Класове неорганични съединения — урок по химия

1. Четирите класа

Сложните неорганични вещества се разпознават по формулата. Повечето от тях попадат в един от четирите класа – и всеки клас има свои типични реакции. Затова, щом познаем класа, можем да предскажем как ще се държи веществото.

Клас	Състав	Примери
оксиди	два елемента, единият е кислород (със −2)	$\mathrm{CaO,\ CO_2,\ Fe_2O_3}$
основи	метал и хидроксидни групи OH	$\mathrm{NaOH,\ Ca(OH)_2,\ Fe(OH)_3}$
киселини	водород, който може да се замести с метал, и киселинен остатък	$\mathrm{HCl,\ H_2SO_4,\ H_3PO_4}$
соли	метал (или $\mathrm{NH_4^+}$ ) и киселинен остатък	$\mathrm{NaCl,\ CaCO_3,\ CuSO_4}$

Как точно се държат киселините и основите във вода – дисоциация, , силни и слаби – разгледахме в урока Киселини, основи и pH. Тук ни интересуват съставът, имената и реакциите между класовете. Опитай да подредиш веществата:

SO₃

1 от 15. Към кой клас е?

💡 Гледай формулата: два елемента, единият кислород – оксид; метал + OH групи – основа; водород + киселинен остатък – киселина; метал (или NH₄⁺) + киселинен остатък – сол. Зелена рамка – позна, червена – сгреши.

2. Оксиди

О

Оксид

Оксидите са съединения на елемент с кислород, в които кислородът има степен на окисление

-2

. Името се образува от прилагателното на елемента + „оксид“, а при няколко възможни валентности – с римска цифра или с гръцки представки:

\mathrm{FeO}

– железен(II) оксид,

\mathrm{Fe_2O_3}

– железен(III) оксид,

\mathrm{CO}

– въглероден оксид,

\mathrm{CO_2}

– въглероден диоксид,

\mathrm{SO_3}

– серен триоксид.

Според това с какво реагират, оксидите са четири вида:

основни – обикновено оксидите на металите със степен на окисление +1 и +2: $\mathrm{Na_2O,\ CaO,\ CuO}$ . Реагират с киселини; на алкалните и – и с вода, като дават основа;
киселинни – оксидите на и на металите с висока степен на окисление: $\mathrm{CO_2,\ SO_3,\ P_2O_5,\ Mn_2O_7}$ . Реагират с основи, а повечето – и с вода, като дават киселина. Затова се наричат още анхидриди („без вода“) на съответните киселини;
амфотерни – реагират и с киселини, и с основи: $\mathrm{ZnO,\ Al_2O_3}$ , $\mathrm{Cr_2O_3}$ ;
несолеобразуващи (неутрални) – не дават соли: $\mathrm{CO,\ NO,\ N_2O}$ .

Пример

Напишете уравненията на реакциите на калциев оксид със солна киселина и на серен триоксид с натриева основа.

Основен оксид + киселина → сол + вода: $\mathrm{CaO} + \mathrm{2HCl} \to \mathrm{CaCl_2} + \mathrm{H_2O}$
Киселинен оксид + основа → сол + вода: $\mathrm{SO_3} + \mathrm{2NaOH} \to \mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{H_2O}$
Солта съдържа метала от основния оксид (или основата) и киселинния остатък, който отговаря на киселинния оксид: $\mathrm{SO_3} \to \mathrm{H_2SO_4} \to \mathrm{SO_4^{2-}}$ .

Как да намерим анхидрида на киселина? Изваждаме от формулата ѝ вода: $\mathrm{H_2SO_4 - H_2O = SO_3}$ , $\mathrm{H_2CO_3 - H_2O = CO_2}$ . При нечетен брой водородни атоми удвояваме: $\mathrm{2H_3PO_4 - 3H_2O = P_2O_5}$ , $\mathrm{2HNO_3 - H_2O = N_2O_5}$ . Степента на окисление на неметала в киселината и в анхидрида е една и съща.

3. Основи

О

Основа

Основите са съединения на метал с една или повече хидроксидни групи

\mathrm{OH}

. Броят на групите е равен на заряда на металния йон:

\mathrm{NaOH}

,

\mathrm{Ca(OH)_2}

,

\mathrm{Fe(OH)_3}

. Името е прилагателното на метала + „хидроксид“: калциев хидроксид, железен(III) хидроксид.

Разтворимите във вода основи се наричат алкални основи (хидроксидите на и на калция, стронция и бария – $\mathrm{NaOH,\ KOH,\ Ca(OH)_2,\ Ba(OH)_2}$ ). Те са разяждащи – натриевата основа се нарича и сода каустик. Повечето други основи са неразтворими: синият $\mathrm{Cu(OH)_2}$ , кафявият $\mathrm{Fe(OH)_3}$ , белият $\mathrm{Mg(OH)_2}$ .

Т

Типични реакции на основите

1) с киселини – неутрализация: основа + киселина → сол + вода; 2) алкалните основи – с киселинни оксиди:

\mathrm{2NaOH} + \mathrm{CO_2} \to \mathrm{Na_2CO_3} + \mathrm{H_2O}

; 3) алкалните основи – със соли, ако се получава утайка:

\mathrm{2NaOH} + \mathrm{CuSO_4} \to \mathrm{Cu(OH)_2\downarrow} + \mathrm{Na_2SO_4}

; 4) неразтворимите основи се разлагат при нагряване:

\mathrm{Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO} + \mathrm{H_2O}

.

4. Киселини

О

Киселина

Киселините са съединения на водород с киселинен остатък; водородните атоми могат да се заместят с метал. Според броя на тези атоми киселините са едноосновни (

\mathrm{HCl}

,

\mathrm{HNO_3}

), двуосновни (

\mathrm{H_2SO_4}

,

\mathrm{H_2CO_3}

) и триосновни (

\mathrm{H_3PO_4}

). Според състава на остатъка са безкислородни (

\mathrm{HCl}

,

\mathrm{H_2S}

) и кислородни (

\mathrm{H_2SO_4}

,

\mathrm{HNO_3}

).

Киселина	Име	Остатък	Име на солта
$\mathrm{HCl}$	солна (хлороводородна)	$\mathrm{Cl}$	хлорид
$\mathrm{H_2S}$	сероводородна	$\mathrm{S}$	сулфид
$\mathrm{HNO_3}$	азотна	$\mathrm{NO_3}$	нитрат
$\mathrm{HNO_2}$	азотиста	$\mathrm{NO_2}$	нитрит
$\mathrm{H_2SO_4}$	сярна	$\mathrm{SO_4}$	сулфат
$\mathrm{H_2SO_3}$	сериста	$\mathrm{SO_3}$	сулфит
$\mathrm{H_2CO_3}$	въглена	$\mathrm{CO_3}$	карбонат
$\mathrm{H_2SiO_3}$	силициева	$\mathrm{SiO_3}$	силикат
$\mathrm{H_3PO_4}$	фосфорна	$\mathrm{PO_4}$	фосфат

Забележи правилото: кислородната киселина с по-висока степен на окисление на неметала дава соли с наставка -ат (сулфат, нитрат), с по-ниска – с -ит (сулфит, нитрит), а безкислородната – с -ид (хлорид, сулфид).

Т

Типични реакции на киселините

1) с основи и основни оксиди → сол + вода; 2) с метали, които стоят преди водорода в реда на активност → сол + водород:

\mathrm{Zn} + \mathrm{2HCl} \to \mathrm{ZnCl_2} + \mathrm{H_2\uparrow}

(азотната и концентрираната сярна киселина реагират по друг начин); 3) със соли на по-слаби или летливи киселини:

\mathrm{CaCO_3} + \mathrm{2HCl} \to \mathrm{CaCl_2} + \mathrm{H_2O} + \mathrm{CO_2\uparrow}

.

Защо едни метали изместват водорода, а други не, обяснява в урока Окисление-редукция и електрохимия.

5. Соли

О

Сол

Солите са съединения на метал (или амониев йон

\mathrm{NH_4^+}

) с киселинен остатък. Името е прилагателното на метала + името на остатъка:

\mathrm{Na_2SO_4}

– натриев сулфат,

\mathrm{FeCl_3}

– железен(III) хлорид,

\mathrm{(NH_4)_2CO_3}

– амониев карбонат. Индексите се подбират така, че сборът от зарядите да е нула.

нормални соли – всички водородни атоми на киселината са заместени: $\mathrm{Na_2CO_3,\ Ca_3(PO_4)_2}$ ;
кисели соли – заместена е само част от водорода; в името има „хидроген“: $\mathrm{NaHCO_3}$ – натриев хидрогенкарбонат, $\mathrm{Ca(H_2PO_4)_2}$ – калциев дихидрогенфосфат. Получават се само от многоосновни киселини;
основни соли – освен остатъка съдържат и OH групи: $\mathrm{Cu_2(OH)_2CO_3}$ – основен меден(II) карбонат (малахит);
двойни соли – с два различни : $\mathrm{KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O}$ – стипца;
много соли кристализират с вода – това са , например синият камък $\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O}$ .

Пример

Каква сол се получава, когато 1 mol фосфорна киселина реагира с 2 mol натриева основа?

На всяка молекула $\mathrm{H_3PO_4}$ се падат 2 молекули $\mathrm{NaOH}$ – заместват се 2 от 3-те водородни атома.
Остава анионът $\mathrm{HPO_4^{2-}}$ ; с два йона $\mathrm{Na^+}$ зарядите се изравняват.
$\mathrm{H_3PO_4} + \mathrm{2NaOH} \to \mathrm{Na_2HPO_4} + \mathrm{2H_2O}$ – натриев хидрогенфосфат, кисела сол.

Киселина

Основа

Колко водородни атома от всяка молекула киселина се заместват?

\mathrm{H_{3}PO_{4}} + 3\mathrm{NaOH} \to \mathrm{Na_{3}PO_{4}} + 3\mathrm{H_{2}O}

сол:Na₃PO₄ – натриев фосфатвид:нормална солзаряди:3 · (+1) + 1 · (−3) = 0

Всички 3 водородни атома са заместени – получава се нормална сол. Разтворът е силно основен – използва се за почистване и омекотяване на водата.

💡 При неутрализация водородните атоми на киселината се заместват с метал, а от H⁺ и OH⁻ се получава вода. Едноосновните киселини дават само нормални соли; дву- и триосновните – и кисели соли с „хидроген“ в името. Индексите във формулата подбираме така, че сборът от зарядите да е нула.

Т

Типични реакции на солите

1) с метали – по-активният метал измества по-малко активния от разтвора на солта:

\mathrm{Fe} + \mathrm{CuSO_4} \to \mathrm{FeSO_4} + \mathrm{Cu}

; 2) с киселини; 3) с алкални основи; 4) с други соли. Реакциите 2–4 в разтвор протичат докрай, само ако се получава утайка, газ или слабо дисоциирано вещество (например вода):

\mathrm{BaCl_2} + \mathrm{Na_2SO_4} \to \mathrm{BaSO_4\downarrow} + \mathrm{2NaCl}

.

Кои соли са разтворими и как се записват тези реакции с , ще видим в урока Йонни реакции и качествен анализ.

6. Амфотерност

Някои оксиди и хидроксиди не са нито чисто основни, нито чисто киселинни – реагират и с киселини, и с алкални основи. Най-известни са съединенията на цинка и алуминия. Белият пихтиест $\mathrm{Al(OH)_3}$ се разтваря и в солна киселина, и в натриева основа.

Т

Амфотерни хидроксиди

С киселина се държат като основа:

\mathrm{Zn(OH)_2} + \mathrm{2HCl} \to \mathrm{ZnCl_2} + \mathrm{2H_2O}

. С алкална основа – като киселина; във воден разтвор се образуват хидроксокомплекси:

\mathrm{Zn(OH)_2} + \mathrm{2NaOH} \to \mathrm{Na_2[Zn(OH)_4]}

,

\mathrm{Al(OH)_3} + \mathrm{NaOH} \to \mathrm{Na[Al(OH)_4]}

. При стопяване със сухи основи се получават цинкати и алуминати, например

\mathrm{Na_2ZnO_2}

.

Пример

Към разтвор на алуминиев хлорид капе натриева основа. Какво се наблюдава?

Първо пада бяла утайка: $\mathrm{AlCl_3} + \mathrm{3NaOH} \to \mathrm{Al(OH)_3\downarrow} + \mathrm{3NaCl}$
При излишък на основа утайката се разтваря: $\mathrm{Al(OH)_3} + \mathrm{NaOH} \to \mathrm{Na[Al(OH)_4]}$
Така алуминиевите соли се различават от магнезиевите – $\mathrm{Mg(OH)_2}$ не се разтваря в излишък на основа.

7. Генетична връзка между класовете

Класовете не са отделни „кутии“ – от едно вещество можем да стигнем до друго. Веригата започва от и води до сол:

метал → основен оксид → основа → сол:

\mathrm{Ca} \to \mathrm{CaO} \to \mathrm{Ca(OH)_2} \to \mathrm{CaCO_3}

неметал → киселинен оксид → киселина → сол:

\mathrm{P} \to \mathrm{P_2O_5} \to \mathrm{H_3PO_4} \to \mathrm{Na_3PO_4}

Пример

Напишете уравненията за веригата $\mathrm{S} \to \mathrm{SO_2} \to \mathrm{SO_3} \to \mathrm{H_2SO_4} \to \mathrm{BaSO_4}$ .

$\mathrm{S} + \mathrm{O_2} \to \mathrm{SO_2}$
$\mathrm{2SO_2} + \mathrm{O_2} \rightleftharpoons \mathrm{2SO_3}$ (с катализатор, при нагряване)
$\mathrm{SO_3} + \mathrm{H_2O} \to \mathrm{H_2SO_4}$
$\mathrm{H_2SO_4} + \mathrm{BaCl_2} \to \mathrm{BaSO_4\downarrow} + \mathrm{2HCl}$

Двете вериги се срещат в солта: тя съдържа метала от първата и киселинния остатък от втората. Затова сол се получава по много начини – метал + неметал, основен + киселинен оксид, основа + киселина, метал + киселина и т.н. Провери в таблицата кое с кое реагира:

CO₂ (киселинен оксид) + NaOH (алкална основа)

\mathrm{CO_2} + \mathrm{2NaOH} \to \mathrm{Na_2CO_3} + \mathrm{H_2O}

✓ Реагират. Киселинен оксид + основа → сол + вода. При излишък на CO₂ се получава кисела сол NaHCO₃.

💡 Първо предположи, после щракни клетката: ✓ – реагират, ≈ – реагират само във воден разтвор (с участието на водата), ✗ – не реагират. Правилото на палеца: реагират вещества с противоположен характер (основен с киселинен), а реакциите между соли и основи или между две соли протичат, ако се получава утайка, газ или вода.

8. Тренажор

и брой атоми по името на веществото, молове основа за , маса на солта и на продукта от оксид и вода. Десетичните отговори въвеждай като 5,85.

✅ Решени: 0🔥 Серия: 0🏆 Рекорд: 0

m(\mathrm{CaO}) = 5{,}6\ \mathrm{g}

$\mathrm{CaO} + \mathrm{H_2O} \to \mathrm{Ca(OH)_2}$ . Колко грама основа се получават?

9. Класовете около нас

Сода, вар, антиациди, торове, мрамор и син камък – всичко това са оксиди, основи, киселини и соли.

0 / 6

🍞 Сода за хляба

При печене содата бикарбонат се разлага: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂. Колко литра CO₂ (при нормални условия) отделят 8,4 g сода и колко грама натриев карбонат остават в тестото?

🧱 Гасене на вар

Строителите гасят негасена вар CaO с вода: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Колко килограма гасена вар се получават от 1 kg CaO и колко килограма вода се свързват химично?

💊 Таблетка срещу киселини

Таблетка антиацид съдържа 0,29 g магнезиев хидроксид Mg(OH)₂. Колко грама HCl може да неутрализира тя? Ако приемем, че стомашният сок съдържа HCl с концентрация 0,1 mol/L, на колко милилитра сок отговаря това?

🌱 Колко фосфор има в тора

Съдържанието на фосфор в торовете по традиция се дава като масова част на P₂O₅. Каква е тя за чист калциев дихидрогенфосфат Ca(H₂PO₄)₂ – главната съставка на суперфосфата?

🏛️ Киселинен дъжд и мрамор

Сярната киселина в киселинния дъжд разяжда мраморните статуи: CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O + CO₂. Колко грама мрамор се разтварят от 9,8 g H₂SO₄ и колко грама гипс (безводен CaSO₄) се образуват?

🍇 Син камък за лозето

За пръскане на лозе трябва 1 kg разтвор с 2% CuSO₄. Колко грама син камък CuSO₄·5H₂O трябва да се разтворят? Каква е масовата част на кристализационната вода в синия камък?

Зелено – решена сам(а), жълто – с решението. Десетичните числа може да пишеш със запетая.

10. ⚠️ Чести грешки

Всеки водород е киселинен

✗ $\displaystyle \mathrm{CH_4}$ е киселина, защото има водород.

✓ Киселина е вещество, в което водородът може да се замести с метал; в $\displaystyle \mathrm{CH_4}$ не може.

Основност на киселината

✗ $\displaystyle \mathrm{H_3PO_4}$ е едноосновна, защото е една молекула.

✓ Основността е броят на заместимите водородни атоми – $\displaystyle \mathrm{H_3PO_4}$ е триосновна.

Индексите на солта

✗ Железен(III) сулфат е $\displaystyle \mathrm{FeSO_4}$ .

✓ $\displaystyle \mathrm{Fe^{3+}}$ и $\displaystyle \mathrm{SO_4^{2-}}$ : $\displaystyle 2 \cdot 3 = 3 \cdot 2$ , значи $\displaystyle \mathrm{Fe_2(SO_4)_3}$ .

Скобите

✗ $\displaystyle \mathrm{CaOH_2}$

✓ $\displaystyle \mathrm{Ca(OH)_2}$ – двете OH групи се записват в скоби.

Всеки оксид с вода

✗ $\displaystyle \mathrm{CuO} + \mathrm{H_2O} \to \mathrm{Cu(OH)_2}$

✓ С вода реагират само оксидите на алкалните и алкалоземните метали; $\displaystyle \mathrm{Cu(OH)_2}$ се получава от сол и алкална основа.

Сол + сол винаги реагират

✗ $\displaystyle \mathrm{NaCl} + \mathrm{KNO_3} \to \mathrm{NaNO_3} + \mathrm{KCl}$

✓ В разтвор всички йони остават свободни – няма утайка, газ или вода, значи няма реакция.

11. 🎯 Бърз тест

1 / 9

✓ 0

Кой от тези оксиди е киселинен?

Избери отговор (или натисни 1–4)

12. 📝 Задачи за упражнение

0 / 0

Ниво А· Областен кръг

Ниво В· Национален кръг

Ниво С· Международна олимпиада

13. Обобщение

✓ Четири класа: оксиди (елемент + O), основи (метал + OH), киселини (H + киселинен остатък), соли (метал + киселинен остатък)
✓ Оксидите са основни, киселинни (анхидриди), амфотерни и несолеобразуващи
✓ Основите са алкални (разтворими) и неразтворими; неразтворимите се разлагат при нагряване до оксид и вода
✓ Киселините са безкислородни и кислородни, едно-, дву- и триосновни; солите им са -иди, -ати и -ити
✓ Соли: нормални, кисели („хидроген“ в името), основни (с OH групи), двойни; много от тях са кристалохидрати
✓ Амфотерните $\mathrm{Zn(OH)_2}$ и $\mathrm{Al(OH)_3}$ реагират и с киселини, и с основи
✓ Реагират вещества с противоположен характер; в обменните реакции вървят докрай при , газ или вода
✓ Генетична връзка: метал → основен оксид → основа → сол ← киселина ← киселинен оксид ← неметал

💡 Интересен факт

Емайлът на зъбите е почти изцяло от сол – хидроксиапатит $\mathrm{Ca_5(PO_4)_3OH}$ , основен калциев фосфат. Киселините от в устата реагират с хидроксидните групи и бавно го разтварят. Флуоридът в пастата за зъби може да замести част от OH групите и се смята, че така получената сол е по-устойчива на киселини – затова пастите с флуор намаляват кариеса.