Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

§ 33. Генетичні зв’язки між неорганічними речовинами

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • повторити хімічні властивості простих речовин і неорганічних сполук;
  • розширити свої знання про перетворення сполук елемента, які належать до різних класів.

Ви вже знаєте, що між речовинами існують зв’язки, які ґрунтуються на їх походженні та хімічних властивостях. Ці зв’язки називають генетичними. Вони розглянуті в параграфі із залученням класифікації неорганічних речовин та узагальненням хімічних перетворень (відповідну інформацію розміщено в Додатках).

Зв’язки між речовинами, зумовлені їх походженням. Від металічних елементів походять метали, основні та амфотерні оксиди1. Основним оксидам відповідають основи, а амфотерним оксидам — амфотерні гідроксиди (схема 10). В оксидах, гідроксидах, більшості солей металічні елементи наявні у формі катіонів.

1 Оксиди, в яких металічні елементи мають ступені окиснення +6 і +7, є кислотними. Приклади: СrО3, Мn2О7. Цим оксидам відповідають кислоти Н2СrО4, НМnО4.

Схема 10

Зв’язки між речовинами, що походять від металічних елементів

Неметалічні елементи утворюють неметали, кислотні оксиди2. Від цих оксидів походять оксигеновмісні кислоти (схема 11). Їхні солі містять аніони, в яких є атоми кислототворних елементів.

2 Винятки — несолетворні оксиди CO, NO, N2O, Н2О.

Схема 11

Зв’язки між речовинами, що походять від неметалічних елементів

Обидві схеми можна доповнити такими відомостями. Частина солей, що є бінарними сполуками, походить від двох елементів — металічного і неметалічного, розміщеного в VI-й групі (крім Оксигену) або VII-й групі періодичної системи. Це солі безоксигенових кислот; вони складаються з катіонів металічних елементів і простих аніонів неметалічних елементів.

Зв’язки між речовинами, зумовлені їх хімічними властивостями. Хімічні перетворення за участю простих і складних речовин можуть відбуватися у водних розчинах або сумішах твердих речовин, за звичайних умов або при нагріванні, без каталізаторів або за їх наявності. В одних хімічних реакціях ступені окиснення елементів залишаються сталими, а в інших змінюються.

Цікаво знати

У результаті реакції натрію з киснем утворюється пероксид Na2O2 із домішкою оксиду Na2O.

Реакції за участю простих речовин. Метали і неметали за окремими винятками реагують з киснем з утворенням оксидів:

2Mg + О2 = 2MgO;

S + О2 = SO2.

Лужні та лужноземельні метали взаємодіють з водою, а більшість металів — з кислотами і солями. Можливість реакцій і особливості їх перебігу передбачають за розміщенням металів у ряду активності. Приклади відповідних хімічних перетворень:

2Na + 2Н2О = 2NaOH + Н2↑;

3Ag + 4HNO3 (розб.) = 3AgNO3 + NO↑ + 2Н2О.

Назвіть продукти реакцій заліза з хлоридною кислотою і купрум(ІІ) сульфатом.

Найактивніші неметали взаємодіють з водою, лугами, деякими солями:

Сl2 + Н2О ⇄ НСl + НСlO;

Сl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + Н2О;

Cl2 + 2NaBr = 2NaCl + Br2.

Вам відомо, що реакції, в яких беруть участь прості речовини, є окисно-відновними.

Реакції за участю оксидів та гідратів оксидів. Оксиди лужних і лужноземельних елементів взаємодіють з водою; продукти цих реакцій — розчинні основи (луги) або малорозчинні основи. Майже всі кислотні оксиди реагують з водою з утворенням оксигеновмісних кислот. Як бачимо, оксиди та продукти їх реакцій з водою мають один і той самий хімічний характер — основний або кислотний:

Цікаво знати

Метафосфатна кислота НРО3 єдина, що не розкладається навіть за високої температури.

Можна здійснити й протилежні перетворення — при нагріванні з нерозчинної основи добути основний оксид, а з оксигеновмісної кислоти — кислотний оксид (карбонатна і сульфітна кислоти розкладаються вже за звичайних умов). Амфотерні гідроксиди зазнають розкладу з утворенням амфотерних оксидів і води.

Складіть рівняння термічного розкладу хром(ІІІ) гідроксиду.

Існує багато хімічних перетворень між реагентами з різним хімічним характером. Під час цих реакцій утворюються солі. Основні оксиди та основи взаємодіють з кислотними оксидами і кислотами. Амфотерні оксиди і амфотерні гідроксиди реагують зі сполуками кислотного та основного характеру:

Складіть рівняння реакції цинк гідроксиду з водним розчином калій гідроксиду, яка відбувається за звичайних умов.

Нагадуємо, що дві сполуки однакового хімічного характеру — основного, кислотного чи амфотерного — не взаємодіють між собою.

Реакції за участю солей. Солі не виявляють ні основних, ні кислотних властивостей. Під час взаємодії солі з лугом або кислотою, крім нової солі, утворюється нова основа чи кислота, а продуктами реакції між двома солями є дві інші солі:

(NH4)2S + CdSO4= CdS↓ + (NH4)2SO4.

Деякі середні солі, розчиняючись у воді, зазнають гідролізу й перетворюються на кислі або основні солі:

Na2S + Н2О ⇄ NaHS + NaOH;

АlСl3 + Н2О ⇄ Аl(ОН)Сl2 + НСl.

Додаванням до кислої солі лугу або до основної солі кислоти можна добути середню сіль:

К2НРО4 + КОН = К3РО4 + Н2О;

Cu(OH)NO3 + HNO3 = Cu(NO3)2+ Н2О.

Багато солей зазнають термічного розкладу:

Послідовні перетворення речовин часто ілюструють відповідними схемами, в яких можуть бути вказані формули реагентів, умови перебігу реакцій:

Викладене в параграфі підсумовано в таблиці 13.

Відомо багато взаємоперетворень сполук елемента, які належать одному класу. Приклади таких реакцій:

  • перетворення оксиду на інший

2СО + О2 = 2СО2;

  • перетворення гідроксиду на інший

4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3;

  • перетворення оксигеновмісної кислоти на іншу

2H2SO3 + О2 = 2H2SO4;

  • перетворення середньої солі на іншу

Таблиця 13

Хімічні перетворення за участю неорганічних сполук різних класів

ВИСНОВКИ

Генетичними зв’язками між речовинами називають зв’язки, які ґрунтуються на походженні речовин та їх хімічних властивостях.

Від металічних елементів походять метали, основні та амфотерні оксиди, основи та амфотерні гідроксиди, а від неметалічних елементів — неметали, кислотні оксиди, кислоти. Солі є похідними елементів обох типів — металічних і неметалічних.

Прості речовини реагують з киснем, метали залежно від їх активності — ще й із водою, кислотами, солями. Активні неметали взаємодіють з водою, лугами, деякими солями.

Реакції між неорганічними сполуками можуть відбуватися зі зміною їх хімічного характеру або без зміни.

  • 261. Знайдіть відповідність: Формула оксиду

1) І2O5;

2) Ag2O;

3) Сl2О;

4) РbО;

5) FeO;

Тип оксиду

а) основний оксид;

б) амфотерний оксид;

в) кислотний оксид.

  • 262. Назвіть два кислотних оксиди, взаємодія яких з водою є оборотною реакцією. Запишіть відповідні хімічні рівняння.
  • 263. Складіть рівняння усіх можливих реакцій між двома оксидами, використавши такий перелік сполук: ZnO, MgO, Р2O5, SO3, Li2O.
  • 264. За яких умов відбувається реакція між натрій хлоридом і сульфатною кислотою? Дайте обґрунтування й запишіть відповідне хімічне рівняння.
  • 265. Нітратна кислота взаємодіє з барій карбонатом, але не реагує з барій хлоридом і барій сульфатом. Поясніть ці факти і напишіть хімічне рівняння в молекулярній і йонно-молекулярній формах.
  • 266. Солі Ag2S і NaNO3 не вступають у реакції обміну з іншими солями. Наведіть відповідні пояснення.
  • 267. Напишіть рівняння реакцій для здійснення таких перетворень:

а) КСl → KNO3 → K2SO4 → КОН;

б) SO3 → H2SO4 → Al2(SO4)3 → Na2SO4;

в) P → P2O5 → Η3ΡO4 → Na3PO4 → NaH2PO4 → Na2HPO4.

  • 268. Унаслідок взаємодії 10,7 г амоній хлориду з достатньою кількістю концентрованого розчину лугу добули 4,03 л амоніаку (н. у.). Обчисліть відносний вихід цього продукту реакції.
  • 269. Суміш 27,6 г калій карбонату і 7,1 г фосфор(V) оксиду нагріли до завершення виділення газу. Що являв собою твердий залишок після реакції? Обчисліть масові частки речовин у ньому.