Хімія. 8 клас. Ярошенко

§ 35. Взаємодія оксидів з водою, дія на індикатори утворених продуктів реакції

Вивчення параграфа допоможе вам:

• з'ясувати, які речовини утворюються внаслідок взаємодії оксидів з водою;
• навчитися складати формули оксидів відповідних кислот та основ;
• повторити індикатори та пригадати дію на них розчинів лугів і кислот;
• розвивати вміння безпечної роботи з речовинами й лабораторним посудом;
• розвивати спостережливість;
• формувати вміння узагальнювати результати хімічного експерименту.

На початку навчального року ви повторили таку властивість води, як взаємодія з оксидами. Оскільки вона стосується оксидів, то, вивчаючи цю тему, є сенс повернутися до неї ще раз.

1. ВЗАЄМОДІЯ ФОСФОР(V) ОКСИДУ З ВОДОЮ. Проведемо демонстраційний дослід.

Дослід 1. Розчинимо в гарячій воді фосфор(V) оксид P₂O₅ (тверда речовина білого кольору). Розчин, що утворився, помістимо у дві пробірки. До першої пробірки додамо кілька крапель індикатора лакмусу; до другої — індикатора метилового оранжевого (мал. 46).

Мал. 46. Ілюстрація досліду 1

Пригадайте зміну кольору індикаторів у розчинах кислот і лугів. За потреби зверніться до § 2.

Спостерігатимемо, як в обох пробірках розчини набули рожевого кольору. Результати спостереження свідчать про наявність у пробірках розчину кислоти.

Звідки вона з'явилася, якщо в колбу до оксиду доливали воду? Висновок один — кислота утворилася з фосфор(V) оксиду та води. І це справді так. Частина долитої води вступила у взаємодію з фосфор(V) оксидом, і утворилась ортофосфатна кислота.

Води було додано з надлишком, тож інша її частина розчинила в собі утворену кислоту, розчин якої ми й випробували індикатором.

Чимало оксидів неметалічних елементів, а також оксиди деяких металічних елементів із високим значенням валентності (V, VI, VII), подібно до фосфор(V) оксиду, сполучаються з водою й утворюють кислоти.

З відомих вам оксидів неметалічних елементів не реагує з водою силіцій(IV) оксид SiO₂ — основна складова річкового піску.

Ви вже знаєте, що Сульфур входить до складу двох оксигеновмісних кислот — сульфітної H₂SO₃ і сульфатної H₂SO₄. Які оксиди взаємодіють з водою та утворюють ці кислоти? Відповідь допоможуть знайти подані два правила.

1. Валентність кислототвірного елемента в кислоті й у відповідному їй оксиді однакова.

2. Щоб визначити валентність кислототвірного елемента за формулою оксигеновмісної кислоти, необхідно від суми одиниць валентності Оксигену відняти суму одиниць валентності Гідрогену.

Скористаємося цими правилами й визначимо валентність Сульфуру в сульфітній і сульфатній кислотах.

Обчислення показали, що Сульфур у сульфітній кислоті чотиривалентний, а в сульфатній — шестивалентний.

Отже, сульфітна кислота утворюється із сульфур(IV) оксиду за рівнянням:

а сульфатна — із сульфур(VI) оксиду за рівнянням:

Попрацюйте групами

1. Скориставшись поданими правилами, визначте валентність Мангану в перманганатній кислоті HMnO₄, Карбону — у карбонатній. За встановленою валентністю запишіть формули оксидів, що відповідають цим кислотам.

2. Напишіть рівняння реакцій добування перманганатної й карбонатної кислот взаємодією встановлених вами оксидів із водою.

ПОНЯТТЯ ПРО ГІДРАТИ ОКСИДІВ. Речовини, що є продуктами взаємодії води з оксидами, мають загальну назву гідрати оксидів. У п'яти розглянутих прикладах (враховуючи вашу роботу у групах) гідратами оксидів стали кислоти.

Зверніть увагу! Вони утворились із оксидів неметалічних елементів Фосфору, Сульфуру, Карбону та металічного елемента Мангану з високою валентністю.

Чимало металічних елементів проявляють невисоку валентність — І, ІІ. Які гідрати оксидів утворюють їх оксиди? З'ясуємо це, провівши демонстраційний дослід із кальцій оксидом СаО.

ВЗАЄМОДІЯ КАЛЬЦІЙ ОКСИДУ З ВОДОЮ.

Дослід 2. У порцелянову чашку помістимо невелику кількість кальцій оксиду (негашеного вапна) та обережно доллємо води (мал. 47).

Мал. 47. Взаємодія кальцій оксиду з водою

Спостерігається «закипання» утвореної суміші. Воно спричинене тим, що негашене вапно активно реагує з водою й реакція супроводжується сильним розігріванням. Після закінчення цієї реакції вміст порцелянової чашки розчинимо в надлишку води й утворену неоднорідну суміш профільтруємо. Надалі працюватимемо з прозорим фільтратом, який розділимо на три пробірки.

У першу пробірку додамо кілька крапель лакмусу і спостерігатимемо, як розчин відразу набуває синього забарвлення. Зміна кольору використаного індикатора свідчить про наявність у розчині лугу.

Розглянемо рівняння реакції між кальцій оксидом та водою й з'ясуємо, що це за луг.

Проведений дослід свідчить про те, що, крім кислот, гідратами оксидів є розчинні у воді основи — луги.

ДІЯ ІНДИКАТОРІВ НА РОЗЧИНИ ОСНОВ (ЛУГИ). Формулюємо гіпотезу (передбачення), що лакмус можна використовувати як індикатор для виявлення не лише кальцій гідроксиду, а й інших лугів. З метою перевірки гіпотези проведемо дослід.

Дослід 3. Наллємо у пробірку 1-2 мл розчину натрій гідроксиду (NaOH) та додамо до нього кілька крапель розчину лакмусу (мал. 48). Результат підтверджує наше передбачення: розчин набув однакового з розчином кальцій гідроксиду синього забарвлення.

Мал. 48. Ілюстрація досліду 3

Дослід 4. До другої пробірки з розчином кальцій гідроксиду додамо кілька крапель розчину метилового оранжевого (метилоранжу). Спостерігаємо, як розчин стає жовтим (мал. 49).

Мал. 49. Ілюстрація досліду 4

Дослід 5. Додамо кілька крапель розчину метилового оранжевого до розчину натрій гідроксиду чи розчину якоїсь іншої розчинної у воді основи. Отримаємо результат, однаковий із дослідом 4.

Є ще одна речовина, дуже чутлива до наявності в розчині основ, — це фенолфталеїн. Пригадайте, розчин цієї речовини у воді безбарвний. Проведемо дослід.

Дослід 6. У третю пробірку з розчином кальцій гідроксиду додамо кілька крапель розчину фенолфталеїну — розчин відразу стає яскраво-малинового кольору (мал. 50).

Мал. 50. Ілюстрація досліду 6

Дослід 7. Додамо кілька крапель фенолфталеїну до розчину натрій гідроксиду чи якоїсь іншої розчинної у воді основи. Спостерігаємо однаковий результат із дослідом 6.

У розчинах основ (лугів) лакмус змінює своє забарвлення на синє, фенолфталеїн набуває яскравого малинового забарвлення, а метиловий оранжевий — жовтого.

Лугів не так і багато. До них належать гідрати оксидів металічних елементів, розташованих у періодичній системі в першій групі головній підгрупі та другій групі головній підгрупі, окрім Берилію Ве і Магнію Mg.

Попрацюйте групами

1. Напишіть формули та назви не менше як 5 лугів.

2. Як водні розчини цих речовин будуть діяти на індикатори?

3. Напишіть формули не менше як 5 основ, що не змінюють колір індикаторів.

Продовжимо досліджувати взаємодію оксидів з водою.

Дослід 8. Помістимо в хімічний стакан трохи купрум(ІІ) оксиду, доллємо до нього води, ретельно розмішаємо, після чого профільтруємо. До прозорого фільтрату додамо кілька крапель розчину фенолфталеїну. Появи малинового забарвлення не сталося.

Аналогічний результат матимемо й у випадку з ферум(ІІІ) оксидом. Це доводить, що не всі основи добувають взаємодією відповідного оксиду з водою. Але й не означає, що гідрати оксидів для них не характерні. Просто їх одержують іншим способом.

Щоб закріпити знання про дію індикаторів на розчини лугів і кислот, виконайте лабораторні досліди 2 і 3.

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Лабораторний дослід 2. Дія водних розчинів лугів на індикатори

Для проведення досліду вам знадобляться: розчини лугів, розчини індикаторів, пробірки, штатив для пробірок, дистильована вода.

Завдання 1. Здійсніть експериментальну перевірку дії водних розчинів виданих вам лугів на лакмус, метиловий оранжевий, фенолфталеїн.

Виконуючи дослід, у три пробірки налийте по 1 мл розчину лугу та додайте по кілька крапель розчину індикатора лужного середовища. В одну пробірку додавайте лише один індикатор!

Завдання 2. Для порівняння в наступні три пробірки налийте дистильованої води й повторіть дослід із кожним індикатором. Спостерігайте за змінами в кожній із шести пробірок. Результати спостережень запишіть у таблицю, зазначивши у графах з індикаторами колір, якого кожен із них набув у розчинах лугу та у воді.

Таблиця для фіксації результатів

№ пробірки	Досліджувана речовина	Індикатори
		лакмус	метиловий оранжевий	фенолфталеїн
1
2
3
4
5
6

За результатами проведеного дослідження сформулюйте висновок.

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Лабораторний дослід 3. Дія водних розчинів кислот на індикатори

Для проведення досліду вам знадобляться: розчини кислот, розчини індикаторів, пробірки, штатив для пробірок, дистильована вода.

Завдання 1. Здійсніть експериментальну перевірку дії виданого вам водного розчину кислоти (кислот) на лакмус і метиловий оранжевий.

Виконуючи дослід, у дві пробірки налийте по 1 мл розчину кислоти (може бути як одна кислота в усіх пробірках, так і різні) та додайте по кілька крапель розчину індикатора. В одну пробірку додавайте лише один індикатор!

Завдання 2. Для порівняння ще у дві пробірки налийте дистильованої води й повторіть дослід з індикаторами. Спостерігайте за змінами в кожній із чотирьох пробірок. Результати спостережень запишіть у таблицю, зазначивши у графах з індикаторами колір, якого кожен із них набув у розчинах кислоти та воді.

Таблиця для фіксації результатів

№ пробірки	Досліджувана речовина	Індикатори
		лакмус	метиловий оранжевий
1
2
3
4

За результатами проведеного дослідження сформулюйте висновок.

Стисло про основне

• Оксиди лужних металічних елементів (мають валентність І) взаємодіють з водою й утворюють розчинні основи, або луги. Така сама взаємодія з водою відбувається в кальцій оксиду СаО, стронцій оксиду SrO, барій оксиду BaO (валентність металічного елемента ІІ).

• Інші оксиди металічних елементів із невисокою валентністю (І і ІІ) з водою не взаємодіють, проте відповідні їм нерозчинні у воді основи існують, наприклад СuО i Cu(OH)₂.

• Більшість оксидів неметалічних елементів взаємодіють із водою за звичайних умов, утворюючи кислоти.

• Валентність кислототвірного елемента в кислоті дорівнює його валентності у відповідному оксиді.

• Кислоти й основи мають загальну назву — гідрати оксидів.

• Кислоти та луги в розчині можна виявити за допомогою індикаторів. Лакмус і метиловий оранжевий є індикаторами кислот, фенолфталеїн, лакмус і метиловий оранжевий — лугів.

Сторінка ерудита

Перший індикатор виготовили з природної сировини. Сталося це так. Якось англійському вченому Роберту БОЙЛЮ (1627-1691) знадобилася посудина, в якій він тримав водну настоянку лакмусового лишайника. Він звільнив посудину від настоянки, налив у неї хлоридної кислоти й помітив, що безбарвний до цього розчин став червоним. Потім він додав кілька крапель настоянки до розчину натрій гідроксиду. Цього разу розчин став синім. Так було відкрито й вперше використано індикатор кислого та лужного середовищ, який назвали лакмусом. Згодом настоянкою почали просочувати папірці, а потім їх висушували і використовували в хімічних лабораторіях.

Знаємо, розуміємо

1. Перелічіть хімічні елементи, оксиди яких взаємодіють із водою з утворенням основ. Наведіть приклади.

2. Які основи дістали назву лугів?

3. Перелічить хімічні елементи, оксиди яких взаємодіють із водою з утворенням кислот. Наведіть приклади.

Застосовуємо

119. Установіть відповідність між формулами оксидів та формулами гідратів оксидів, записавши їх парами в зошит.

Формули оксидів		Формули гідратів оксидів
1	СuO	А	CuOH
2	Cu2O	Б	Cu(OH)2
3	CrO	В	H2CrO4
4	CrO3	Г	Cr(OH)2
		Д	Cr(OH)3

120. Зазначте якомога більше характеристик для переліку формул:

Na₂O, K₂O, CaO, BaO.

121. Виберіть зайву формулу в кожному переліку:

• а) SiO₂, SO₂, SO₃;
• б) К₂О, СаО, Fe₂O₃.

Аргументуйте свій вибір.

122. Напишіть рівняння можливих хімічних реакцій за напівсхемами.

• а) К₂ + H₂O →
• б) ВаO + H₂O →
• в) SiO₂ + H₂O →
• г) FeO + H₂O →

123. Є три пробірки без етикеток, наповнені на третину зовні однаковими рідинами. Проте відомо, що в одній міститься вода, в іншій — розчин кислоти, а ще в іншій — розчин основи. Як дослідним шляхом з'ясувати, у якій із пробірок міститься кожна речовина?

124. Як ви вважаєте, чому для виконання лабораторного досліду 2 потрібні були три пробірки, а для лабораторного досліду 3 — дві?