Хімічні властивості всіх класів. Частина 1

← Назад до змісту довідника

1. Хімічні властивості всіх класів

Хімічні властивості будь-якої речовини — це сукупність хімічних реакцій, у які вона здатна вступати.

Усі неорганічні сполуки тісно пов’язані між собою та утворюють єдину логічну систему. Їхні хімічні властивості поділяють на дві групи:

Спеціальні властивості — характерні індивідуальні реакції конкретного класу сполук.
Універсальні правила — загальні закономірності обмінної взаємодії між різними класами речовин.

Спеціальні хімічні властивості оксидів

1. Взаємодія оксидів із водою

Кислотний оксид + вода = кислота

Кислотний оксид у реакції з водою утворює оксигеновмісну кислоту, а основний оксид — розчинну основу (луг).

Під час взаємодії кислотного оксиду з водою утворюється відповідна оксигеновмісна кислота:
$\mathrm{SO_3} + \mathrm{H_2O} = \mathrm{H_2SO_4}$
$\mathrm{P_2O_5} + 3\mathrm{H_2O} = 2\mathrm{H_3PO_4}$

Відповідність між кислотними оксидами та кислотами:

Кислотний оксид	Відповідна кислота
$\mathrm{CO_2}$ (оксид карбону(IV))	$\mathrm{H_2CO_3}$ (карбонатна)
$\mathrm{SO_2}$ (оксид сульфуру(IV))	$\mathrm{H_2SO_3}$ (сульфітна)
$\mathrm{SO_3}$ (оксид сульфуру(VI))	$\mathrm{H_2SO_4}$ (сульфатна)
$\mathrm{P_2O_5}$ (оксид фосфору(V))	$\mathrm{H_3PO_4}$ (ортофосфатна)
$\mathrm{N_2O_5}$ (оксид нітрогену(V))	$\mathrm{HNO_3}$ (нітратна)
$\mathrm{SiO_2}$ (оксид силіцію(IV))	$\mathrm{H_2SiO_3}$ (силікатна)

⚠️ Головний виняток серед кислотних оксидів: Силіцій(IV) оксид $\mathrm{SiO_2}$ (кварцовий пісок) не реагує з водою. Силікатну кислоту $\mathrm{H_2SiO_3}$ неможливо добути прямою гідратацією піску.

Основний оксид + вода = основа (луг)

Під час розчинення основного оксиду у воді утворюється розчинний гідроксид металу (луг):
$\mathrm{Na_2O} + \mathrm{H_2O} = 2\mathrm{NaOH}$
$\mathrm{CaO} + \mathrm{H_2O} = \mathrm{Ca(OH)_2}$

Кількість гідроксильних груп $\mathrm{OH}$ у складі відповідної основи дорівнює валентності металу:

оксиду $\overset{\mathrm{I}}{\mathrm{Na}}_2\mathrm{O}$ відповідає основа $\mathrm{NaOH}$ (валентність металу $\mathrm{I}$ — одна група $\mathrm{OH}$ );
оксиду $\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Ca}}\mathrm{O}$ відповідає основа $\mathrm{Ca(OH)_2}$ (валентність металу $\mathrm{II}$ — дві групи $\mathrm{OH}$ );
оксиду $\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Fe}}\mathrm{O}$ відповідає основа $\mathrm{Fe(OH)_2}$ (валентність металу $\mathrm{II}$ — дві групи $\mathrm{OH}$ );
оксиду $\overset{\mathrm{III}}{\mathrm{Fe}}_2\mathrm{O}_3$ відповідає основа $\mathrm{Fe(OH)_3}$ (валентність металу $\mathrm{III}$ — три групи $\mathrm{OH}$ ).

⚠️ Обмеження реакції основних оксидів із водою
З водою взаємодіють оксиди лише лужних і лужноземельних металів (елементи $\mathrm{I}$ та $\mathrm{II}$ груп головних підгруп), крім берилію ( $\mathrm{Be}$ ) та магнію ( $\mathrm{Mg}$ ).
Оксиди інших металів ( $\mathrm{FeO}$ , $\mathrm{Fe_2O_3}$ , $\mathrm{Al_2O_3}$ , $\mathrm{CuO}$ ) з водою не реагують.

2. Взаємодія оксидів між собою

$\text{Основний оксид} + \text{кислотний оксид} = \text{сіль}$

Під час взаємодії оксидів протилежного характеру утворюється сіль відповідної оксигеновмісної кислоти:
$\mathrm{Na_2O} + \mathrm{CO_2} = \mathrm{Na_2CO_3}$
$3\mathrm{CaO} + \mathrm{P_2O_5} = \mathrm{Ca_3(PO_4)_2}$

⚠️ Поширене хибне уявлення
Не можна механічно додавати атоми вихідних речовин: $\mathrm{Na_2O} + \mathrm{CO_2} \neq \mathrm{Na_2CO_2}$ . Оксиду $\mathrm{CO_2}$ завжди відповідає кислотний залишок карбонатної кислоти — $\mathrm{CO_3}^{2-}$ .
💡 Правило суми Оксигену
Для кислотних залишків $\mathrm{CO_3}$ , $\mathrm{SO_3}$ , $\mathrm{SO_4}$ сумарна кількість атомів Оксигену у вихідних оксидах дорівнює кількості атомів Оксигену в солі:
$\mathrm{Na_2O} + \mathrm{CO_2} = \mathrm{Na_2CO_3}$ (у реагентах: $1 + 2 = 3$ атоми $\mathrm{O}$ ; у продукті: $3$ атоми $\mathrm{O}$ ).

3. Взаємодія лугів із кислотними оксидами

$\text{Луг (розчинна основа)} + \text{кислотний оксид} = \text{сіль} + \text{вода}$

Кислотний оксид у реакції з основою перетворюється на відповідний кислотний залишок:
$3\mathrm{Ca(OH)_2} + \mathrm{P_2O_5} = \mathrm{Ca_3(PO_4)_2} + 3\mathrm{H_2O}$
$2\mathrm{NaOH} + \mathrm{CO_2} = \mathrm{Na_2CO_3} + \mathrm{H_2O}$
$\mathrm{Ba(OH)_2} + \mathrm{SO_3} = \mathrm{BaSO_4}\downarrow + \mathrm{H_2O}$

Луги — це розчинні у воді гідроксиди металів: $\mathrm{LiOH}$ , $\mathrm{NaOH}$ , $\mathrm{KOH}$ , $\mathrm{RbOH}$ , $\mathrm{CsOH}$ , $\mathrm{Ca(OH)_2}$ , $\mathrm{Sr(OH)_2}$ , $\mathrm{Ba(OH)_2}$ .

Спеціальні хімічні властивості кислот

Більшість поширених кислот стійкі за кімнатної температури, проте деякі легко розпадаються:

Карбонатна кислота $\mathrm{H_2CO_3}$ — сполука нестійка, що самочинно розкладається на воду та вуглекислий газ:
$\mathrm{H_2CO_3} = \mathrm{CO_2}\uparrow + \mathrm{H_2O}$
Сульфітна кислота $\mathrm{H_2SO_3}$ — розкладається на воду та сірчистий газ:
$\mathrm{H_2SO_3} = \mathrm{SO_2}\uparrow + \mathrm{H_2O}$
Силікатна кислота $\mathrm{H_2SiO_3}$ — стійка за стандартних умов, але розкладається під час нагрівання:
$\mathrm{H_2SiO_3} = \mathrm{SiO_2} + \mathrm{H_2O}$

Спеціальні хімічні властивості основ

1. Взаємодія активних металів із водою з утворенням лугів

$\text{Активний метал} + \mathrm{H_2O} = \text{луг} + \mathrm{H_2}\uparrow$

До металів, що бурхливо витісняють водень із води за звичайних умов, належать лужні та лужноземельні метали (елементи $\mathrm{IA}$ та $\mathrm{IIA}$ груп, крім $\mathrm{Be}$ та $\mathrm{Mg}$ ):
$2\mathrm{Na} + 2\mathrm{H_2O} = 2\mathrm{NaOH} + \mathrm{H_2}\uparrow$
$\mathrm{Ca} + 2\mathrm{H_2O} = \mathrm{Ca(OH)_2} + \mathrm{H_2}\uparrow$

2. Термічний розклад нерозчинних основ

$\text{Нерозчинна основа} \overset{t}{=} \text{основний оксид} + \text{вода}$

💡 Розчинність основи перевіряють за таблицею розчинності на перетині відповідного катіона металу та гідроксид-аніона $\mathrm{OH^-}$ :
$\mathrm{Na^+}$ і $\mathrm{OH^-}$ — Р (розчинна сполука, луг — термічно стійка);
$\mathrm{Cu^{2+}}$ і $\mathrm{OH^-}$ — Н (нерозчинна сполука — розкладається при нагріванні);
$\mathrm{Fe^{3+}}$ і $\mathrm{OH^-}$ — Н (нерозчинна сполука — розкладається при нагріванні).

таблиця розчинності

Під час термічного розкладу валентність металу не змінюється:
$\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Cu}}(\mathrm{OH})_2 \overset{t}{=} \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Cu}}\mathrm{O} + \mathrm{H_2O}$
$2\overset{\mathrm{III}}{\mathrm{Fe}}(\mathrm{OH})_3 \overset{t}{=} \overset{\mathrm{III}}{\mathrm{Fe}}_2\mathrm{O}_3 + 3\mathrm{H_2O}$

Спеціальні хімічні властивості солей

1. Взаємодія металів із розчинами солей

$\text{Більш активний метал} + \text{сіль} = \text{нова сіль} + \text{менш активний метал}$

Можливість перебігу реакції визначають за електрохімічним рядом напруг (рядом активності) металів.

Ось приклад:

$\mathrm{Li}, \mathrm{K}, \mathrm{Ba}, \mathrm{Sr}, \mathrm{Ca}, \mathrm{Na}, \mathrm{Mg}, \mathrm{Al}, \mathrm{Be}, \mathrm{Mn}, \mathrm{Zn}, \mathrm{Cr}, \mathbf{Fe}, \mathrm{Ti}, \mathrm{Ni}, \mathrm{Sn}, \mathrm{Pb}, (\mathbf{H_2}), \mathbf{Cu}, \mathrm{Hg}, \mathrm{Ag}, \mathrm{Pd}, \mathrm{Pt}, \mathrm{Au}$

Реакція відбувається (Ферум активніший за Купрум, бо стоїть лівіше):
$\mathrm{Fe} + \mathrm{CuSO_4} = \mathrm{FeSO_4} + \mathrm{Cu}\downarrow$
Реакція не відбувається (Купрум менш активний за Ферум):
$\mathrm{Cu} + \mathrm{FeSO_4} \neq$

2. Термічний розклад нерозчинних солей

Більшість нерозчинних карбонатів і сульфітів під час нагрівання розкладаються на два відповідні оксиди без зміни валентності металу:

$\text{Сіль} \overset{t}{=} \text{основний оксид} + \text{кислотний оксид}$

$\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Ca}}\mathrm{CO_3} \overset{t}{=} \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Ca}}\mathrm{O} + \mathrm{CO_2}\uparrow$
$\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Ba}}\mathrm{SO_3} \overset{t}{=} \overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Ba}}\mathrm{O} + \mathrm{SO_2}\uparrow$

Завдання для самоконтролю (Домашнє завдання)

Завдання 1. Яка кислота утворюється при реакції води з сульфур(VI) оксидом?
А $\mathrm{HNO_3}$
Б $\mathrm{H_2SO_3}$
В $\mathrm{H_2SO_4}$
Г $\mathrm{H_2S}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 1

Сульфур(VI) оксиду $\mathrm{SO_3}$ відповідає сульфатна кислота $\mathrm{H_2SO_4}$ :
$\mathrm{SO_3} + \mathrm{H_2O} = \mathrm{H_2SO_4}$

Правильна відповідь: В ( $\mathrm{H_2SO_4}$ ).

Завдання 2. Який кислотний оксид не взаємодіє з водою?
А $\mathrm{CO_2}$
Б $\mathrm{SiO_2}$
В $\mathrm{SO_2}$
Г $\mathrm{P_2O_5}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 2

Силіцій(IV) оксид $\mathrm{SiO_2}$ (кварцовий пісок) є винятком серед кислотних оксидів і безпосередньо з водою не реагує.

Правильна відповідь: Б ( $\mathrm{SiO_2}$ ).

Завдання 3. Який основний оксид не взаємодіє з водою?
А $\mathrm{CuO}$
Б $\mathrm{CaO}$
В $\mathrm{Na_2O}$
Г $\mathrm{K_2O}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 3

З водою взаємодіють оксиди лише активних металів $\mathrm{I}$ та $\mathrm{II}$ груп (крім $\mathrm{Be}$ і $\mathrm{Mg}$ ). Купрум не належить до лужних або лужноземельних металів, тому $\mathrm{CuO}$ з водою не реагує.

Правильна відповідь: А ( $\mathrm{CuO}$ ).

Завдання 4. При взаємодії яких речовин утворюється магній ортофосфат?
А $\mathrm{Mg}$ і $\mathrm{P_2O_5}$
Б $\mathrm{MgO}$ і $\mathrm{P_2O_5}$
В $\mathrm{MgO}$ і $\mathrm{P}$
Г $\mathrm{Mg(OH)_2}$ і $\mathrm{P}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 4

Основний оксид взаємодіє з кислотним оксидом з утворенням середньої солі:
$3\mathrm{MgO} + \mathrm{P_2O_5} = \mathrm{Mg_3(PO_4)_2}$

Правильна відповідь: Б ( $\mathrm{MgO}$ і $\mathrm{P_2O_5}$ ).

Завдання 5. З якою речовиною не буде взаємодіяти сульфур(VI) оксид за звичайних умов?
А $\mathrm{NaOH}$
Б $\mathrm{KOH}$
В $\mathrm{Ba(OH)_2}$
Г $\mathrm{Mg(OH)_2}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 5

Кислотні оксиди взаємодіють із розчинними основами (лугами). Речовини $\mathrm{NaOH}$ , $\mathrm{KOH}$ і $\mathrm{Ba(OH)_2}$ є лугами, тоді як $\mathrm{Mg(OH)_2}$ — практично нерозчинна основа, тому реакція не відбувається.

Правильна відповідь: Г ( $\mathrm{Mg(OH)_2}$ ).

Завдання 6. Яка кислота легко розкладається на оксид і воду за кімнатної температури?
А сульфатна
Б сульфітна
В ортофосфатна
Г хлоридна

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 6

Сульфітна кислота $\mathrm{H_2SO_3}$ належить до нестійких кислот і самочинно розпадається на воду та сірчистий газ:
$\mathrm{H_2SO_3} = \mathrm{SO_2}\uparrow + \mathrm{H_2O}$

Правильна відповідь: Б (сульфітна).

Завдання 7. Що утворюється під час взаємодії калію з водою?
А $\mathrm{KOH}$
Б $\mathrm{KOH}$ і $\mathrm{H_2}$
В $\mathrm{K_2O}$ і $\mathrm{H_2}$
Г $\mathrm{K_2O}$ і $\mathrm{O_2}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 7

Калій — активний лужний метал, що витісняє Гідроген із води з утворенням лугу та виділенням газуватого водню:
$2\mathrm{K} + 2\mathrm{H_2O} = 2\mathrm{KOH} + \mathrm{H_2}\uparrow$

Правильна відповідь: Б ( $\mathrm{KOH}$ і $\mathrm{H_2}$ ).

Завдання 8. Яка основа не розкладається при нагріванні на оксид і воду?
А $\mathrm{Cu(OH)_2}$
Б $\mathrm{Mg(OH)_2}$
В $\mathrm{Fe(OH)_3}$
Г $\mathrm{NaOH}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 8

Термічному розкладу піддаються нерозчинні основи ( $\mathrm{Cu(OH)_2}$ , $\mathrm{Mg(OH)_2}$ , $\mathrm{Fe(OH)_3}$ ). Гідроксиди лужних металів, зокрема $\mathrm{NaOH}$ , є термічно стійкими і під час нагрівання плавляться без розкладу.

Правильна відповідь: Г ( $\mathrm{NaOH}$ ).

Завдання 9. Яка пара речовин не взаємодіє між собою?
А $\mathrm{Mg}$ і $\mathrm{FeSO_4}$
Б $\mathrm{Ag}$ і $\mathrm{Cu(NO_3)_2}$
В $\mathrm{Zn}$ і $\mathrm{CuCl_2}$
Г $\mathrm{Na}$ і $\mathrm{H_2O}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 9

У ряді активності металів Аргентум ( $\mathrm{Ag}$ ) розташований правіше за Купрум ( $\mathrm{Cu}$ ), тому він не здатний витіснити мідь із розчину солі:
$\mathrm{Ag} + \mathrm{Cu(NO_3)_2} \neq$

Правильна відповідь: Б ( $\mathrm{Ag}$ і $\mathrm{Cu(NO_3)_2}$ ).

Завдання 10. Яка сіль розкладається на два оксиди під час прожарювання?
А кальцій карбонат
Б калій нітрат
В натрій сульфат
Г натрій ортофосфат

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 10

Нерозчинні карбонати під дією високої температури розкладаються на основний та кислотний оксиди:
$\mathrm{CaCO_3} \overset{t}{=} \mathrm{CaO} + \mathrm{CO_2}\uparrow$

Правильна відповідь: А (кальцій карбонат).

Завдання 11. Які речовини утворюються при взаємодії натрій гідроксиду із сульфур(VI) оксидом?
А $\mathrm{Na_2SO_4}$
Б $\mathrm{Na_2SO_4}$ і $\mathrm{H_2O}$
В $\mathrm{Na_2SO_3}$ і $\mathrm{H_2O}$
Г $\mathrm{Na_2O}$ і $\mathrm{H_2SO_4}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 11

Взаємодія лугу з кислотним оксидом приводить до утворення солі та води:
$2\mathrm{NaOH} + \mathrm{SO_3} = \mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{H_2O}$

Правильна відповідь: Б ( $\mathrm{Na_2SO_4}$ і $\mathrm{H_2O}$ ).

← Назад до змісту довідника

Спеціальні хімічні властивості оксидів, кислот, основ і солей: взаємодія з водою, термічний розклад та витиснення металів.