Условие задачи
Составьте формулы высших оксидов химических элементов второго периода и обозначьте характер их свойств (основный, амфотерный, кислотный). Проиллюстрируйте уравнениями реакций свойства оксидов лития, бериллия и углерода (IV). Какими свойствами обладают отвечающие им гидроксиды?
Решение
Ниже приводится подробное решение задачи по неорганической химии.
1. Формулы высших оксидов элементов второго периода и характеристика их свойств
Элементы второго периода (слева направо) и их высшие оксиды (т.е. оксиды, в которых атомы элемента находятся в наивысшей стабильной степени окисления):
• Литий: формула оксида – Li₂O. Этот оксид является основным (при реакции с водой даёт щёлочь).
• Бериллий: формула оксида – BeO. Он проявляет амфотерные свойства – может реагировать как с кислотами, так и с основаниями.
• Бор: формула оксида – B₂O₃. Борный (или бористый) оксид кислый.
• Углерод: формула оксида (при степени окисления +4) – CO₂. Этот оксид кислый.
• Азот: формула оксида – N₂O₅. Этот окид также кислотный.
(При этом элементы кислород и фтор не образуют «высших оксидов» в том смысле, как это принято для данной задачи, а неон является инертным газом.)
2. Реакции, иллюстрирующие свойства оксидов лития, бериллия и углерода (IV)
а) Литиевый оксид Li₂O
• При взаимодействии с водой происходит гидролиз с образованием гидроксида:
Li₂O + H₂O → 2 LiOH
Гидроксид лития – щёлочь, поэтому он проявляет основные свойства (реагирует с кислотами):
LiOH + HCl → LiCl + H₂O
б) Бериллиевый оксид BeO
BeO обладает амфотерностью. Он может вести себя как основный оксид, реагируя с кислотами, так и как кислотный при взаимодействии с основаниями. Примеры реакций:
• Реакция с кислотой (например, с соляной):
BeO + 2 HCl → BeCl₂ + H₂O
• Реакция с основой (например, с гидроксидом натрия) в избытке воды:
BeO + 2 NaOH + H₂O → Na₂[Be(OH)₄]
Здесь образуется тетрагидроксеберилят натрия, что подтверждает амфотерный характер оксида.
в) Углерод (IV) оксид CO₂
CO₂ является кислотным оксидом. При растворении в воде образуется слабая кислота – угольная кислота:
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
Кроме того, CO₂ вступает в реакцию с основанием, образуя соль и воду. Например, с гидроксидом натрия:
CO₂ + 2 NaOH → Na₂CO₃ + H₂O
3. Свойства отвечающих оксидам гидроксидов
• Гидроксид лития (LiOH):
При синтезе из оксида и воды образуется щёлочь с сильными основными свойствами. Растворы LiOH хорошо проводят ток, являются агрессивными к кислотам, вступая с ними в нейтрализационные реакции.
• Гидроксид бериллия (Be(OH)₂):
Be(OH)₂ – амфотерное вещество. Оно может реагировать как с кислотами, так и с растворами сильных основ, образуя соответствующие соли или комплексы (например, тетрагидроксеберилят). Такая двойственная реакция объясняется наличием небольшого и высоко зарядного атома бериллия.
• «Гидроксид» углерода (IV):
Прямого гидроксида углерода (IV) не существует, но при растворении CO₂ в воде образуется угольная кислота H₂CO₃. Следовательно, свойства, отвечающие продукцию CO₂, проявляются как кислотные – угольная кислота является слабой кислотой и легко разлагается до CO₂ и H₂O, а при взаимодействии с основаниями даёт соли карбонатов.
Таким образом, по изменению характера оксидов слева направо (от металлоидов до неметаллов) изменяются и свойства образующихся гидроксидов:
– Гидроксид лития – сильно основной.
– Гидроксид бериллия – амфотерный.
– Продукт взаимодействия CO₂ с водой – кислота (угольная кислота), что соответствует кислотным свойствам углеродного оксида.
Это решение иллюстрирует типичные закономерности неорганической химии элементов второго периода.