Print bookPrint book

§ 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: Thursday, 30 May 2024, 7:22 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).

img
Рис. 6.5. Продукты взаимодействия веществ разных генетических рядов
img
Рис. 6.6. Взаимодействие веществ генетического ряда металла с кислотой — представителем генетического ряда неметалла
img

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).

img

Генетические ряды в органической химии образуют соединения, содержащие одинаковое число атомов углерода:

С3Н8 → С3Н7Сl → С3Н7ОН → C2H5СНО → C2H5СОOH → CH3CH(Cl)СОOH → CH3CH(NH2)СОOH → long dash left parenthesisNH—CH(CH3)COlong dash right parenthesis subscript n italic.

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 not stretchy rightwards arrow with 1 on top ВаО not stretchy rightwards arrow with 2 on top Вa(OH)2 not stretchy rightwards arrow with 3 on top ВаСl2 not stretchy rightwards arrow with 4 on top ВaCO3 not stretchy rightwards arrow with 5
HNO subscript 3 on top …;
  • б) С not stretchy rightwards arrow with 1 on top СО2 not stretchy rightwards arrow with 2 on top Н2СO3 not stretchy rightwards arrow with 3 on top Na2СO3 not stretchy rightwards arrow with 4 on top CaCO3 not stretchy rightwards arrow with 5
HNO subscript 3 on top ….

9. Определите простое вещество Х в генетическом ряду и составьте уравнения соответствующих реакций:

Х not stretchy rightwards arrow with 1 on top Х2О5 not stretchy rightwards arrow with 2 on top Н3ХO4 not stretchy rightwards arrow with 3 on top K3ХO4,

если массовая доля кислорода в соединении K3ХO4 равна 30,19 %.

10. Определите простое вещество Х в генетическом ряду и составьте уравнения соответствующих реакций:

Хnot stretchy rightwards arrow with 1 on topХО2not stretchy rightwards arrow with 2 on topН2ХO3not stretchy rightwards arrow with 3 on topNaНХO3,

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 rightwards arrow with straight H subscript 2 straight O on top 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 %.