"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Генетическая связь показывает, как вещества разных классов можно превращать друг в друга с помощью химических реакций. Для металлов типична цепочка «металл → основной оксид → основание → соль», для неметаллов — «неметалл → кислотный оксид → кислота → соль». Такие ряды помогают предсказывать продукты реакций и составлять цепочки превращений. Но каждый переход нужно проверять: не все вещества реагируют друг с другом, а некоторые оксиды не взаимодействуют с водой.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Генетическая связь — взаимосвязь классов веществ, которая проявляется в возможности получать вещества одного класса из веществ другого класса. Например, металл можно превратить в оксид, а из оксида — получить другие соединения. Это понятие помогает увидеть не отдельные реакции, а связи между ними.
Генетический ряд металла — последовательность веществ, построенная на основе металла и соединённая химическими превращениями. Типичный путь выглядит так: металл → основной оксид → основание → соль. Такой ряд помогает предсказать, какие вещества можно получить из металла и какие реакции для этого понадобятся.
Генетический ряд неметалла — последовательность веществ, построенная на основе неметалла. Обычно она включает неметалл, кислотный оксид, кислоту и соль: неметалл → кислотный оксид → кислота → соль. По этому ряду удобно проследить, как свойства неметалла проявляются в его соединениях.
Генетический ряд — цепочка веществ разных классов, в которой каждое последующее вещество получают из предыдущего химической реакцией. Стрелка обозначает направление превращения, но сама по себе не доказывает, что оно возможно. Поэтому для каждого шага подбирают реагенты и записывают уравнение реакции.
Металлы обычно отдают электроны в химических реакциях и образуют соединения, в которых проявляют положительную степень окисления. При взаимодействии с кислородом металл может превратиться в оксид, а многие оксиды металлов относятся к основным. Поэтому для металлов выстраивают путь от простого вещества к оксиду, а затем проверяют, можно ли получить основание и соль.
Основный оксид, если он реагирует с водой, образует основание. Например, оксид кальция соединяется с водой с образованием гидроксида кальция. Основание можно превратить в соль реакцией с кислотой: частицы основания и кислоты образуют соль и воду. Так каждый новый класс веществ появляется благодаря характерной реакции предыдущего вещества.
Неметаллы при взаимодействии с кислородом часто дают кислотные оксиды. Некоторые из них реагируют с водой, образуя кислоты; например, SO₂ даёт H₂SO₃. Кислота может реагировать с основанием с образованием соли и воды. Так проявляется типичное направление превращений для ряда неметалла.
Ряд не обязан содержать все промежуточные вещества: иногда в условии указаны только начальное и конечное вещества, а между ними нужно вставить подходящие соединения. Кроме того, одно и то же превращение может потребовать нескольких реакций. Возможность каждого шага зависит от свойств конкретных веществ, их растворимости и условий проведения реакции; например, не все оксиды реагируют с водой.
Чтобы составить цепочку, сначала определяют классы исходного и конечного веществ, а затем выбирают промежуточные вещества и реагенты, которые могут обеспечить переход. Для каждого шага составляют формулы продуктов и проверяют, возможна ли реакция: например, образуется ли газ, осадок или вода либо происходит другое характерное взаимодействие. После этого расставляют коэффициенты и убеждаются, что число атомов каждого элемента слева и справа одинаково.
| Признак | Ряд металла | Ряд неметалла |
|---|---|---|
| Типичная последовательность классов веществ | Металл → основной оксид → основание → соль | Неметалл → кислотный оксид → кислота → соль |
| Пример ряда | Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCl₂ | S → SO₂ → H₂SO₃ → Na₂SO₃ |
| Как получают оксид | Окисляют металл кислородом | Окисляют неметалл кислородом |
| Как получают основание или кислоту | Основный оксид соединяют с водой, если реакция возможна | Кислотный оксид соединяют с водой, если реакция возможна |
| Как получают соль | Основание взаимодействует с кислотой | Кислота взаимодействует с основанием |
Сначала найдите в таблице классы веществ, которые нужно пройти, а затем выберите подходящие реагенты. Формулы в примерах показывают общий тип цепочки, но возможность каждого шага зависит от свойств конкретных веществ. Если реакция с водой не идёт, подберите другой способ получения нужного соединения.
Нужно последовательно получить основной оксид, основание и соль. Для первого перехода кальций соединяют с кислородом, для второго оксид — с водой, а для третьего основание — с соляной кислотой. Проверим уравнения и уравняем число атомов каждого элемента.
Ответ: 2Ca + O₂ → 2CaO; CaO + H₂O → Ca(OH)₂; Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O.
Здесь исходное вещество — неметалл, поэтому используем типичный ряд неметалла: кислотный оксид, кислота, соль. Сначала сера окисляется кислородом, затем диоксид серы реагирует с водой. Для получения соли подойдёт щёлочь NaOH, поскольку кислота взаимодействует с основанием.
Ответ: S + O₂ → SO₂; SO₂ + H₂O → H₂SO₃; H₂SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₃ + 2H₂O.
Между оксидом железа(III) и хлоридом железа(III) нужен промежуточный реагент — соляная кислота. Затем из раствора соли можно осадить нерастворимое основание щёлочью. В каждом уравнении проверим состав веществ и количество атомов.
Ответ: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃; Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O; FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl.
Считать, что любой оксид металла при взаимодействии с водой образует основание. Так думают, потому что этот шаг часто приводят как часть ряда металла. Однако некоторые оксиды с водой не реагируют. Проверяйте свойства конкретного оксида и при необходимости выбирайте другой способ получения основания.
Путать кислотный и основной оксид. Ошибка возникает, если выбирать реагент только по слову «оксид», не учитывая его свойства. Основные оксиды обычно реагируют с кислотами, а кислотные — с основаниями; некоторые оксиды с водой образуют соответствующее основание или кислоту. Перед записью реакции определите класс оксида и подберите подходящее вещество.
Записывать превращения стрелками без проверки реакции. Цепочка может выглядеть правдоподобно, но выбранные вещества не обязательно взаимодействуют. Такую ошибку допускают, когда запоминают схему, но не применяют знания о свойствах веществ. Составьте уравнение для каждого перехода и проверьте, есть ли причина протекания реакции.
Не учитывать валентность, растворимость и коэффициенты. Тогда можно получить неверную формулу соли или основания, а уравнение не будет сохранять число атомов. Ошибка часто появляется при составлении формулы по названиям без проверки зарядов и состава ионов. Проверьте формулы, растворимость нужных веществ и число атомов с обеих сторон уравнения.
Для работы с генетическими рядами нужно знать классы неорганических веществ и их характерные свойства. Важно уметь составлять формулы оксидов, оснований, кислот и солей, а также уравнивать реакции. Эти знания связывают тему с химическими свойствами веществ и реакциями обмена, где продукты часто определяются по взаимодействию классов соединений. Навык пригодится и при решении задач на цепочки превращений: он помогает выбрать промежуточные вещества и проверить каждый шаг.
Что называют генетической связью между классами веществ?
Это возможность получать вещества одного класса из веществ другого класса с помощью химических реакций. Например, из металла можно получить оксид, затем основание и соль.
Чем генетический ряд металла отличается от ряда неметалла?
В типичном ряду металла металл превращается в основной оксид, затем в основание и соль. В ряду неметалла образуются кислотный оксид, кислота и соль.
Как из основного оксида получить основание?
Некоторые основные оксиды реагируют с водой и образуют основания: например, CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Такой способ подходит не для каждого оксида металла.
Как из кислотного оксида получить кислоту?
Кислотный оксид можно соединить с водой, если они реагируют. Например, SO₂ + H₂O → H₂SO₃, образуется сернистая кислота.
Можно ли составить генетический ряд, если некоторые переходы требуют нескольких реакций?
Да. В генетическом ряду главное — показать связь между веществами, а не обязательно записать каждый промежуточный шаг. Если прямое превращение невозможно, его проводят через несколько реакций и проверяют каждую из них.
§ 43. Генетическая связь между классами веществ
