§ 3.5. Взаимосвязь между классами неорганических соединений
Site: | Профильное обучение |
Course: | Химия. 11 класс |
Book: | § 3.5. Взаимосвязь между классами неорганических соединений |
Printed by: | Guest user |
Date: | Saturday, 9 November 2024, 1:42 PM |
Многообразие неорганических соединений наиболее логично отражают так называемые генетические ряды, которые содержат соединения одного элемента, принадлежащие различным классам. Как правило, такой ряд представлен элементом, его оксидом, гидроксидом и соответствующей солью. Например, генетический ряд типичного металла и генетический ряд неметалла выглядят так:
Металл | → | основный оксид | → | гидроксид (основание) | → | соль |
Са | → | СаО | → | Са(ОН)2 | → | Са(NO3)2 |
Неметалл | → | кислотный оксид | → | гидроксид (кислота) | → | соль |
S | → | SO2 | → | Н2SO3 | → | Na2SO3 |
Стрелка (→) в данных схемах означает «соответствует». Так, типичному металлу соответствуют основный оксид, гидроксид, соль, в частности Са — оксид СаО, гидроксид Са(ОН)2, соль Са(NO3)2.
Свойства соединений металлов и неметаллов по своей сути противоположны, поэтому вещества разных генетических рядов могут взаимодействовать друг с другом, образуя преимущественно соли. Некоторые варианты таких попарных взаимодействий могут быть отражены схемами на основе генетических рядов, из которых видно, что продуктами взаимодействия веществ разных генетических рядов являются, в основном, соли (рис. 6.5, 6.6).
При взаимодействии металлов и неметаллов образуются как соли (галогениды, сульфиды — NaCl, Al2S3), так и бинарные соединения, не относящиеся к классу солей (нитриды, фосфиды, карбиды, гидриды, оксиды — Li3N, Ca3P2, Al4C3, NaH, CaO).
Генетические ряды в органической химии образуют соединения, содержащие одинаковое число атомов углерода:
С3Н8 → С3Н7Сl → С3Н7ОН → C2H5СНО → C2H5СОOH → CH3CH(Cl)СОOH → CH3CH(NH2)СОOH → NH—CH(CH3)CO
Знание особенностей каждого вида взаимодействий необходимо при выполнении различных заданий и решении экспериментальных задач. В практической деятельности химики получают новые вещества из имеющихся в их распоряжении: например, серную кислоту — из серного колчедана, аммиак — из азота, азотную кислоту — из аммиака, цинк — из цинковой обманки и т. д. При этом, как правило, необходимо провести серию реакций, чтобы получить нужный продукт. Например, один из вариантов получения цинка из природного минерала ZnS можно представить схемой превращений:
ZnS → ZnO → Zn,
для осуществления которых необходимы реакции:
1) окисления сульфида цинка кислородом (обжиг):
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2;
2) восстановления металла из оксида:
ZnO + С = СО + Zn.
На выбор пути превращений и разработку технологических процессов влияют знание свойств веществ, учёт доступности реагентов, безопасности процессов и многие другие факторы.
В качестве примера рассмотрим превращение веществ одного генетического ряда — основного оксида в гидроксид.
Пример 1. Составьте уравнение реакции, позволяющей получить щёлочь из основного оксида: СаО → Са(ОН)2.
Решение
Так как кальций — активный металл, то его оксид реагирует с водой, образуя щёлочь:
CaO + H2O = Ca(OH)2 (взаимодействие активного металла с водой).
Пример 2. Составьте уравнения реакций, позволяющих получить нерастворимое основание из основного оксида: FeO → Fe(OH)2.
Решение
Так как Fe(OH)2 — нерастворимое основание, то его можно получить лишь из раствора соли. Значит, исходный оксид FeO необходимо первоначально перевести в растворимую соль:
FeO + Н2SO4 = FeSO4 + H2O (растворение оксида в кислоте, получение растворимой соли).
Затем к раствору соли необходимо добавить раствор щёлочи:
FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + NaSO4 (получение нерастворимого основания взаимодействием растворов соли и щёлочи).
Таким образом, выбор реагентов зависит от того, чем является продукт превращения — гидроксид металла: щёлочью или нерастворимым основанием. Для получения щёлочи из оксида достаточно иметь воду, а нерастворимое основание можно получить только из раствора соли. Поэтому оксид необходимо предварительно превратить в растворимую соль, а затем добавить раствор щёлочи.
Вопросы, задания, задачи
1. Выпишите химические формулы веществ, образующих генетический ряд магния: МnO, Mn(OH)2, Mg(OH)2, MgO, K2SO4, MgSO4, Mg, Mn, MnSO4.
2. Заполните таблицу, используя формулы веществ: Fe(ОН)2, СаО, Н2SO4, SО3, СО2, NaOH, Na2SO4, НСl, Н2SO3, K3PO4, Ba(ОН)2, КСl.
Оксиды | Кислоты | Основания | Соли |
3. Составьте генетические ряды металлов:
- а) … → … → … → хлорид магния;
- б) … → … → … → сульфат цинка;
- в) … → оксид натрия → … → …;
- г) … → … → гидроксид калия → ….
4. Составьте уравнения реакций согласно рисунку 6 на примере серной кислоты.
5. Составьте уравнения реакций для двух превращений:
- а) ВаО → Ba(ОH)2 и Al2O3 → Al(ОH)3;
- б) Li2О → LiОH и Fe2O3 → Fe(ОH)3.
Почему вам потребовалось составить разное число уравнений реакций в предложенных превращениях?
6. Составьте генетический ряд натрия и генетический ряд углерода. В чём их принципиальное отличие? Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить последовательное получение веществ в каждом ряду.
7. Рассчитайте массу цинка, полученного в результате превращений: ZnS → ZnO → Zn, если масса исходного сульфида цинка равна 29,1 г, а потери составили 5 %.
8. Cоставьте уравнения реакций согласно схеме:
- a) Вa ВаО Вa(OH)2 ВаСl2 ВaCO3 …;
- б) С СО2 Н2СO3 Na2СO3 CaCO3 ….
9. Определите простое вещество Х в генетическом ряду и составьте уравнения соответствующих реакций:
Х Х2О5 Н3ХO4 K3ХO4,
если массовая доля кислорода в соединении K3ХO4 равна 30,19 %.
10. Определите простое вещество Х в генетическом ряду и составьте уравнения соответствующих реакций:
ХХО2Н2ХO3NaНХO3,
если массовая доля элемента Х в соединении NaНХO3 равна 30,77 %.
Самоконтроль
1. Не является соединением генетического ряда магния:
- а) МnO;
- б) Мg(OH)2;
- в) MgSO4;
- г) MgO.
2. Действием воды можно осуществить превращения:
- а) СаO → Сa(OH)2;
- б) Р2О5 → Н3РO4;
- в) SiO2 → H2SiO3;
- г) ZnO → Zn(OH)2.
3. Продуктами взаимодействия металла и неметалла являются соединения:
- а) K2S;
- б) AlCl3;
- в) SO3;
- г) MgBr2.
4. Продукт превращения SO3 образует соли, реагируя с веществами:
- а) МgO;
- б) Fe(OH)2;
- в) S;
- г) Na2SiO3.
5. Массовая доля кислорода в сульфате, полученном в превращении Х → ВаО → Ba(ОH)2 → ХSO4, равна:
- а) 6,9 %;
- б) 13,7 %;
- в) 27,5 %;
- г) 72,5 %.