"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Соли — это соединения металлов или аммония с кислотными остатками. Они могут реагировать с металлами, кислотами, щёлочами и другими солями, а некоторые разлагаются при нагревании. Чтобы предсказать результат реакции, проверяют ряд активности металлов и растворимость продуктов: обмен в растворе идёт до конца, если образуется осадок, газ или вода. Генетические ряды показывают, как превращать вещества одного элемента друг в друга.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Соль — сложное вещество, состоящее из катионов металла (или аммония NH₄⁺) и анионов кислотного остатка. Например, в Na₂SO₄ катионы натрия связаны с сульфат-ионами SO₄²⁻. Кислотный остаток получается из кислоты при замещении её атомов водорода, а катион металла можно связать с основанием. Это помогает понимать состав формулы соли и подбирать вещества для реакций.
Реакция ионного обмена — реакция между электролитами в растворе, при которой их ионы обмениваются партнёрами. Например, при смешивании растворов BaCl₂ и Na₂SO₄ образуются BaSO₄ и NaCl. Обмен протекает до конца, если среди продуктов есть осадок, газ или вода: такие вещества уходят из раствора и не могут продолжать обмениваться ионами. Поэтому определение помогает заранее решить, будет ли реакция заметной.
Генетический ряд металла — последовательность взаимосвязанных веществ, позволяющая проследить переход от металла к его соединениям и обратно. Типичный путь: металл, его оксид, основание, соль. Например, от кальция можно перейти к CaO, затем к Ca(OH)₂ и CaCl₂. Понятие нужно, чтобы планировать превращения и записывать для каждого шага подходящую реакцию.
Генетический ряд неметалла — последовательность веществ, показывающая переход от неметалла к его соединениям. Обычно сначала неметалл превращается в кислотный оксид, затем из него получают кислоту, а из кислоты — соль. Так, углерод связан с CO₂, H₂CO₃ и Na₂CO₃. Ряд помогает увидеть, как один и тот же элемент сохраняется в разных веществах.
Металл может вытеснить из раствора соли другой металл, если он активнее него. Активный металл легче отдаёт электроны и превращается в ионы, а ионы менее активного металла принимают электроны и становятся атомами. Сравнить металлы помогает ряд активности: стоящий в нём выше обычно вытесняет стоящий ниже. Для такого правила важно, что речь идёт о растворе соли; условия реакции и особенности металлов тоже имеют значение.
Соль реагирует с кислотой, когда среди продуктов появляется осадок, газ или вода. Например, сильная кислота может вытеснить более слабую из её соли, если слабая кислота выделяется как газ или осадок. Образовавшиеся частицы удаляются из раствора, поэтому обратное соединение ионов затрудняется и реакция практически становится необратимой. Если все продукты остаются растворёнными, обмен обычно не имеет заметного результата.
Соль может обмениваться ионами со щёлочью или другой солью, если один из продуктов выводится из раствора. Осадок образуется, когда сочетание ионов даёт малорастворимое вещество; газ или вода также могут стать причиной завершения обмена. До записи уравнения нужно составить формулы предполагаемых продуктов, а затем проверить их по таблице растворимости. Без этого нельзя заключать, что реакция обязательно произойдёт.
Некоторые соли разлагаются при нагревании, потому что при определённой температуре их состав становится неустойчивым. Например, карбонат кальция распадается: CaCO₃ → CaO + CO₂↑. У других солей продукты могут быть иными: например, при нагревании гидрокарбонат натрия образует карбонат натрия, углекислый газ и воду: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O. Поэтому продукты разложения определяют по конкретной соли, а не по одному общему шаблону.
Генетические ряды показывают переходы между веществами, содержащими один и тот же химический элемент. В ряду металла металл обычно сначала соединяется с кислородом и образует оксид, затем оксид превращают в основание, а основание — в соль. В ряду неметалла неметалл образует кислотный оксид, из него получают кислоту, а затем соль. Каждый переход должен соответствовать возможной реакции, иначе перед нами только список веществ, а не генетический ряд.
В таблице собраны основные случаи: схема показывает возможное направление превращения, а условие подсказывает, что нужно проверить. Пример иллюстрирует типичное уравнение; в реакциях обмена сначала проверьте состав продуктов и их растворимость.
| Случай | Общая схема | Условие протекания | Пример |
|---|---|---|---|
| Соль и металл | соль + металл → новая соль + металл | Металл активнее металла в соли | Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu |
| Соль и кислота | соль + кислота → новая соль + новая кислота | Образуется осадок, газ или вода | BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl |
| Соль и щёлочь | соль + щёлочь → новая соль + новое основание | Один из продуктов — осадок, газ или вода | CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ |
| Соль и соль | соль + соль → две новые соли | Образуется малорастворимый продукт или другой продукт, уходящий из раствора | BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl |
| Разложение соли при нагревании | соль → продукты разложения | Соль разлагается при нагревании | CaCO₃ → CaO + CO₂↑ |
| Генетический ряд металла | металл → оксид → основание → соль | Для каждого перехода подбирают реагент и возможную реакцию | Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCl₂ |
| Генетический ряд неметалла | неметалл → кислотный оксид → кислота → соль | Для каждого перехода подбирают реагент и возможную реакцию | C → CO₂ → H₂CO₃ → Na₂CO₃ |
Задача: определите, произойдёт ли реакция между раствором CuSO₄ и железом, и запишите уравнение. Нужно выяснить, способен ли металл вытеснить медь из её соли. Для этого сравним железо и медь в ряду активности, а затем проверим, правильно ли составлены формулы продуктов.
Ответ: реакция происходит; Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Железо вытесняет медь, потому что оно активнее. Если металл стоит в ряду активности ниже металла в составе соли, такой вывод делать нельзя.
Задача: для растворов BaCl₂ и Na₂SO₄ определите возможность реакции, запишите уравнение и назовите признак её протекания. При обмене катионы бария и натрия меняются кислотными остатками. Сам обмен ещё не доказывает, что реакция завершится, поэтому проверим растворимость образовавшихся веществ.
Ответ: реакция идёт, признак — образование белого осадка BaSO₄. Осадок выводит ионы бария и сульфата из раствора, поэтому обмен фактически протекает до конца. В уравнении коэффициент 2 перед NaCl нужен для сохранения числа атомов натрия и хлора.
Задача: составьте уравнения, связывающие кальций с его солью CaCl₂ через оксид и основание, подбирая необходимые реагенты. Требуемый путь — Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCl₂. Для каждого шага подбираем вещество, которое обеспечит нужное превращение, и записываем уравнение.
Ответ: цепочку обеспечивают три реакции, записанные в пунктах. В последней реакции кислота нейтрализует основание, образуя соль и воду. Так проверяют генетический ряд: каждый соседний компонент должен переходить в следующий по уравнению реакции.
Ошибка — считать, что любая соль реагирует с любой кислотой или щёлочью. Её допускают, потому что видят общий обмен ионов, но забывают проверить продукты. Составьте формулы продуктов и выясните, появится ли осадок, газ или вода; без такого условия обмен в растворе обычно не идёт до конца.
Ошибка — записывать реакцию металла с солью, не сверяясь с рядом активности. Кажется, что любой металл может заменить другой, однако менее активный не вытесняет более активный из раствора. Проверьте положение обоих металлов и убедитесь, что вытесняющий стоит выше.
Ошибка — полагать, что две соли всегда вступают в реакцию при смешивании. Сам факт обмена катионов не означает, что возникло новое устойчивое состояние. Проверьте растворимость обеих предполагаемых солей: если нет осадка и других продуктов, выводящих вещества из раствора, реакция обычно не протекает до конца.
Ошибка — принимать генетический ряд за перечень соединений одного элемента. Это происходит, если не проверять, можно ли перейти от одного вещества к следующему. Для самопроверки запишите уравнение каждого превращения и убедитесь, что оно химически возможно и сбалансировано.
Чтобы разбирать свойства солей, нужно знать состав и названия солей, кислот, оснований и оксидов, а также уметь составлять формулы и уравнения. Для предсказания реакций пригодятся таблица растворимости и ряд активности металлов: первая помогает найти осадок, второй — решить, возможно ли вытеснение металла. Генетические связи помогают составлять цепочки получения веществ и разбирать химические превращения. Поэтому тема объединяет сведения о классах неорганических соединений и правилах реакций.
Как определить, вытеснит ли металл другой металл из раствора соли?
Сравните металлы в ряду активности. Металл, стоящий выше, обычно вытесняет из раствора соли металл, стоящий ниже. Например, железо активнее меди, поэтому вытесняет её из раствора CuSO₄.
Почему некоторые реакции обмена в растворе не происходят?
Если все возможные продукты растворимы и не образуются газ или вода, ионы остаются в растворе и заметного превращения нет. Реакция обмена идёт до конца, когда один из продуктов удаляется из раствора — выпадает в осадок, выделяется как газ или образуется вода.
Как понять, что при реакции соли образуется осадок?
Составьте формулы продуктов обмена и проверьте их растворимость по таблице растворимости. Нерастворимое или малорастворимое вещество обозначают стрелкой вниз, например BaSO₄↓.
Всегда ли соли разлагаются при нагревании?
Нет, разложение при нагревании характерно лишь для некоторых солей, а продукты зависят от их состава. Например, CaCO₃ разлагается на CaO и CO₂, тогда как нельзя заранее считать, что любая соль поведёт себя так же.
Чем генетический ряд металла отличается от ряда неметалла?
В ряду металла обычно прослеживают переход от металла через основный оксид и основание к соли. В ряду неметалла путь чаще начинается с неметалла, затем идут кислотный оксид, кислота и соль.
§ 38. Химические свойства солей. Генетическая связь неорганических соединений
