§43. Генетическая связь между классами веществ
i. Работа в информационной среде
1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.
Ответ:
1. https://www.yaklass.ru/p/himija/89−klass/klassy−neorganicheskikh−veshchestv−14371/vzaimosviaz−mezhdu−klassami−neorganicheskikh−veshchestv−195050/re−d872a67a−1888−46ac−b92e−05018349cc45
2. https://foxford.ru/wiki/himiya/geneticheskie−ryady−himicheskih−soedineniy
3. http://diva106.blogspot.com/2011/09/interneturok.html
4. https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1371155
2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.
Ответ:
Генетический ряд металлов и его разновидности
Из веществ одного класса можно получить вещества другого класса. Такую связь, отражающую происхождение веществ, называют генетической (от греч. «генезис» − происхождение).
В ходе химических реакций химический элемент не исчезает, атомы переходят из одного вещества в другое. Атомы химического элемента как бы передаются от простого вещества к более сложному, и наоборот. Таким образом, возникают так называемые генетические ряды, начинающиеся простым веществом − металлом или неметаллом − и заканчивающиеся солью.
Среди металлов можно выделить две разновидности рядов:
1. Генетический ряд, в котором в качестве основания выступает щёлочь.
Из металла в результате реакции соединения с кислородом можно получить основный оксид, основный оксид при взаимодействии с водой дает основание (только, если это основание − щелочь), из основания в результате реакции обмена с кислотой, солью или кислотным оксидом можно получить соль.
металл − основный оксид − основание − соль.
2. Генетический ряд, где в качестве основания выступает нерастворимое основание, тогда ряд можно представить цепочкой превращений:
металл − основный оксид − соль − основание − основный оксид − металл.
Самые важные признаки генетических рядов:
1. Вещества одного ряда должны быть образованы исключительно одним химическим элементом.
2. Вещества, которые образованы одним и тем же элементом, должны относиться к разным классам химических веществ.
3. Вещества, которые образовывают генетический ряд элемента, должны быть скоординированы взаимопревращениями. Ряд можно назвать полным, если он начинается и заканчивается простым веществом. И неполным, если он оканчивается другим веществом.
?. Вопросы и задания
1. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения, лежащие в основе приведённых генетических рядов металлов и неметаллов. Дайте названия веществ, уравнения реакций с участием электролитов запишите также и в ионной форме.
Ответ:
$\underset{металл}{Ca} \overset{1}{→} \underset{основный\;оксид}{CaO} \overset{2}{→}\underset{основание(щёлочь)}{Ca(ОН)_{2}} \overset{3}{→} \underset{соль}{Ca_{3}(PO_{4})_{2}}$
1)$\underset{кальций}{2Ca} + \underset{кислород}{O_{2}} = \underset{оксид\;кальция}{2CaO} $
2)$\underset{оксид\;кальция}{CaO} + \underset{вода}{H_{2}O} = \underset{гидроксид\;кальция}{Ca(OH)_{2}} $
3)$\underset{гидроксид\;кальция}{3Ca(OH)_{2}} + \underset{фосфорная\;кислота}{2H_{3}PO_{4}} = \underset{фосфат\;кальция}{Ca_{3}(PO_{4})_{2}}↓ + \underset{вода}{6H_{2}O}$
$ 3Ca^{2+}+6OH^{-}+6H^{+}+2PO_{4}^{3-} = Ca_{3}(PO_{4})_{2}↓ + 6H_{2}O$
$\underset{металл}{Cu} \overset{1}{→} \underset{основный\;оксид}{CuO} \overset{2}{→} \underset{cоль}{CuCl_{2}} \overset{3}{→} \underset{основание}{Cu(OH)_{2}} \overset{4}{→} \underset{основный\;оксид}{CuO} \overset{5}{→} \underset{металл}{Cu}$
1)$\underset{медь}{2Cu} + \underset{кислород}{O_{2}} = \underset{оксид\;меди(II)}{2CuO} $
2)$\underset{оксид\;меди (II)}{CuO} + \underset{соляная кислота}{2HCl} = \underset{хлорид\;меди(II)}{CuCl_{2}} + \underset{вода}{H_{2}O} $
$CuO + 2H^{+} + 2Cl^{-} = Cu^{2+} + 2Cl^{-} + H_{2}O$
$CuO + 2H^{+} = Cu^{2+} + H_{2}O$
3)$\underset{хлорид\;меди(II)}{CuCl_{2}} + \underset{гидроксид\;натрия}{2NaOH} = \underset{хлорид\;натрия}{2NaCl} + \underset{гидроксид\;меди (II)}{Cu(OH)_{2}} ↓$
$Cu^{2+}+2Cl^{-}+2Na^{+}+2OH^{-} = 2Na^{+} + 2Cl^{-} + Cu(OH)_{2}$↓
$Cu^{2+} +2OH^{-} = Cu(OH)_{2}$↓
$\underset{неметалл}{P} \overset{1}{→} \underset{кислотный\;оксид}{P_{2}O_{5}} \overset{2}{→} \underset{кислота}{H_{3}PO_{4}} \overset{3}{→} \underset{соль}{Ca_{3}(PO_{4})_{2}}$
1)$\underset{фосфор}{4P} + \underset{кислород}{5O_{2}} = \underset{оксид\;фосфора}{2P_{2}O_{5}} $
2)$\underset{оксид\;фосфора(V)}{P_{2}O_{5}} + \underset{вода}{3H_{2}O} = \underset{фосфорная\;кислота}{2H_{3}PO_{4} }$
3)$\underset{фосфорная\;кислота}{2H_{3}PO_{4} } + \underset{гидроксид\;кальция}{3Ca(OH)_{2}} = \underset{вода}{6H_{2}O} + \underset {фосфат\;кальция}{Ca_{3}(PO_{4})_{2}}↓$
$6H^{+}+2PO_{4}^{3-}+3Ca^{2+}+6OH^{-} = 6H_{2}O + Ca_{3}(PO_{4})_{2}↓$
$\underset{неметалл}{Si} \overset{1}{→} \underset{кислотный\;оксид}{SiO_{2}} \overset{2}{→} \underset{cоль}{Na_{2}SiO_{3}} \overset{3}{→} \underset{кислота}{H_{2}SiO_{3}} \overset{4}{→} \underset{кислотный\;оксид}{SiO_{2}} \overset{5}{→} \underset{неметалл}{Si}$
1)$\underset{кремний}{Si} + \underset{кислород}{O_{2}} \overset{t}{=} \underset{оксид\;кремния(IV)}{SiO_{2}} $
2)$\underset{оксид\;кремния(IV)}{SiO_{2}} + \underset{гидроксид\;натрия}{2NaOH} \overset{t}{=} \underset{силикат\;натрия}{Na_{2}SiO_{3}} + \underset{вода}{H_{2}O} $
3)$\underset{силикат\;натрия}{Na_{2}SiO_{3}} + \underset{серная\;кислота}{H_{2}SO_{4}} = \underset{сульфат\;натрия}{Na_{2}SO_{4}}+ \underset{кремниевая\;кислота}{H_{2}SiO_{3}} ↓$
$2Na^{+} + SiO_{3}^{2-} + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} = 2Na^{+} + SO_{4}^{2-} + H_{2}SiO_{3}↓$
$2H^{+} + SiO_{2}^{2-} = H_{2}SiO_{3}$↓
4)$\underset{кремниевая\;кислота}{H_{2}SiO_{3}} \overset{t}{=} \underset{вода}{H_{2}O} + \underset{оксид\;кремния (IV)}{SiO_{2}}$
5)$\underset{оксид\;кремния (IV)}{SiO_{2}} + \underset{магний}{2Mg} \overset{t}{=} \underset{оксид\;магния}{2MgO} + \underset{кремний}{Si}$
2. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
а) $Li \overset{1}{→} Li_{2}O \overset{2}{→} LiOH \overset{3}{→} LiNO_{3}$;
б) $S \overset{1}{→} SO_{2} \overset{2}{→} H_{2}SO_{3} \overset{3}{→} Na_{2}SO_{3} \overset{4}{→} SO_{2} \overset{5}{→} CaSO_{3}$.
Уравнения реакций с участием электролитов запишите также и в ионной форме.
Ответ:
а) $Li \overset{1}{→} Li_{2}O \overset{2}{→} LiOH \overset{3}{→} LiNO_{3}$;
1) $4Li + O_{2} = 2Li_{2}O$
2) $Li_{2}O + H_{2}O = 2LiOH$
3) $ LiOH+ HNO_{3} = LiNO_{3} + H_{2}O$
$ Li^{+} + OH^{-}+ H^{+} + NO_{3}^{-} = Li^{+} + NO_{3}^{-} + H_{2}O$
$H^{+} + OH^{-} = H_{2}O $
б) $S \overset{1}{→} SO_{2} \overset{2}{→} H_{2}SO_{3} \overset{3}{→} Na_{2}SO_{3} \overset{4}{→} SO_{2} \overset{5}{→} CaSO_{3}$.
1) $S + O_{2} = SO_{2} $
2) $ SO_{2} + H_{2}O = H_{2}SO_{3}$
3) $ H_{2}SO_{3} + 2NaOH = Na_{2}SO_{3} + 2H_{2}O $
$2H^{+} + SO_{3}^{2-} + 2Na^{+} + 2OH^{-} = 2Na^{+} + SO_{3}^{2-} + 2H_{2}O$
$H^{+} + OH^{-} = H_{2}O $
4) $ Na_{2}SO_{3} + 2HCl = 2NaCl + H_{2}O + SO_{2}↑$
$2Na^{+} + SO_{3}^{2-} + 2H^{+} + 2Cl^{-} = 2Na^{+} + 2Cl^{-} + H_{2}O + SO_{2}↑$
$2H^{+} + SO_{3}^{2-} = H_{2}O + SO_{2}↑$
5) $ SO_{2} + CaO = CaSO_{3}$
3. Какие из перечисленных ниже веществ взаимодействуют с соляной кислотой: магний, оксид меди (II), гидроксид меди (II), медь, нитрат магния, гидроксид железа (III), оксид кремния (IV), нитрат серебра, сульфид железа (II)?
Запишите уравнения возможных реакций в молекулярной и ионной формах. Если реакции не могут быть осуществлены, объясните почему.
Ответ:
1) $Mg + 2HCl ⟶ MgCl_{2} + H_{2}↑$
$Mg + 2H^{+} + 2Cl^{-} =Mg^{2+} + 2Cl^{-} + H_{2}↑ $
$Mg + 2H^{+} = Mg^{2+} + H_{2}↑ $
2) $CuO + 2HCl ⟶ CuCl_{2} + H_{2}O$
$CuO + 2H^{+} + 2Cl^{-} = Cu^{2+} + 2Cl^{-} + H_{2}O$
$CuO + 2H^{+} = Cu^{2+} + H_{2}O$
3) $Cu(OH)_{2} + 2HCl ⟶ CuCl2 + 2H_{2}O $
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} + 2Cl^{-} = Cu^{2+} + 2Cl^{-} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} = Cu^{2+} + 2H_{2}O $
4) Cu + HCl ⇸ реакция не идет, т. к. медь в электрохимическом ряду активности металлов стоит правее водорода. Медь не сможет вытеснить водород из раствора кислоты.
5) $Mg(NO_{3})_{2} + HCl $⇸ реакция не идет, т. к. не образуется газ, или осадок, или вода
6) $Fe(OH)_{3} + 3HCl ⟶ FeCl_{3} + 3H_{2}O $
$Fe(OH)_{3} + 3H^{+} + 3Cl^{-}= Fe^{3+} + 3Cl^{-} + 3H_{2}O $
$Fe(OH)_{3} + 3H^{+} = Fe^{3+} + 3H_{2}O$
7) $SiO_{2} + HCl$ ⇸ кислотные оксиды не реагируют с кислотами
8) $AgNO_{3} + HCl ⟶ HNO_{3} + AgCl↓$
$Ag^{+} + NO_{3}^{-} + H^{+} + Cl^{-} = H^{+} + NO_{3}^{-} + AgCl↓ $
$Ag^{+} + Cl^{-} = AgCl↓$
9) $FeS + 2HCl ⟶ FeCl2 + H2S↑$
$FeS + 2H^{+} + 2Cl^{-} = Fe^{2+} + 2Cl^{-} + H_{2}S↑$
$FeS + 2H^{+} = Fe^{2+} + H_{2}S↑$
4. Какие из перечисленных ниже веществ взаимодействуют с гидроксидом натрия: оксид углерода (IV), гидроксид кальция, оксид меди (II), нитрат меди (II), хлорид аммония, кремниевая кислота, сульфат калия? Запишите уравнения возможных реакций в молекулярной и ионной формах. Если реакции не протекают, объясните почему.
Ответ:
1) $CO_{2} + 2NaOH = Na_{2}CO_{3} + H_{2}O$
$CO_{2} + 2Na^{+} + 2OH^{-} = 2Na^{+} + CO_{3}^{2-} + H_{2}O$
$CO_{2} + 2OH^{-} = CO_{3}^{2-} + H_{2}O$
2) $Ca(OH)_{2} + NaOH$ ⇸ не идет, т. к. основные оксиды не взаимодействуют между собой.
3) CuO + NaOH ⇸ не идет, т. к. гидроксиды и основные оксиды не взаимодействуют друг с другом.
4) $Cu(NO_{3})_{2} + 2NaOH = 2NaNO_{3} + Cu(OH)_{2}↓ $
$Cu^{2+} + 2NO_{3}^{-} + 2Na^{+} + 2OH^{-} = 2Na^{+} + 2NO_{3}^{-} + Cu(OH)_{2}↓ $
$Cu^{2+} + 2OH^{-} = Cu(OH)_{2}↓ $
5) $NH_{4}Cl + NaOH = NaCl + NH_{3}↑ + Н_{2}O $
$NH_{4}^{+} + Cl^{-} + Na^{+} + OH^{-} = Na^{+} + Cl^{-} + NH_{3}↑ + Н_{2}O $
$NH_{4}^{+} + OH^{-} = NH_{3}↑ + Н_{2}O $
6) $H_{2}SiO_{3} + 2NaOH = Na_{2}SiO_{3} + 2H_{2}O$
$H_{2}SiO_{3} + 2Na^{+} + 2OH^{-} = 2Na^{+} + SiO_{3}^{2-} +2H_{2}O $
$H_{2}SiO_{3} + 2OH^{-} = SiO_{3}^{2-}+ 2H_{2}O$
7) $K_{2}SO_{4} + NaOH$ ⇸ реакция не идет, т. к. не образуется газ, или осадок, или вода
5. Дайте определения всех классов веществ, приведённых в схеме 1. На какие группы делится каждый класс веществ?
Схема 1. Классификация неорганических веществ.
Вещества
простые | сложные
неметаллы металлы | оксиды основания кислоты соли
Ответ:
Определения классов веществ
Неметаллы – химические элементы, атомы которых могут принимать электроны для завершения внешнего энергетического уровня.
Металлы – химические элементы, атомы которых не могут принимать электроны для завершения внешнего энергетического уровня.
Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых – кислород в степени окисления -2.
Основания – это сложные вещества, состоящие из ионов металлов и связанных с ними гидроксид-ионов. Кислоты – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода и кислотного остатка.
Соли – это сложные вещества, состоящие из ионов металлов и кислотных остатков.
Группы классов веществ
Класс оксидов делится на группы:
по способности образовывать соли: солеобразующие, несолеобразующие;
по способности образовывать кислоты и гидроксиды: кислотные, основные, амфотерные.
Класс оснований делится на группы:
по кислотности: одноосновные, двухосновные, трехосновные;
по растворимости в воде: растворимые, нерастворимые;
по стабильности: стабильные, нестабильные.
по степени электролитической диссоциации: сильные, слабые.
Класс кислот делится на группы:
по наличию кислорода: кислородсодержащие, бескислородные;
по основности: одноосновные, двухосновные, трехосновные;
по растворимости в воде: растворимые, нерастворимые;
по стабильности: стабильные, нестабильные;
по степени электролитической диссоциации: сильные, слабые;
по летучести: летучие, нелетучие.
Класс солей делится на группы:
по типу катионов: средние, кислые, основные.
