Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович

§ 38. Способи добування оксидів

Пригадайте:

• простими речовинами називають речовини, що складаються з атомів лише 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 із киснем:

S + O₂ = SO₂

2Mg + O₂ = 2MgO

Майже всі прості речовини вступають у хімічну реакцію з киснем (окиснюються). Багато з них реагують із киснем досить бурхливо навіть у повітрі, із виділенням великої кількості теплоти й світла, тобто горять (мал. 38.1).

Мал. 38.1. Під час горіння магнієвої стрічки утворюється магній оксид і велика кількість світла

Більшість металів взаємодіють із киснем 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 із киснем. Серед металів — це платина та золото, а серед неметалів — інертні гази (неон, аргон тощо) та галогени (хлор, бром, йод).

Мал. 38.2. Під час прожарювання меркурій(IІ) оксид розкладається на кисень і ртуть

Якщо проста речовина вкрай повільно реагує з киснем або не взаємодіє зовсім, то відповідні оксиди дуже легко розкладаються під час нагрівання (мал. 38.2):

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

2Na + O₂ = Na₂O₂ (натрій пероксид)

К + О₂ = КО₂ (калій надпероксид)

Добування оксидів горінням складних речовин

Оксиди можна також добути взаємодією складних речовин із 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 + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

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

2H₂S + 3О₂ = 2SO₂ + 2Н₂О

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, із яких потім добувають метали:

4FeS + 7О₂ = 2Fe₂O₃ + 4SO₂↑

2PbS + 3О₂ = 2РbО + 2SO₂↑

Елементи зі змінною валентністю здатні утворювати декілька оксидів. Оксид із 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 і фосфор(V) оксид (вищий оксид). У цьому випадку оксид Р₂О₃ взаємодіє з киснем з утворенням вищого оксиду Р₂О₅:

Р₂О₃ + О₂ = Р₂О₅

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

4FeO + О₂ = 2Fe₂O₃

Розклад кислот і основ

Оксиди можна добувати також розкладанням (дегідратацією) нестійких кислот і основ:

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

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

Такі кислоти, як карбонатна Н₂СО₃, 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, якщо під час реакції утворюються газоподібні речовини. 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, СО₂, SO₃.

Солі, 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:

Під час прожарювання не розкладаються 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 року з кришталю почали виготовляти підроблене коштовне каміння. Із безбарвного — алмази, із забарвленого золотом — яскраво-червоні рубіни, кобальт(ІІ) оксидом — сині сапфіри, а хром(ІІІ) оксидом — зелені ізумруди.

• Нітроген(І) оксид (Ν₂Ο) 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. Він спричиняє неконтрольовані судомні рухи, що нагадують сміх, завдяки чому нітроген(І) оксид називають ще «звеселяючим газом».

• Основна сировина для добування алюмінію — алюміній оксид Аl₂О₃ — 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. 1855 року 1 кг алюмінію коштував дорожче за золото. Завдяки цьому алюміній іще називали «сріблом із глини».

Висновки

• 1. Оксиди утворюються в разі взаємодії простих та складних речовин із 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 із киснем? Наведіть приклади.
• 2. 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 реакцій.

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

8. Доповніть схеми реакцій, назвіть продукти реакцій:

• a) CaC₂ + ... → ... + CO₂↑;
• б) SiH₄ + O₂ → ... + ...;
• в) ... + О₂ → ZnO + SO₂↑;
• г) CS₂ + O₂ → CO₂↑ + ...↑;
• д) ... →^t PbO + H₂O;
• e) ... → N₂O₅ + H₂O;
• є) CaSO₃ →^t ... + ...;
• ж) ... →^t MgO + CO₂↑;
• з) CuSO₄ →^t CuO + ...;
• и) ... →^t Hg + NO₂↑ + O₂↑.

9. Складіть рівняння реакцій для здійснення перетворень:

• a) Mg → MgSO₄→ MgO → MgCO₃;
• б) Сu → СuО → Сu(NО₃)₂ → Сu(ОН)₂.

10. Обчисліть об'єм кисню (н. у.), необхідний для добування магній оксиду масою 240 г із 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 під час розкладання 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?