добування нітроген(V) оксиду з нітратної кислоти.

4. Запропонуйте три способи добування вуглекислого газу.

5. Під час прожарювання ферум(ІІІ) сульфату утворюються ферум(ІІІ) оксид і газ, що в результаті взаємодії з водою утворює сульфатну кислоту. Складіть рівняння реакції.

6. Які речовини утворюються під час нагрівання силікатної та карбонатної кислот? Складіть рівняння реакції.

7. Складіть рівняння реакцій розкладання солей; плюмбум(ІІ) карбонату, цинк нітрату, аргентум сульфіту, аргентум(І) нітрату. У яких випадках утворюються термічно нестійкі оксиди?

8. Доповніть схеми реакцій, назвіть продукти реакцій:

9. Складіть рівняння реакцій для здійснення перетворення:

a) Mg —> MgSO₄ —> MgO —> MgCO₃; б) Cu —> CuO —> Cu(NO₃)₂ —> Сu(ОН)₂.

10. Обчисліть об'єм кисню (н. у.), необхідний для добування магній оксиду масою 240 г з магнію.

11. Обчисліть масу фосфору, що необхідно спалити для добування фосфор(V) оксиду масою 7,1 г.

12. Обчисліть об'єм газу (н. у.), що утворюється розкладанням кальцій карбонату масою 250 г.

13*. Деякі промислові виробництва України використовують у різних технологічних процесах реакцію розкладу кальцій карбонату. У додаткових джерелах знайдіть інформацію про такі виробництва. У який спосіб запобігають надмірним викидам вуглекислого газу в атмосферу?