Підручник з Хімії (рівень стандарту). 11 клас. Григорович - Нова програма

§ 38. Узагальнення знань про властивості неорганічних сполук основних класів. Генетичні зв'язки

Пригадайте:

• класифікацію солей та одержання кислих солей (за § 13);

• оксиди — це бінарні сполуки з Оксигеном, у яких Оксиген виявляє ступінь окиснення -2.

Оксиди

Фізичні властивості оксидів зумовлені типом кристалічних ґраток у речовинах, а отже, і типом хімічного зв'язку.

Оксиди

Визначення

Хімічний зв'язок та кристалічні ґратки

Агрегатний стан за звичайних умов

Основні

Оксиди, гідрати яких є основами

Здебільшого йонний зв'язок і йонні кристалічні ґратки

Тверді речовини

Кислотні

Оксиди, гідрати яких є кислотами. Їх також називають ангідридами кислот

Ковалентний полярний зв'язок; молекулярні кристалічні ґратки

Газуваті (CO2, SO2), рідкі (SO3, Mn2O7) або тверді (P2O5, CrO3, N2O5) речовини

Амфотерні

Оксиди, що взаємодіють як із кислотними, так і з основними речовинами

Здебільшого йонний зв'язок; йонні або атомні кристалічні ґратки

Тверді тугоплавкі речовини

Несолетворні

Оксиди, яким не відповідають ані кислотні, ані основні речовини

Ковалентний полярний зв'язок; молекулярні або атомні кристалічні ґратки

Газуваті (N2O, NO, CO) або тверді (SiO) речовини

Залежно від того, до якої групи належить оксид, він виявляє різні хімічні властивості.

1. Основні оксиди

Хімічні властивості

Рівняння реакції

Взаємодіють із кислотними оксидами з утворенням солі.

Не взаємодіють з основними оксидами

CaO + CO2= CaCO3

Взаємодіють із кислотами з утворенням солі та води.

Не взаємодіють з основами

CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O

З водою взаємодіють лише ті оксиди, що утворюють луги (оксиди лужних і лужноземельних елементів).

Інші оксиди з водою не взаємодіють

CaO + H2O = Ca(OH)2

FeO + H2O ≠

Взаємодіють із відновниками: активнішими металами або вуглецем чи воднем.

Не взаємодіють із солями

3MnO + 2Al = Al2O3 + 3Mn

FeO + C = Fe + CO

CuO + H2= Cu + H2O

2. Кислотні оксиди

3. Амфотерні оксиди

4. Несолетворні оксиди не взаємодіють ані з водою, ані з кислотними та основними оксидами. Для них більш характерними є відновні властивості.

Хімічні властивості

Рівняння реакції

Взаємодіють із киснем

2NO + O2= 2NO2

2CO + O2= 2CO2

Карбон(ІІ) оксид відновлює метали з оксидів

CuO + CO = Cu + CO2

Кислоти

Кислоти — це електроліти, під час дисоціації яких утворюються аніони кислотних залишків та катіони лише одного виду — йони Н+.

Розбавлені розчини кислот виявляють загальні хімічні властивості, що є спільними як для неорганічних, так і для органічних кислот.

Хімічні властивості

Рівняння реакції

Електролітична дисоціація і, як наслідок, зміна забарвлення індикаторів

HхAn ⇆ xH++ Anx-

Взаємодіють із металами, розташованими в ряду активності лівіше за водень

H2SO4+ Zn = ZnSO4 + H2

Взаємодіють із основними та амфотерними оксидами з утворенням солі і води

H2SO4 + FeO = FeSO4 + H2O

Al2O3+ 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

Взаємодіють з основами та амфотерними гідроксидами з утворенням солі і води

H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O

H2SO4 + Zn(OH)2 = ZnSO4 + 2H2O

Взаємодіють із солями, якщо в результаті реакції виділяється газ, утворюється осад або вода

H2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2HCl

2HCl + Na2SiO3 = H2SiO3↓ + 2NaCl

2HCl + FeS = FeCl2 + H2S↑

2HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + CO2↑ + H2O

Основи

Основи — це електроліти, під час дисоціації яких утворюються катіони металічних елементів, амонію (або його органічних похідних) та аніони лише одного виду — гідроксид-іони OH-. Розчинні основи — гідроксиди лужних елементів та амонію — називають лугами. Хоча луги та нерозчинні гідроксиди є основними речовинами, але їхні хімічні властивості дещо відрізняються внаслідок різної розчинності.

Амфотерні гідроксиди

Амфотерними є сполуки, що взаємодіють із речовинами як кислотної, так і основної природи. Алюміній, Цинк і деякі інші елементи утворюють амфотерні оксиди та гідроксиди. Амфотерні гідроксиди виявляють усі властивості нерозчинних гідроксидів. Їхні особливості проявляються у взаємодії з основними речовинами.

Під час сплавляння з основними оксидами або гідроксидами утворюються сіль (цинкат або алюмінат) та вода:

У випадку алюміній гідроксиду залежно від співвідношення лугу й оксиду утворюються два типи солей — метаалюмінат та ортоалюмінат:

• за нестачі лугу:

• за надлишку лугу:

Свіжоприготовлений алюміній та цинк гідроксиди активно взаємодіють із розчинами лугів за звичайних умов:

Залежно від концентрації лугу алюміній гідроксид може утворювати два різні продукти:

Солі

Солі — це хімічні сполуки, що складаються з катіонів та аніонів. Для середніх солей характерні реакції обміну та розкладання на оксиди.

Хімічні властивості кислих солей певною мірою подібні до властивостей кислот.

Генетичні зв'язки між основними класами неорганічних сполук

Ґрунтуючись на взаємоперетвореннях речовин основних класів неорганічних сполук, можна визначити певні закономірності поступового їх ускладнення та взаємозв'язки між ними.

Під час вивчення органічної хімії в 10 класі ви дізналися, що деякі органічні речовини можна отримати з неорганічних, і навпаки. Тому іноді говорять, що чіткої межі між органічними та неорганічними речовинами немає. Зв'язок між ними можна проілюструвати схемою:

Ключова ідея

Подібність способів одержання речовин одного класу неорганічних сполук та їхні хімічні властивості дозволяють поєднати всі класи сполук у єдину схему, що відтворює генетичні зв'язки між ними.

Контрольні запитання

536. Схарактеризуйте класифікацію оксидів, кислот, основ та солей.

537. Схарактеризуйте хімічні властивості оксидів (кислотних, основних і амфотерних), кислот, основ (лугів і нерозчинних гідроксидів), амфотерних гідроксидів, середніх та кислих солей.

538. Схарактеризуйте генетичні зв'язки між неорганічними сполуками.

Завдання для засвоєння матеріалу

539. Визначте хімічні властивості основних класів неорганічних сполук, що є методами добування сполук інших класів. Ґрунтуючись на них, схарактеризуйте методи добування оксидів (кислотних, основних та амфотерних), кислот, основ (лугів і нерозчинних гідроксидів), амфотерних гідроксидів, середніх та кислих солей.

540. Певну сполуку Кальцію, яка утворюється під час реакції кальцій карбіду з водою, знову використовують для виробництва карбіду. Які послідовні перетворення необхідно для цього здійснити?

541. Доповніть схеми реакцій, запишіть назви продуктів реакції, доберіть коефіцієнти:

а) K2O + H2O →

б) Fe(OH)3 → ... + H2O

в) SO2 + H2O →

г) ... → CO2 + H2O

д) ... + H2O → Ba(OH)2

е) H2SiO3 → SiO2 + ...

є) Cr2(SO4)3+ Mn →

ж) Al(OH)3+ Ca →

з) Al2O3 + HNO3

и) Al(OH)3+ P2O5

і) AlCl3 + AgNO3

к) Al(OH)3+ KOH →

л) Al2(SO4)3 + KOH →

м) Fe2O3 + NaOH →

н) FeSO4+ Ba(NO3)2

о) Fe2O3 + HCl →

п) Fe + HCl →

р) Fe2O3 + Са →

542. Як хімічним шляхом видалити з алюмінієвого виробу продукти корозії (алюміній оксид і гідроксид) без пошкодження металу?

543. У складі яскраво-червоної фарби, яку в Давньому Єгипті використовували для фарбування мумій, міститься оксид, що утворюється під час прожарювання ферум(ІІІ) сульфату. Ферум(ІІІ) сульфат у процесі прожарювання розкладається на два оксиди — леткий і нелеткий. Запишіть рівняння цієї реакції.

544. Ферум(II) сульфід можна одержати нагріванням піриту із залізом. Запишіть рівняння цієї реакції.

545. Складіть рівняння реакцій гідролізу таких солей: ферум(II) хлорид, ферум(II) сульфат, ферум(ІІІ) нітрат, ферум(ІІІ) бромід.

546. Як із залізного купоросу FeSO4 7H2O одержати: а) ферум(II) хлорид; б) ферум(II) нітрат; в) ферум(II) сульфат? Запишіть відповідні рівняння реакцій.

547. У природних водах Ферум міститься переважно у складі ферум(ІІ) гідрогенкарбонату, який за наявності води й кисню перетворюється на ферум(ІІІ) гідроксид і вуглекислий газ. Складіть рівняння цієї реакції, позначте окисник і відновник.

548. Складіть рівняння реакцій, що відповідають перетворенням:

а) Mg → MgSO4 → Mg(NO3)2 → MgCO3;

б) Cu → CuO → Cu(NO3)2 → Cu;

в) BaO → BaCl2 → BaSO4;

г) Ca → Ca(OH)2 → CaCO3 → CaO → CaCl2 → CaCO3;

д) Al → Al2O3 → AlCl3 → Al(OH)3 → Na3AlO3;

е) S → SO2 → Na2SO3 → BaSO → SO2;

є) C → CO2 → CaCO3 → CaCl2 → CaCO3 → Ca(HCO3)2 → CaCO3;

ж) NaOH → NaHCO3 → Na2CO3 → CO2 → MgCO3;

з) Fe → Fe(NO3)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3 → Fe → FeCl2;

и) Cu → CuSO4 FeSO4 → Fe(OH2) → Fe(NO3)2 → FeCO3;

і) P → P2O5 → Na3PO4 → Na2HPO4 → CaHPO4 → Ca3(PO4)2 → H3PO4 → AlPO4.

Комплексні завдання

549. Під час взаємодії чистого ферум хлориду масою 1 г із надлишком аргентум(І) нітрату утворився осад аргентум(І) хлориду масою 2,65 г. Визначте ступінь окиснення Феруму в початковому хлориді.

550. Порівняйте об'єм сульфур(IV) оксиду (н. у.), який можна одержати із сірки масою 480 г та з натрій сульфіту масою 630 г.

551. Обчисліть масу фосфору, яку необхідно ввести в низку перетворень для одержання кальцій ортофосфату масою 15,5 г.

552. Для одержання вапняного тіста беруть близько 2,5 л води на кожний кілограм негашеного вапна. У скільки разів це перевищує масу води, яка витрачається під час хімічної взаємодії?

Завдання з розвитку критичного мислення

553. Гранули натрій гідроксиду в разі зберігання на повітрі поступово розпливаються, але з часом нібито «висихають», перетворюючись на білий порошок. Поясніть ці явища, складіть рівняння реакцій.

554. Як можна відрізнити кальцій оксид від кальцій гідроксиду? запишіть рівняння реакції.

555. Як відрізнити прозору вапняну воду від розбавленого розчину натрій гідроксиду, якщо в наявності є лише газовідвідна трубка?

556. Чи можна для очищення вуглекислого газу від водяної пари використати трубку, наповнену негашеним вапном?

557. Чи можна повністю звільнити азот від невеликих домішок хлороводню і водяної пари пропусканням його через трубку: а) із негашеним вапном; б) із гашеним вапном? Відповіді підтвердьте рівняннями відповідних реакцій.