§ 42. Генетические связи между классами неорганических соединений

Вспомните:

• классификацию основных классов неорганических соединений (§ 28);

• способы получения оксидов (§ 40), солей, кислот и оснований (§ 41).

В результате химических превращений вещества одного класса превращаются в вещества другого: из простого вещества образуется оксид, из оксида — кислота, из кислоты — соль. Другими словами, изученные вами классы соединений взаимосвязаны. Мы можем установить ряд превращений одних соединений в другие, т. е. генетические связи между ними. Рассмотрим такие связи на примере металла (кальция) и неметалла (углерода).

Кальций при сгорании на воздухе образует основный оксид СаО, который присоединяет воду, превращаясь в основание — кальций гидроксид Са(ОН)₂. Последовательность этих реакций можно представить в виде схемы:

Са —> СаО —> Са(ОН)₂

При горении углерода образуется кислотный оксид СO₂, который реагирует с водой с образованием карбонатной кислоты Н₂СO₃:

C —> CO₂ —> H₂CO₃

При взаимодействии кислоты и основания образуется соль:

Са(ОН)₂ + Н₂СO₃ = СаСO₃ + 2Н₂O

Соль также можно получить при взаимодействии:

• металла с кислотой;

• основного оксида с кислотой;

• щелочи с кислотным оксидом;

• основного оксида с кислотным.

Схема 5. Генетические связи между классами неорганических соединений

Данная схема не отображает абсолютно всех возможных реакций при участии изученных вами классов неорганических соединений, но иллюстрирует и обобщает изученные принципы химического взаимодействия разных веществ. Из схемы видно, что металлические элементы являются родоначальниками соединений с основными свойствами (основные оксиды и основания), а неметаллические — соединений с кислотными свойствами (кислоты и кислотные оксиды). Соли чаще всего встречаются на схеме, поскольку они принимают участие в большом количестве различных химических взаимодействий как реагенты или продукты реакции.

Знание генетических связей между разными классами неорганических веществ позволяет выбирать удобные и экономически выгодные методы синтеза веществ из доступных реагентов.

Однажды французский химик Луи Тенар во время лекции по ошибке выпил вместо воды раствор меркурий(II) хлорида — сильного яда. Он спокойно поставил стакан на стол и хладнокровно заявил: «Господа, я отравился, принесите, пожалуйста, сырых яиц». Испуганные студенты живо бросились на поиски и вовремя принесли яйца. Это и спасло ученого.

Выводы

1. Неорганические вещества разделяют на отдельные классы, основываясь на общих признаках: составе и химических свойствах.

2. Единство способов получения веществ одного класса неорганических соединений и их химические свойства позволяют объединить все классы в единую схему, которая отображает их генетические связи.

Задания для усвоения материала

1. Составьте формулы следующих веществ: кальций оксид, калий оксид, фосфор(III) оксид, барий оксид, цинк оксид, сульфидная кислота, карбонатная кислота, магний гидроксид, феррум(II) гидроксид, силикатная кислота, купрум(II) гидроксид, литий гидроксид, калий гидроксид, никол(II) сульфат, алюминий гидроксид, ортофосфатная кислота.

2. Из указанных формул веществ выпишите отдельно формулы и названия оксидов, кислот, оснований и солей: NaOH, HCI, H₂SO₄, Са(ОН)₂, HBr, Cu(OH)₂, Н₃РO₄, H₂SiO₃, H₂S, NaOH, Fe(OH)₂, K₂SO₄, CaBr₂, CuCO₃, CO₂, Mg(OH)₂, AlPO₄, SO₃, HI, CuSO₄, Zn(OH)₂, Ba(NO₃)₂, FeCl₃, Na₂S, Al(NO₃)₃.

3. Неизвестный оксид растворяется в воде с образованием раствора, который окрашивает лакмус в красный цвет. Какой вывод можно сделать о характере свойств этого оксида? Будет ли он взаимодействовать с хлоридной кислотой, натрий гидроксидом, натрий хлоридом, кальций оксидом? Ответ обоснуйте.

4. Проиллюстрируйте генетические связи между классами веществ на примере магния и серы. Составьте соответствующие уравнения реакций.

5. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) Мg —> МgО —> МgCl₂ —> МgСO₃ —> Mg(NO₃)₂;

б) S —> SO₂ —> Na₂SO₃ —> BaSO₃ —> SO₂;

в) Na —> NaOH —> Na₂SO₄ —> NaCl —> NaNO₃.

6. Приведите уравнения реакций, которые иллюстрируют четыре разных способа получения кальций карбоната.

7. Расположите предложенные вещества в порядке, характеризующем генетические связи классов веществ, и составьте соответствующие уравнения реакций:

а) фосфор(V) оксид, калий ортофосфат, фосфор, ортофосфатная кислота;

б) барий гидроксид, барий оксид, барий карбонат, барий;

в) купрум(II) оксид, купрум(II) гидроксид, медь, купрум(II) сульфат.

8. Как получить кальций хлорид из кальций нитрата, используя калий карбонат и хлоридную кислоту? Составьте уравнения реакций.

9. Определите отсутствующие звенья в схемах превращений, которые характеризуют генетические связи веществ:

a) S —> ? —> H₂SO₃ —> CaSO₃; б) Fe —> Fe₂O₃ —> ? —> Fe(OH)₃.

Составьте уравнения реакций, которые характеризуют эти превращения.

10. Составьте уравнения реакций для осуществления следующих превращений:

а) Са —> СаО —> Са(ОН)₂ —> СаСl₂;

б) S —> SO₂ —> H₂SO₃ —> Na₂SO₃;

в) Ва —> ВаО —> Ва(ОН)₂ —> BaSO₄;

г) С —> СO₂ —> СаСO₃ —> СаСl₂ —> Са(ОН)₂;

д) NaOH —> Na₂CO₃ —> СO₂ —> МgСO₃;

е) Al —> Аl₂O₃ —> Al₂(SO₄)₃ —> Аl(ОН)₃—> Аl₂O₃;

ж) Fе —> Fe₂O₃ —> Fe(NO₃)₃ —> Fe(OH)₃ —> Fe₂O₃ —> Fe —> FeCl₂.

11. Определите отсутствующие звенья в схемах превращений, которые характеризуют генетические связи веществ:

12. В раствор голубого цвета добавили раствор щелочи, при этом выпал голубой осадок. Осадок отфильтровали и прокалили. В результате получили черный порошок, который затем обработали водородом при нагревании. Образовался металл красного цвета. Определите описанные вещества, составьте уравнения реакций.

13. Сравните объем сульфур(ІV) оксида (при н. у.), который можно получить из серы массой 480 г и натрий сульфита массой 630 г.

14. Вычислите массу фосфора, который необходимо ввести в схему превращений для получения кальций ортофосфата массой 15,5 г.

15. Выполните учебный проект № 7 «Влияние химических соединений на окружающую среду и здоровье человека».