Вищі оксиди, гідроксиди й леткі сполуки з Гідрогеном за номером групи
~15 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + хімія.
За номером групи в короткій періодичній системі визначай формули вищих оксидів, гідроксидів і летких сполук з Гідрогеном. Порівнюй кислотно-основний характер сполук у третьому періоді та знаходь невідомий елемент за масовою часткою Оксигену.
Вищий оксид — це оксид, у якому елемент виявляє найвищий додатний ступінь окиснення. Для більшості елементів головних підгруп (короткої форми періодичної системи) цей ступінь окиснення дорівнює номеру групи. Звідси випливають загальні формули вищих оксидів:
Номер групи (I–VII) | I | II | III |
|---|---|---|---|
Загальна формула | R₂O | RO | R₂O₃ |
Номер групи (IV–VII) | IV | V | VI |
Загальна формула | RO₂ | R₂O₅ | RO₃ |
Номер групи (VII) | VII | ||
Загальна формула | R₂O₇ |
Конкретні приклади:
I група: Na₂O (натрій оксид)
II група: MgO (магній оксид)
III група: Al₂O₃ (алюміній оксид)
IV група: SiO₂ (силіцій(IV) оксид)
V група: P₂O₅ (фосфор(V) оксид) — найпростіша формула; молекулярна формула — P₄O₁₀
VI група: SO₃ (сульфур(VI) оксид)
VII група: Cl₂O₇ (хлор(VII) оксид)
Важливо розуміти: вищий оксид — не будь-який оксид елемента. Наприклад, Сульфур утворює SO₂ (сульфур(IV) оксид) і SO₃ (сульфур(VI) оксид). Вищим є SO₃, оскільки в ньому ступінь окиснення S дорівнює +6 — номеру VI групи. SO₂ — не вищий оксид.
Винятки з правила
Правило «номер групи = найвищий ступінь окиснення» має важливі винятки:
Оксиген (O) — не утворює вищого оксиду за номером групи (VI). Його сполука з Флуором OF₂ — оксиген дифлуорид, а не оксид.
Флуор (F) — найелектронегативніший елемент, у сполуках виявляє ступінь окиснення −1, тому не має вищого оксиду. Не приписуй F формулу F₂O₇!
Інертні (благородні) елементи: He, Ne, Ar сполук не утворюють, тому правило до них не застосовують. Kr, Xe, Rn утворюють небагато сполук, переважно з Флуором і Оксигеном (XeF₂, XeO₃, XeO₄); у XeO₄ ступінь окиснення Xe +8 дорівнює номеру VIII групи. Для VIII групи в рядку «Вищі оксиди» довідкової таблиці наведено загальну формулу RO₄ (там — EO₄).
У короткій періодичній системі є окремий рядок «Вищі оксиди», де наведено загальні формули для кожної групи. Користуйся ним під час НМТ.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Неметалічні елементи IV–VII головних підгруп утворюють з Гідрогеном типові леткі сполуки. Валентність неметалу в цих сполуках дорівнює 8 мінус номер групи (правило октету). Звідси випливають загальні формули:
Група | IV | V | VI |
|---|---|---|---|
VII | |||
Загальна формула | RH₄ | RH₃ | H₂R |
HR | |||
Валентність неметалу | IV | III | II |
I |
Конкретні приклади:
IV група: CH₄ (метан), SiH₄ (силан)
V група: NH₃ (амоніак), PH₃ (фосфін)
VI група: H₂O (вода), H₂S (гідроген сульфід)
VII група: HF (гідроген флуорид), HCl (гідроген хлорид)
Що означає «летка»?
Термін «летка сполука» не означає, що кожна така речовина є газом за кімнатної температури. Наприклад, вода (H₂O) за звичайних умов — рідина, але вона має високу леткість (випаровується). Усі перелічені сполуки мають порівняно низькі температури кипіння порівняно з типовими солями чи оксидами.
Не плутай з гідридами металів
Леткі сполуки з Гідрогеном утворюють лише неметали. Гідриди металів (NaH, CaH₂) мають зовсім іншу будову, хімічний зв'язок і властивості. Їхні формули не підпорядковуються правилу «8 мінус номер групи».
У короткій періодичній системі є рядок «Леткі сполуки з Гідрогеном», де наведено загальні формули для груп IV–VII. Детальні властивості HCl, H₂S, NH₃ та інших сполук вивчають у курсі хімії елементів.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
У межах одного малого періоду (наприклад, третього) характер вищих оксидів закономірно змінюється від основного через амфотерний до кислотного. Це пов'язано зі зростанням електронегативності елемента та зменшенням металічних властивостей.
Третій період: вищі оксиди
Елемент | Na | Mg | Al |
|---|---|---|---|
Вищий оксид | Na₂O | MgO | Al₂O₃ |
Характер | основний | основний | амфотерний |
Елемент | Si | P | S |
Вищий оксид | SiO₂ | P₂O₅ | SO₃ |
Характер | кислотний | кислотний | кислотний |
Елемент | Cl | ||
Вищий оксид | Cl₂O₇ | ||
Характер | кислотний |
Як бачиш, у третьому періоді перехід відбувається поступово: Na₂O і MgO — основні оксиди, Al₂O₃ — амфотерний, а SiO₂, P₂O₅, SO₃ та Cl₂O₇ — кислотні. Не узагальнюй цю закономірність на всі сполуки будь-якого елемента: наприклад, Cr утворює оксиди різного характеру залежно від ступеня окиснення.
Відповідні гідроксиди
Кожному вищому оксиду відповідає гідроксид (у широкому хімічному розумінні — сполука, що містить групу OH або здатна її утворювати з водою):
Оксид | Відповідний гідроксид | Характер гідроксиду | |
|---|---|---|---|
Na₂O | NaOH | основа (луг) | |
MgO | Mg(OH)₂ | основа | |
Al₂O₃ | Al(OH)₃ | амфотерний гідроксид | |
SiO₂ | H₂SiO₃ (метасилікатна кислота) | кислота | |
P₂O₅ | H₃PO₄ (ортофосфатна кислота) | кислота | |
SO₃ | H₂SO₄ (сульфатна кислота) | кислота | |
Cl₂O₇ | HClO₄ (перхлоратна кислота) | кислота |
Відповідність оксиду й кислоти не означає, що оксид обов'язково реагує з водою з утворенням цієї кислоти. Наприклад, SiO₂ не реагує з водою, хоча йому відповідає H₂SiO₃. Повні реакції класів неорганічних сполук — окрема тема програми НМТ.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Знаючи загальну формулу вищого оксиду або леткої сполуки з Гідрогеном, можна визначити невідомий елемент за масовою часткою іншого елемента (найчастіше Оксигену).
Алгоритм розв'язання
Визнач тип формули за номером групи (наприклад, RO₃ — VI група).
Запиши масу всіх атомів Оксигену у формулі: для RO₃ це 3·16 = 48.
Запиши формульну масу: M = Ar(R) + 48.
Склади рівняння для масової частки Оксигену: w(O) = 48 / (Ar(R) + 48).
Розв'яжи рівняння, знайди Ar(R).
Звір знайдену атомну масу з періодичною системою та переконайся, що елемент належить до тієї групи, яку передбачає формула.
Приклад розрахунку
Нехай вищий оксид має формулу RO₃, а масова частка Оксигену в ньому становить 60 % (0,6).
Складаємо рівняння:
w(O) = 48 / (Ar(R) + 48) = 0,6
48 = 0,6 · (Ar(R) + 48)
48 = 0,6·Ar(R) + 28,8
0,6·Ar(R) = 19,2
Ar(R) = 19,2 / 0,6 = 32
Ar = 32 відповідає Сульфуру (S). Сульфур належить до VI групи, що узгоджується з формулою RO₃. Отже, невідомий елемент — Сульфур, а оксид — SO₃.
Важливі застереження
Завжди звіряй знайдену атомну масу з номером групи. Наприклад, Ar = 12 (Карбон) і Ar = 28 (Силіцій) обидва належать до IV групи, тому формула RO₂ підходить обом, але треба враховувати додаткові дані.
Для леткої сполуки RH₃ роби висновок про V головну групу, але без додаткових даних не обирай автоматично N замість P — обидва мають однакову валентність.
Задачі на складні суміші й виведення формул за продуктами згоряння належать до окремої теми розрахункових задач.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Приклад 1. Логічні пари: вищі оксиди Si, P, Cl
Завдання: Установи відповідність між елементом (1–3) і найпростішою формулою його вищого оксиду (А–Д).
1 Si · 2 P · 3 Cl
А RO · Б RO₂ · В R₂O₅ · Г RO₃ · Д R₂O₇
Розв'язання:
Si — IV група, вищий оксид RO₂. Отже, 1 → Б.
P — V група, вищий оксид R₂O₅. Отже, 2 → В.
Cl — VII група, вищий оксид R₂O₇. Отже, 3 → Д.
Відповідь: 1Б, 2В, 3Д.
Чому інші варіанти неправильні: А (RO) — формула для II групи, не підходить жодному з елементів. Г (RO₃) — формула для VI групи, а серед елементів немає Сульфуру чи Селену.
Приклад 2. Визначення групи за леткою сполукою H₂R
Завдання: Елемент R утворює летку сполуку з Гідрогеном складу H₂R. До якої головної підгрупи (короткої форми) належить цей елемент?
Розв'язання: Формула H₂R показує, що валентність неметалу дорівнює II. За правилом «8 мінус номер групи»: номер групи = 8 − 2 = 6. Отже, елемент належить до VI групи.
Відповідь: VI група.
Чому не II група? Формула H₂R могла б нагадувати гідрид металу II групи (наприклад, CaH₂), але йдеться про летку сполуку, яку утворюють лише неметали. Для металів термін «летка сполука з Гідрогеном» не застосовують. Чому не IV або VII? Для IV групи формула RH₄, для VII — HR.
Приклад 3. Елемент за масовою часткою Оксигену в RO₂
Завдання: Вищий оксид невідомого елемента має формулу RO₂. Масова частка Оксигену в ньому становить 8/15. Визнач елемент.
Розв'язання:
Формула RO₂ відповідає IV групі. Маса Оксигену: 2·16 = 32. Формульна маса: Ar(R) + 32.
Складаємо рівняння: 32 / (Ar(R) + 32) = 8/15
32·15 = 8·(Ar(R) + 32)
480 = 8·Ar(R) + 256
8·Ar(R) = 224
Ar(R) = 28
Ar = 28 відповідає Силіцію (Si). Силіцій належить до IV групи, що узгоджується з формулою RO₂.
Відповідь: Si (Силіцій).
Чому не C (Ar=12)? Карбон теж IV група, але його атомна маса 12, а не 28. Чому не S? Сульфур має Ar=32, але його вищий оксид — SO₃ (RO₃), а не RO₂. Чому не Mg? Магній — метал II групи, його вищий оксид MgO (RO), а не RO₂.
Приклад 4. Ряд «основний, амфотерний, кислотний оксид»
Завдання: У якому рядку формули оксидів розташовані в порядку «основний — амфотерний — кислотний»?
А) Al₂O₃, MgO, SO₃
Б) MgO, Al₂O₃, SO₃
В) SO₃, Al₂O₃, Na₂O
Г) MgO, SO₃, Al₂O₃
Розв'язання: Згадуємо третій період: Na₂O (основний) → MgO (основний) → Al₂O₃ (амфотерний) → SiO₂ (кислотний) → P₂O₅ (кислотний) → SO₃ (кислотний) → Cl₂O₇ (кислотний).
Потрібен рядок, де перший оксид основний, другий амфотерний, третій кислотний. Цю умову виконує лише варіант Б: MgO, Al₂O₃, SO₃.
Відповідь: Б (MgO, Al₂O₃, SO₃).
Чому не інші варіанти? У варіанті А першим стоїть амфотерний Al₂O₃, у варіанті В порядок обернений (кислотний — амфотерний — основний), а у варіанті Г кислотний SO₃ стоїть перед амфотерним Al₂O₃. Ряд Na₂O, Al₂O₃, SO₃ теж відповідає умові, але серед наведених варіантів його немає.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Використовувати номер групи за нумерацією 1–18 (наприклад, 16 для Сульфуру) як валентність. У довідкових матеріалах НМТ є коротка й довга форми періодичної системи, але рядки «Вищі оксиди» та «Леткі сполуки з Гідрогеном» є лише в короткій. Номер групи за нумерацією 1–18 (для Сульфуру — 16) не дорівнює вищому ступеню окиснення (+6): орієнтуйся на римський номер групи (VI).
Приписувати Флуору вищий оксид F₂O₇. Флуор — найелектронегативніший елемент, у сполуках він завжди має ступінь окиснення −1. Він не утворює вищих оксидів. OF₂ — оксиген дифлуорид, а не оксид Флуору.
Називати SO₂ вищим оксидом Сульфуру. У SO₂ ступінь окиснення S дорівнює +4, а номер групи — VI. Вищий оксид Сульфуру — SO₃ (S⁺⁶). Завжди перевіряй, чи відповідає ступінь окиснення номеру групи.
Вважати, що відповідність кислоти оксиду доводить пряму реакцію з водою. Наприклад, SiO₂ не реагує з водою, хоча йому відповідає H₂SiO₃. Відповідність — це лише формальне співвідношення ступенів окиснення, а не механізм утворення.
Визначати елемент лише за атомною масою без перевірки групи. Наприклад, Ar = 28 може відповідати Si (IV група), але якщо формула оксиду RO, то це мав би бути елемент II групи, а Si туди не належить. Завжди звіряй і Ar, і номер групи.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тема 1.4 програми НМТ з хімії вимагає вміння прогнозувати формули вищих оксидів, гідроксидів і летких сполук з Гідрогеном за положенням елемента в періодичній системі, а також визначати кислотно-основний характер цих сполук.
Під час НМТ ти можеш користуватися довідковими матеріалами в електронній формі: там є коротка й довга форми періодичної системи. У короткій формі є рядки «Вищі оксиди» (для груп I–VIII) і «Леткі сполуки з Гідрогеном» (для груп IV–VII) із загальними формулами. Не ігноруй цю підказку.
Стратегія виконання
Орієнтуйся на римський номер групи (I–VIII), а не на нумерацію 1–18: саме з ним пов'язані формули вищих оксидів і летких сполук з Гідрогеном.
Пам'ятай про винятки: Оксиген, Флуор та інертні елементи не підпорядковуються правилу «номер групи = найвищий ступінь окиснення».
У задачах на масову частку обов'язково звіряй знайдену атомну масу з номером групи, який випливає з формули оксиду або леткої сполуки.
Для визначення характеру оксиду/гідроксиду згадай третій період як еталонний приклад переходу від основного через амфотерний до кислотного.
Формати завдань
Завдання з вибором однієї правильної відповіді з чотирьох (А–Г) — це завдання 1–18 тесту. Кожне оцінюють у 0 або 1 бал.
Завдання на логічні пари — це завдання 19–20 тесту. У них потрібно встановити відповідність між трьома елементами лівої колонки (1–3) і п'ятьма варіантами правої (А–Д), серед яких два зайві. Кожна правильно встановлена пара дає 1 бал, максимум — 3 бали за завдання.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чому у S вищий оксид SO₃, а не SO₂?
Сульфур належить до VI групи короткої форми періодичної системи. Найвищий додатний ступінь окиснення, який він може виявити, дорівнює +6 (номер групи). У SO₃ ступінь окиснення S дорівнює +6, а в SO₂ — лише +4. Тому вищим оксидом є SO₃, а SO₂ — проміжний оксид.
Чи означає «летка сполука» газ за будь-яких умов?
Ні. Термін «летка» вказує на здатність речовини легко випаровуватися (мати високу леткість), а не на її агрегатний стан за кімнатної температури. Наприклад, вода (H₂O) за звичайних умов — рідина, але вона летка (випаровується). Метан (CH₄) і гідроген хлорид (HCl) — гази. Усі ці сполуки мають низькі температури кипіння порівняно з типовими солями чи оксидами.
Чому Al₂O₃ стоїть між основними й кислотними оксидами?
Алюміній оксид (Al₂O₃) є амфотерним — він виявляє як основні, так і кислотні властивості залежно від умов. У третьому періоді він розташований між типовими основними оксидами (Na₂O, MgO) і типовими кислотними (SiO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇). Це пояснюється проміжним положенням Алюмінію в ряду металічних — неметалічних властивостей: його електронегативність більша, ніж у Mg, але менша, ніж у Si.
Чи кожна відповідна оксиду кислота утворюється додаванням води?
Ні. Відповідність оксиду й кислоти — це формальне співвідношення, за яким ступінь окиснення елемента в оксиді такий самий, як у кислоті. Однак не кожен оксид реагує з водою безпосередньо. Наприклад, SiO₂ не взаємодіє з водою, хоча йому формально відповідає H₂SiO₃. Силікатну кислоту одержують непрямим шляхом — дією кислот на силікати. Натомість SO₃ реагує з водою, утворюючи H₂SO₄.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Формулу вищого оксиду пов'язують із короткою головною групою: I → R₂O, II → RO, III → R₂O₃, IV → RO₂, V → R₂O₅, VI → RO₃, VII → R₂O₇. Винятки: Оксиген, Флуор та інертні елементи.
Для IV–VII груп типові леткі сполуки з Гідрогеном: RH₄, RH₃, H₂R, HR. Валентність неметалу дорівнює 8 мінус номер групи.
У малому періоді (наприклад, третьому) основний характер оксидів через амфотерний переходить у кислотний: Na₂O, MgO (основні) → Al₂O₃ (амфотерний) → SiO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇ (кислотні).
Атомну масу елемента, знайдену з масової частки Оксигену, обов'язково звіряй і з формулою оксиду, і з номером групи.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. Який з наведених елементів НЕ підпорядковується правилу, що найвищий додатний ступінь окиснення дорівнює номеру групи короткої форми?
2. Вищий оксид невідомого елемента має формулу R₂O₇. Масова частка Оксигену в ньому дорівнює 0,612 (61,2 %). Визначте елемент R. (Ar(O) = 16)
3. Елемент розташований у II групі (головній підгрупі) короткої форми періодичної системи. Яка найпростіша формула його вищого оксиду?
4. Який оксид у третьому періоді виявляє амфотерний характер?
5. Елемент утворює летку сполуку з Гідрогеном складу RH₄. Масова частка Гідрогену в ній дорівнює 0,125 (12,5 %). Визначте елемент. (Ar(H) = 1)
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 10 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест