Хімія. 9 клас. Попель

§ 36. Взаємозв'язки між речовинами та їх взаємоперетворення

Матеріал параграфа допоможе вам:

• закріпити знання про перетворення простих речовин на хімічні сполуки;
• узагальнити матеріал про взаємоперетворення складних речовин.

Хімічні перетворення за участю металів. Вам відомо, що метали здатні взаємодіяти з неметалами, кислотами, розчинами солей, а деякі — ще й з лугами, водою.

Продуктами більшості реакцій металів з неметалами є солі

а якщо з металом реагує кисень, то утворюється оксид:

Майже всі метали взаємодіють із кислотами. Такі реакції за участю хлоридної, розбавленої сульфатної, оцтової кислот відбуваються з утворенням солей і виділенням водню:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑_.¹

¹ У цій реакції, на відміну від реакції заліза з хлором, утворюється сіль FeCl₂, а не FeCl₃, оскільки йони Н⁺, наявні в хлоридній кислоті, — слабкий окисник, а хлор Cl₂ — сильний окисник.

Пасивні метали, які перебувають у ряду активності справа від водню, не реагують із названими кислотами.

Метали взаємодіють із розчинами солей; продукти такого перетворення — інші метал і сіль. Реакція відбувається, якщо метал-реагент активніший за метал, що є очікуваним продуктом:

Mg + 2AgNO₃ = 2Ag↓ + Mg(NO₃)₂.

Якщо метал походить від елемента, що утворює амфотерні сполуки (оксид, гідроксид), то він взаємодіє з лугом:

Найактивніші метали (лужні, лужноземельні) реагують з водою:

Ba + 2H₂O = Ba(OH)₂ + H₂↑.

Хімічні перетворення за участю неметалів. Неметали можуть взаємодіяти не лише з металами, а й один з одним:

Серед важливих реакцій неметалів зі складними речовинами — реакції за участю кисню, які часто супроводжуються горінням речовин:

Такі перетворення характерні для багатьох органічних сполук — вуглеводнів, спиртів, жирів:

Хімічні перетворення, в яких беруть участь або утворюються прості речовини, є окисно-відновними реакціями, адже ступінь окиснення елемента в простій речовині дорівнює нулю, а в його сполуці має додатне або від'ємне значення.

• Складіть рівняння реакцій сірки з киснем та алюмінієм. Окисником чи відновником є сірка в кожному випадку?

Реакції між оксидами і водою. Оксиди лужних і лужноземельних елементів, а також майже всі кислотні оксиди взаємодіють з водою. При цьому основні оксиди перетворюються на основи

Li₂O + H₂O = 2LiOH,

а кислотні оксиди — на кислоти:

Cl₂O₇ + H₂O = 2HClO₄.

Реакції між двома сполуками, які різняться за властивостями. Рушійною силою багатьох хімічних перетворень є відмінності речовин за хімічними властивостями. Наприклад, основні оксиди та основи взаємодіють з кислотними оксидами та кислотами

2LiOH + Cl₂O₇ = 2LiClO₄ + H₂O;

Ca(OH)₂ + 2CH₃COOH = (CH₃COO)₂Ca + 2H₂O,

але не реагують з речовинами, що мають основні властивості.

Якщо оксид або гідроксид є амфотерним, то ця сполука під час реакції з основним оксидом (основою) або кислотним оксидом (кислотою) виявляє протилежні властивості, тобто кислотні або основні.

• Напишіть рівняння реакцій станум(ІІ) гідроксиду з кислотою і розчином лугу.

Реакції за участю солей. Солі взаємодіють з лугами і кислотами. Такі перетворення відбуваються в розчині в разі, якщо продукт реакції не розчиняється у воді або є слабким електролітом, нестійкою чи газуватою сполукою:

FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaCl;

CH₃COOK + HNO₃ = CH₃COOH + KNO₃.

Хоча солі мають багато спільних властивостей, вони можуть реагувати одна з одною у водному розчині. При цьому утворюються дві нові солі. Реакція можлива, якщо один із продуктів є нерозчинним у воді:

3CuSO₄ + 2Na₃PO₄ = Сu₃(РО₄)₂↓ + 3Na₂SO₄.

Термічний розклад сполук. Основи (крім лугів), амфотерні гідроксиди, оксигеновмісні кислоти та деякі їхні солі розкладаються при нагріванні. Унаслідок таких реакцій, як правило, утворюються оксиди:

Послідовні перетворення речовин. Ви знаєте, що зв'язки між речовинами, які походять від одного елемента, називають генетичними зв'язками. Їх використовують у хімічній технології, зокрема при переробці металічних руд, виробництві кислот. При добуванні сульфатної кислоти із природної сірки просту речовину спочатку спалюють, після чого здійснюють реакцію сульфур(IV) оксиду з киснем, а потім — реакцію сульфур(VI) оксиду з водою. Відповідна схема послідовних перетворень речовин:

S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄.

Для того щоб добути основу або кислоту з оксиду, який не взаємодіє з водою, здійснюють такі перетворення:

оксид → сіль → основа (кислота).

• Складіть відповідні схеми для сполук Нікелю(ІІ) та Силіцію.

Схеми послідовних перетворень речовин у водних розчинах часто подають у йонно-молекулярній формі:

Zn²⁺ → Zn(OH)₂ → [Zn(OH)₄]^2-.

Ця схема ілюструє перетворення розчинної солі Цинку, яка містить катіони Zn²⁺, при поступовому додаванні водного розчину лугу.

• Запишіть відповідну схему з формулами сполук Цинку, якщо в реакціях бере участь літій гідроксид.

Схеми перетворень наводять і для органічних речовин. У схему

закладено реакцію термічного розкладу метану, продуктами якої є ацетилен і водень, та реакцію горіння ацетилену.

ВИСНОВКИ

Неорганічні та органічні речовини беруть участь у різних хімічних перетвореннях. Характерними для металів є реакції з неметалами, кислотами, розчинами солей, а для оксидів, основ, кислот — реакції зі сполуками, протилежними за хімічними властивостями. Амфотерні оксиди і гідроксиди взаємодіють з речовинами, які виявляють основні та кислотні властивості. Солі реагують із розчинами лугів, кислотами, а також одна з одною (у розчині).

Реакції за участю або з утворенням простих речовин належать до окисно-відновних реакцій.

• 259. Запишіть по два рівняння реакцій, які відбуваються з утворенням солей, між такими речовинами:

а) металом і неметалом;

б) двома оксидами.

• 260. Оксиди яких типів реагують з водою? Чи можна в такий спосіб добути будь-яку основу, амфотерний гідроксид, кислоту?
• 261. Відповідно до наведених схем перетворень складіть рівняння реакцій і вкажіть умови їх здійснення:

а) Si → SiO₂ → Na₂SiO₃ → H₂SiO₃;

б) Mg → MgO → MgSO₄ → Mg₃(PO₄)₂;

в) СН₄ → СО₂ → Na₂CO₃ → ВаСО₃;

г) СН₃СООН → (СН₃СOO)₂Сu → (СН₃СОО)₂Ва;

ґ) Pb(OH)₂ → PbO → Pb(NO₃)₂ → PbS;

д) CrCl₃ → Cr(OH)₃ → K₃[Cr(OH)₆] → Cr₂(SO₄)₃.

• 262. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення речовин, утворених Купрумом:

сіль 1 → гідроксид → оксид → сіль 2 → сіль 3 → метал.

• 263. Складіть йонно-молекулярні рівняння реакцій, які відбуваються згідно з наведеними схемами перетворень:

а) Ве(OН)₂ → [Ве(OH)₄]^2- → Ве²⁺;

б) Fe₂O₃ → Fe³⁺ → Fe(OH)₃ → Fe³⁺ → FePO₄.

• 264. Запропонуйте якомога більше способів добування магній ацетату і напишіть відповідні хімічні рівняння.
• 265. Чи взаємодіє плюмбум(ІІ) ацетат:

а) з алюміній сульфатом;

б) із барій нітратом;

в) із натрій гідроксидом;

г) із хлоридною кислотою?

Відповіді обґрунтуйте, наведіть хімічні рівняння в молекулярній та йонно-молекулярній формах.

• 266. Залізо повільно взаємодіє з розчином ферум(ІІІ) сульфату, а цинк не реагує з розчином цинк сульфату. Як це пояснити? Запишіть рівняння відповідної реакції.
• 267. Розчин сульфур(ІV) оксиду вступає в реакцію з розчином сірководню. Одним із продуктів реакції є сірка. Складіть хімічне рівняння, укажіть тип реакції та охарактеризуйте ролі реагентів у ній.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Взаємоперетворення простих речовин хімічного елемента

У 7 класі ви дізналися про існування двох простих речовин Оксигену — кисню О₂ й озону О₃. Дуже малі кількості озону утворюються з кисню в атмосфері за дії електричних розрядів (коли виникають блискавки) або ультрафіолетових променів:

3О₂ = 2О₃.

Озон — нестійка речовина, яка повільно перетворюється на кисень:

2О₃ = 3О₂.

Обидві хімічні реакції не належать до жодного з відомих вам типів реакцій.

Не лише Оксиген, а й деякі інші неметалічні елементи утворюють по кілька простих речовин. Ці речовини також можуть зазнавати взаємоперетворень. Наприклад, білий фосфор, який складається з молекул Р₄, за температури 300 °С перетворюється на червоний фосфор, у якому містяться довгі молекули-ланцюжки. Графіт і алмаз — прості речовини Карбону. Вони мають атомну будову, але різняться за розміщенням атомів у просторі. За дуже високих температур і тиску із графіту в спеціальних реакторах добувають дрібні кристалики алмазу. Алмаз можна перетворити на графіт; для цього його необхідно нагріти до температури, яка значно перевищує 1000 °С. Перетворення простих речовин Фосфору і Карбону здійснюють за відсутності повітря, оскільки вони взаємодіють із киснем.