"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А. и др./ Под ред. Лунина В.В.
Генетическая связь показывает, как вещества разных классов можно превратить друг в друга с помощью химических реакций. Типичный ряд металла ведёт от металла через оксид и основание к соли, а ряд неметалла — от неметалла через кислотный оксид и кислоту к соли. Эти схемы помогают составлять цепочки превращений, но не означают, что каждый переход возможен сам собой: нужно подобрать реагенты и проверить условия реакции.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Генетическая связь между классами веществ — закономерные превращения, показывающие, как вещества разных классов могут быть получены друг из друга. Она нужна, чтобы видеть не отдельные формулы, а последовательность химических изменений: например, от металла к его соли. Каждый шаг такой последовательности должен соответствовать возможной реакции.
Генетический ряд металла — последовательность превращений, связывающая металл, его оксид, основание и соль. Такой ряд помогает понять, каким реагентом можно перевести вещество из одного класса в другой. Типичная схема выглядит так: металл → основный оксид → основание → соль.
Генетический ряд неметалла — последовательность превращений, связывающая неметалл, его кислотный оксид, кислоту и соль. Он показывает, как из простого вещества можно прийти к соли через соединения с кислородом. Типичная схема: неметалл → кислотный оксид → кислота → соль.
Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла и анионов кислотного остатка; катионы имеют положительный заряд, а анионы — отрицательный. Соль может быть общим продуктом превращений веществ разных классов, например кислоты и основания. Это понятие нужно, чтобы правильно составлять формулы продуктов реакции и связывать ряды металлов и неметаллов.
В ряду металла первый переход часто происходит при взаимодействии металла с кислородом. Кислород соединяется с атомами металла, и образуется оксид; для ряда выбирают металл, который при данных условиях действительно реагирует. Оксид называют основным, если ему свойственны реакции, характерные для оснований, например взаимодействие с кислотой.
Следующий шаг — получение основания из подходящего оксида и воды. Вода может присоединяться к основному оксиду, и в результате появляется гидроксид металла, то есть основание; например, Na₂O + H₂O → 2NaOH. Однако так ведут себя не все оксиды: сначала проверяют, относится ли вещество к оксидам, реагирующим с водой, и учитывают условия реакции.
Основание превращается в соль при реакции с кислотой: кислотный остаток кислоты соединяется с катионом металла, а вода обычно образуется из других частей реагентов. Например, NaOH + HCl → NaCl + H₂O. Соль можно получить и иначе: металл или его оксид реагирует с кислотой, если металл достаточно активен или свойства оксида позволяют провести такую реакцию.
В ряду неметалла начальным веществом служит простое вещество, которое при реакции с кислородом образует кислотный оксид. Такой оксид называют кислотным по его химическим свойствам, а не просто потому, что в составе есть кислород. Некоторые кислотные оксиды взаимодействуют с водой и дают кислоту: например, P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄; для других оксидов подобный переход может быть невозможен.
Кислота образует соль при реакции с основанием или основным оксидом. В этих превращениях кислотный остаток становится частью соли, а второй продукт зависит от реагентов: при нейтрализации основания обычно получается вода. Поэтому ряды металлов и неметаллов сходятся на солях: соль можно получить и из соединений металла, и из кислоты, связанной с неметаллом. Но схему нельзя считать гарантией реакции: проверяй свойства веществ, растворимость продуктов и условия, а затем записывай уравнение.
| Сравнение | Генетический ряд металла | Генетический ряд неметалла |
|---|---|---|
| Начальное простое вещество | Металл | Неметалл |
| Оксид, образующийся при взаимодействии с кислородом | Обычно основный оксид | Обычно кислотный оксид |
| Превращение оксида при взаимодействии с водой | Подходящий оксид образует основание | Подходящий оксид образует кислоту |
| Как получается соль | Из основания и кислоты; возможны реакции металла или оксида с кислотой | Из кислоты и основания либо основного оксида |
| Пример последовательности веществ | Na → Na₂O → NaOH → NaCl | P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ |
| Пример уравнения перехода к соли | NaOH + HCl → NaCl + H₂O | 2H₃PO₄ + 3Ca(OH)₂ → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O |
Сначала определи, от какого простого вещества начинается ряд, затем проследи, какие классы соединений сменяют друг друга. Таблица показывает типичные схемы, а не правило, что любой оксид реагирует с водой. Для конкретного перехода подбери реагенты и проверь, может ли реакция идти.
Условие: составить уравнения превращений и указать необходимые условия. Сначала определим классы веществ: Na — металл, Na₂O — основной оксид, NaOH — основание, NaCl — соль. Значит, на первых двух шагах нужны кислород и вода, а на последнем — кислота.
Ответ: 4Na + O₂ → 2Na₂O; Na₂O + H₂O → 2NaOH; NaOH + HCl → NaCl + H₂O. Для первого перехода нужны кислород и нагревание, для второго — вода, для третьего — раствор HCl. В каждом уравнении сохранено одинаковое число атомов каждого элемента слева и справа.
Условие: проследить ряд P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ и записать реакции. Фосфор — неметалл, поэтому ожидаем кислотный оксид, затем кислоту и соль. Для получения соли подойдёт основание, содержащее кальций.
Ответ: 4P + 5O₂ → 2P₂O₅; P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄; 2H₃PO₄ + 3Ca(OH)₂ → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O. В последней реакции коэффициенты выбраны с учётом состава соли и числа атомов водорода и кислорода. Так ряд неметалла завершается образованием фосфата кальция.
Условие: предложить два способа получения сульфата меди(II) из оксида меди(II), назвать классы исходных веществ. CuO — основный оксид, а в формуле CuSO₄ содержится кислотный остаток SO₄²⁻. Значит, можно подобрать серную кислоту и соединить её либо с оксидом, либо с соответствующим основанием.
Ответ: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O; Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O. Во втором варианте Cu(OH)₂ используют как исходное вещество, а не получают из CuO водой, поскольку такой переход не происходит. Это показывает, почему цепочку формул нужно проверять по возможностям каждой реакции.
Ошибка — считать, что любой оксид при добавлении воды образует кислоту или основание. Так думают, потому что в некоторых типичных примерах именно так и происходит, но свойства оксидов различаются. Проверь класс оксида и его химические свойства; если известно, что с водой он не реагирует, не включай такой переход в цепочку.
Запись цепочки одних формул вместо уравнений не доказывает, что превращения возможны. Она также не показывает реагенты и не позволяет проверить сохранение атомов. Для каждого шага укажи вещество, с которым реагирует исходное соединение, запиши продукты и уравняй уравнение.
Основный и кислотный оксиды иногда путают, ориентируясь только на присутствие кислорода. Но кислород есть в оксидах обоих типов, поэтому состав сам по себе не определяет их свойства. Проверь, с какими веществами оксид реагирует: например, основные оксиды могут реагировать с кислотами, а кислотные — с основаниями.
Формулу соли нельзя составлять наугад или оставлять реакцию неуравненной. Ошибка возникает, когда не учитывают заряды катиона металла и кислотного остатка или не проверяют число атомов. Убедись, что суммарный заряд соли равен нулю, а после записи уравнения сравни количество атомов каждого элемента слева и справа.
Для работы с генетическими рядами нужно знать классы неорганических веществ и уметь отличать оксиды, кислоты, основания и соли. Понадобятся правила составления формул: особенно важно учитывать заряды ионов при записи соли. Также нужно уметь составлять и уравнивать реакции и пользоваться таблицей растворимости, чтобы оценивать возможность образования продуктов.
Эти знания применяются при составлении цепочек превращений и изучении химических свойств металлов, неметаллов и их соединений. Генетический ряд помогает связать отдельные реакции в последовательность: из одного класса веществ получить другой. Проверка условий и растворимости позволяет отличить реальный химический переход от формальной записи.
Что называют генетической связью между классами веществ?
Это закономерные превращения, связывающие вещества разных классов. Например, металл можно превратить в оксид, затем в основание и соль, если подобрать подходящие реакции.
Почему генетический ряд металла обычно включает оксид и основание?
Металл при реакции с кислородом может образовать основный оксид. Некоторые такие оксиды реагируют с водой и дают основание, которое затем можно превратить в соль.
Всегда ли кислотный оксид реагирует с водой с образованием кислоты?
Нет: способность реагировать с водой зависит от свойств оксида. Некоторые кислотные оксиды с водой не реагируют, поэтому переход к кислоте нужно проверять, а не считать автоматическим.
Какими способами можно получить соль?
Например, соль образуется при реакции кислоты с основанием или основным оксидом. В зависимости от свойств веществ её также можно получить взаимодействием металла либо его оксида с кислотой.
Как проверить, возможен ли переход между двумя веществами в цепочке?
Нужно выбрать реагент, записать предполагаемое уравнение и проверить, соответствует ли оно химическим свойствам веществ. Учитывают также растворимость продуктов и условия реакции, а затем уравнивают формулы.
§ 38. Генетическая связь между важнейшими классами неорганических веществ
