§ 40. Генетичні зв'язки між класами неорганічних сполук

Пригадайте:

класифікацію основних класів неорганічних сполук (за § 26);
загальні способи добування оксидів (за § 38) та солей, кислот і основ (за § 39).

У результаті хімічних перетворень речовини одного класу перетворюються на речовини іншого: з простої речовини утворюється оксид, з оксиду — кислота, з кислоти — сіль. Інакше кажучи, вивчені вами класи сполук взаємозв’язані. Ми можемо встановити цілий ряд перетворень одних сполук на інші, тобто генетичні зв’язки між ними. Розглянемо його на прикладі металу (кальцію) і неметалу (вуглецю).

Кальцій під час згоряння на повітрі утворює основний оксид СаО, що приєднує воду, перетворюючись на основу — кальцій гідроксид Са(ОН)₂. Послідовність цих реакцій можна подати у вигляді схеми:

Са → СаО → Са(ОН)₂

Під час горіння вуглецю утворюється кислотний оксид СО₂, що реагує з водою з утворенням карбонатної кислоти Н₂СО₃:

С → СО₂→ Н₂СО₃

Під час взаємодії кислоти й основи утворюється сіль:

Са(ОН)₂ + Н₂СО₃ = СаСО₃ + 2Н₂О

Сіль також можна добути у взаємодіях:

металу з кислотою;
основного оксиду з кислотою;
лугу з кислотним оксидом;
основного оксиду з кислотним.

Усі ці перетворення можна подати у вигляді схеми (схема 5 на с. 220).

Схема 5. Генетичні зв’язки між класами неорганічних сполук

Наведена схема не відтворює всіх можливих реакцій за участю вивчених вами класів неорганічних сполук, але ілюструє й узагальнює принципи хімічної взаємодії різних речовин. Зі схеми видно, що металічні елементи є родоначальниками сполук з основними властивостями (основні оксиди та основи), а неметалічні — сполук із кислотними властивостями (кислоти та кислотні оксиди). Солі найчастіше трапляються на схемі, оскільки вони беруть участь у різних хімічних взаємодіях як реагенти або продукти реакції.

Знання генетичного зв’язку між різними класами неорганічних речовин дозволяє обирати зручні й економічні методи синтезу речовин із доступних реагентів.

Одного разу французький хімік Луї Тенар під час лекції помилково випив замість води розчин меркурій(ІІ) хлориду — найсильнішої отрути. Він спокійно поставив склянку на стіл і холоднокровно оголосив: «Панове, я отруївся, принесіть, будь ласка, сирі яйця». Перелякані студенти швидко кинулися на пошуки і вчасно продукт принесли. Це і врятувало Тенара.

Висновки

1. Неорганічні речовини поділяють на окремі класи, ґрунтуючись на спільних ознаках: складі та хімічних властивостях.
2. Єдність способів добування речовин одного класу неорганічних сполук та їхні хімічні властивості дозволяють поєднати всі класи сполук у схему, що відтворює їх генетичний зв'язок.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Складіть формули таких речовин: кальцій оксид, калій оксид, фосфор(ІІІ) оксид, барій оксид, цинк оксид, сульфідна кислота, карбонатна кислота, магній гідроксид, ферум(ІІ) гідроксид, силікатна кислота, купрум(ІІ) гідроксид, літій гідроксид, калій гідроксид, нікол(ІІ) сульфат, алюміній гідроксид, натрій ортофосфат, хлоридна кислота, ортофосфатна кислота.

2. Із наведених формул речовин випишіть окремо формули та назви оксидів, кислот, основ і солей: NaOH, НСl, H₂SO₄, Са(ОН)₂, НВr, Сu(ОН)₂, Н₃РО₄, 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, Ba₃(PO₄)₂.

3. Невідомий оксид розчиняється у воді з утворенням розчину, що забарвлює лакмус у червоний колір. Який висновок можна зробити щодо характеру властивостей цього оксиду? Чи буде він взаємодіяти з хлоридною кислотою, натрій гідроксидом, натрій хлоридом, кальцій оксидом? Відповідь обґрунтуйте.

4. Проілюструйте генетичний зв'язок між класами неорганічних речовин на прикладі магнію й сірки. Складіть відповідні рівняння реакцій.

5. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

a) Mg → MgO → МgСl₂→ МgСО₃→ Mg(NO₃)₂;
б) S → SO₂ → Na₂SO₃→ BaSO₃→ SO₂;
в) Na → NaOH → Na₂SO₄→ NaCl → NaNO₃.

6. Наведіть рівняння реакцій, що ілюструють чотири різні способи добування кальцій карбонату.

7. Розташуйте запропоновані речовини за порядком, що характеризує генетичний зв'язок класів речовин, та складіть відповідні рівняння реакцій:

а) фосфор(V) оксид, калій ортофосфат, фосфор, ортофосфатна кислота;
б) барій гідроксид, барій оксид, барій карбонат, барій;
в) купрум(ІІ) оксид, купрум(ІІ) гідроксид, мідь, купрум(ІІ) сульфат.

8. Як добути кальцій хлорид із кальцій нітрату, використовуючи калій карбонат і хлоридну кислоту? Складіть рівняння реакцій.

9. Визначте відсутні ланки ланцюгів перетворень, що характеризують генетичний зв'язок речовин:

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

Складіть рівняння реакцій, що характеризують ці перетворення.

10. Складіть рівняння реакцій для здійснення таких перетворень:

а) Са → СаО → Са(ОН)₂ → СаСl₂;
б) S → SO₂→ H₂SO₃→ Na₂SO₃;
в) Ba → ВаО → Ва(ОН)₂→ BaSO₄;
г) С → СО₂ → СаСО₃→ СаСl₂ → Са(ОН)₂;
д) NaOH → Na₂CO₃→ СО₂→ MgCO₃;
е) Аl → Аl₂О₃→ Al₂(SO₄)₃ → Аl(ОН)₃ → Аl₂О₃;
є) Fe → Fe₂O₃ → Fe(NO₃)₃ → Fe(OH)₃→ Fe₂O₃ → Fe → FeCl₂.

11. Визначте відсутні ланки ланцюгів, що характеризують генетичний зв'язок речовин:

12. До розчину блакитного кольору додали розчин лугу, при цьому випав блакитний осад. Осад відфільтрували і прожарили. У результаті одержали чорний порошок, що потім обробили воднем під час нагрівання. Утворився метал червоного кольору. Визначте описані речовини, складіть рівняння реакцій.

13. Порівняйте об'єм сульфур(ІV) оксиду (за н. у.), який можна добути із сірки масою 480 г та натрій сульфіту масою 630 г.

14. Обчисліть масу фосфору, який необхідно ввести в низку перетворень для добування кальцій ортофосфату масою 15,5 г.

15. Виконайте навчальний проект № 9 «Уплив хімічних сполук на довкілля і здоров'я людини».