Тема 21

Классы неорганических соединений. Генетическая связь

Что проверяют по спецификации:

Оксиды: основные, кислотные, амфотерныеОснования и щёлочиКислотыСоли: средние, кислые, основныеРяд активности металловЦепочки превращений

Суть за минуту

Почти все неорганические вещества относятся к четырём классам: оксиды, основания, кислоты и соли. Металлы дают основные оксиды и основания, неметаллы — кислотные оксиды и кислоты, а при встрече «металлической» и «неметаллической» ветвей образуется соль. Это и есть генетическая связь — основа всех цепочек превращений на ЕНТ.

Объясняем просто

Представьте две «семьи»: семья металла и семья неметалла. Они встречаются — и рождается соль.

Семья металла

Ca → CaO → Ca(OH)2: металл → основный оксид → основание. Основания «любят» кислоты.

Семья неметалла

S → SO2 → SO3 → H2SO4: неметалл → кислотный оксид → кислота. Кислоты «любят» основания.

Встреча = соль

Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2H2O. Правило: реагируют «противоположности» — основное с кислотным. Два основных оксида или две кислоты между собой не реагируют.

Амфотерные — «двуличные»

ZnO, Al2O3, Zn(OH)2, Al(OH)3 реагируют и с кислотами, и со щелочами.

Главные формулы

Me→MexOy→Me(OH)y→соль\text{Me}\to\text{Me}_x\text{O}_y\to\text{Me(OH)}_y\to\text{соль}
Генетический ряд металла
НеМе→НеМеxOy→кислота→соль\text{НеМе}\to\text{НеМе}_x\text{O}_y\to\text{кислота}\to\text{соль}
Генетический ряд неметалла
n(NaOH)n(CO2): ≤1⇒NaHCO3; ≥2⇒Na2CO3\dfrac{n(\text{NaOH})}{n(\text{CO}_2)}:\ \le1\Rightarrow\text{NaHCO}_3;\ \ge2\Rightarrow\text{Na}_2\text{CO}_3
Какая соль образуется (кислая или средняя)

Понятия и термины

Оксид
Соединение элемента с кислородом в степени окисления −2: CaO, CO2
Основание
Металл + гидроксогруппы OH: NaOH, Cu(OH)2; растворимые основания — щёлочи
Кислота
Атомы водорода + кислотный остаток: HCl, H2SO4; число H — основность
Соль
Металл (или NH4) + кислотный остаток: средние Na2SO4, кислые NaHSO4, основные (CuOH)2CO3
Амфотерность
Способность проявлять и основные, и кислотные свойства (Al(OH)3, Zn(OH)2, BeO)
Несолеобразующие оксиды
CO, NO, N2O, SiO — не образуют солей

Разбор темы

Оксиды 8 класс

Основные — оксиды металлов в степени окисления +1, +2: Na2O, CaO, CuO. Кислотные — оксиды неметаллов и металлов в высоких степенях окисления: CO2, SO3, P2O5, Mn2O7, CrO3. Амфотерные: ZnO, Al2O3, BeO, Fe2O3.

Основные оксиды реагируют с кислотами и кислотными оксидами; кислотные — со щелочами и основными оксидами; с водой реагируют только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов и большинство кислотных (кроме SiO2).

Основания 8 класс

Щёлочи (растворимые): LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2. Нерастворимые: Cu(OH)2, Fe(OH)3 — при нагревании разлагаются на оксид и воду.

Щёлочи меняют окраску индикаторов (фенолфталеин — малиновый), реагируют с кислотами (нейтрализация), кислотными оксидами и солями (если выпадает осадок).

Кислоты 8 класс

По составу: кислородсодержащие (H2SO4, HNO3) и бескислородные (HCl, H2S). По основности: одно-, двух-, трёхосновные (H3PO4).

Кислоты реагируют с металлами, стоящими в ряду активности до водорода (кроме HNO3 и конц. H2SO4 — у них особые реакции), с основными оксидами, основаниями и солями более слабых или летучих кислот: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2.

Соли 8 класс

Средние (K2SO4), кислые (KHSO4, NaHCO3) — образуются при недостатке щёлочи; основные ((CuOH)2CO3) — при недостатке кислоты.

Соли реагируют с металлами (более активный вытесняет менее активный из раствора), с кислотами, щелочами и другими солями — если образуется осадок, газ или вода.

Ряд активности металлов 8 класс

Li K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au. Металлы до водорода вытесняют H2 из растворов кислот; каждый металл вытесняет из растворов солей металлы, стоящие правее (кроме самых активных — Li…Na, которые реагируют с водой).

Генетическая связь 8, 11 класс

Цепочки превращений решаются по шагам: определите класс каждого вещества и подберите реагент, который переводит один класс в другой.

Например: Cu → CuO → CuSO4 → Cu(OH)2 → CuO: нагрев в кислороде; H2SO4; NaOH; нагрев.

Примеры задач с решением

Задача 1Осуществите цепочку Ca → CaO → Ca(OH)2 → CaCO3 → CaCl2.
  1. 2Ca + O2 → 2CaO
  2. CaO + H2O → Ca(OH)2
  3. Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
  4. CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Ответ 4 уравнения выше
Задача 2Какие из веществ реагируют с NaOH: CO2, CaO, HCl, CuSO4, KCl?
  1. CO2 — кислотный оксид, реагирует.
  2. CaO — основный оксид, не реагирует; KCl — нет осадка/газа, не реагирует.
  3. HCl — нейтрализация; CuSO4 — осадок Cu(OH)2.
Ответ CO2, HCl, CuSO4

Сложные задачи: шаг за шагом

Задача 1Через раствор, содержащий 12 г гидроксида натрия, пропустили 4,48 л углекислого газа (н. у.). Какие соли и какой массы образовались?

Идея: Состав соли зависит от соотношения щёлочь : CO2. Между 1 и 2 — образуется смесь кислой и средней солей.

  1. Шаг 1. Моли реагентов
    n(NaOH)=12/40=0,3n(\text{NaOH})=12/40=0{,}3 моль; n(CO2)=4,48/22,4=0,2n(\text{CO}_2)=4{,}48/22{,}4=0{,}2 моль.
  2. Шаг 2. Соотношение
    0,3:0,2=1,50{,}3:0{,}2=1{,}5 — между 1 (NaHCO3) и 2 (Na2CO3). Значит, получится смесь двух солей.
  3. Шаг 3. Составляем систему
    Пусть xx моль Na2CO3 и yy моль NaHCO3.
    По углероду: x+y=0,2x+y=0{,}2. По натрию: 2x+y=0,32x+y=0{,}3.
  4. Шаг 4. Решаем
    Вычитаем: x=0,1x=0{,}1, тогда y=0,1y=0{,}1.
  5. Шаг 5. Массы
    m(Na2CO3)=0,1⋅106=10,6m(\text{Na}_2\text{CO}_3)=0{,}1\cdot106=10{,}6 г; m(NaHCO3)=0,1⋅84=8,4m(\text{NaHCO}_3)=0{,}1\cdot84=8{,}4 г.
Ответ 10,6 г Na2CO3 и 8,4 г NaHCO3
Задача 2Осуществите превращения Al → Al2O3 → AlCl3 → Al(OH)3 → Na[Al(OH)4] и объясните, почему на третьем шаге щёлочь берут в недостатке.

Идея: Алюминий — амфотерный: его гидроксид растворяется в избытке щёлочи.

  1. Шаг 1. Металл → оксид
    4Al + 3O2 → 2Al2O3 (горение порошка алюминия).
  2. Шаг 2. Оксид → соль
    Амфотерный оксид реагирует с кислотой: Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O.
  3. Шаг 3. Соль → гидроксид
    AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl — белый студенистый осадок.
    Щёлочь — строго 3 моль на 1 моль соли: в избытке осадок растворится.
  4. Шаг 4. Гидроксид → комплексная соль
    Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] — тетрагидроксоалюминат натрия. Это и есть проявление кислотных свойств амфотерного гидроксида.
Ответ 4 уравнения; избыток щёлочи растворяет Al(OH)3

Частые ловушки на ЕНТ

  • CO, NO, N2O — несолеобразующие: не реагируют ни с кислотами, ни со щелочами.
  • SiO2 — кислотный оксид, но с водой не реагирует.
  • Медь, серебро не вытесняют водород из соляной кислоты.
  • Реакция обмена идёт, только если образуется осадок, газ или вода.

Запомнить

Основное + кислотное → соль. Амфотерное реагирует с обеими сторонами. Цепочка: определи класс → подбери реагент.

Проверь себя

1. Какой оксид амфотерный?
  1. Na2O
  2. ZnO
  3. SO3
  4. CO
Показать ответ

ZnO ZnO реагирует и с кислотами, и со щелочами.

2. Какая соль кислая?
  1. Na2SO4
  2. NaHSO4
  3. (CuOH)2CO3
  4. K3PO4
Показать ответ

NaHSO4 В кислой соли есть атом водорода кислоты.

3. Медь вытесняет металл из раствора соли:
  1. ZnSO4
  2. FeCl2
  3. AgNO3
  4. MgCl2
Показать ответ

AgNO3 Cu стоит левее Ag в ряду активности.

4. При пропускании избытка CO2 через раствор NaOH образуется:
  1. Na2CO3
  2. NaHCO3
  3. Na2O
  4. H2CO3
Показать ответ

NaHCO3 В избытке кислотного оксида получается кислая соль.

Связанные темы

2. Периодический закон и периодическая система5. Ионные равновесия. Гидролиз солей6. Металлы и неметаллы. Производство металлов

Узнай свой уровень: бесплатная диагностика ЕНТ