1.3.5. Взаимосвязь между классами неорганических соединений кратко

Многообразие неорганических соединений наиболее логично отражают так называемые генетические ряды, которые содержат соединения одного элемента, принадлежащие различным классам. Как правило, такой ряд представлен элементом, его оксидом, гидроксидом и соответствующей солью. Например, генетический ряд типичного металла и генетический ряд неметалла выглядят так:

Стрелка (→) в данных схемах означает «соответствует». Так, типичному металлу соответствуют основный оксид, гидроксид, соль, в частности Са — оксид СаО, гидроксид Са(ОН)2, соль Са(NO3)2.

Свойства соединений металлов и неметаллов по своей сути противоположны, поэтому вещества разных генетических рядов могут взаимодействовать друг с другом, образуя преимущественно соли. Некоторые варианты таких попарных взаимодействий могут быть отражены схемами на основе генетических рядов, из которых видно, что продуктами взаимодействия веществ разных генетических рядов являются, в основном, соли (рис. 6.5, 6.6).

Рис. 6.5. Продукты взаимодействия веществ разных генетических рядов

Рис. 6.6. Взаимодействие веществ генетического ряда металла с кислотой — представителем генетического ряда неметалла

При взаимодействии металлов и неметаллов образуются как соли (галогениды, сульфиды — NaCl, Al2S3), так и бинарные соединения, не относящиеся к классу солей (нитриды, фосфиды, карбиды, гидриды, оксиды — Li3N, Ca3P2, Al4C3, NaH, CaO).

Генетические ряды в органической химии образуют соединения, содержащие одинаковое число атомов углерода:

С3Н8 → С3Н7Сl → С3Н7ОН → C2H5СНО → C2H5СОOH → CH3CH(Cl)СОOH → CH3CH(NH2)СОOH → NH—CH(CH3)CO

Знание особенностей каждого вида взаимодействий необходимо при выполнении различных заданий и решении экспериментальных задач. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В практической деятельности химики получают новые вещества из имеющихся в их распоряжении: например, серную кислоту — из серного колчедана, аммиак — из азота, азотную кислоту — из аммиака, цинк — из цинковой обманки и т. д. При этом, как правило, необходимо провести серию реакций, чтобы получить нужный продукт. Например, один из вариантов получения цинка из природного минерала ZnS можно представить схемой превращений:

ZnS → ZnO → Zn,

для осуществления которых необходимы реакции:

1) окисления сульфида цинка кислородом (обжиг):

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2;

2) восстановления металла из оксида:

ZnO + С = СО + Zn.

На выбор пути превращений и разработку технологических процессов влияют знание свойств веществ, учет доступности реагентов, безопасности процессов и многие другие факторы.

В качестве примера рассмотрим превращение веществ одного генетического ряда — основного оксида в гидроксид.

Таким образом, выбор реагентов зависит от того, чем является продукт превращения — гидроксид металла: щелочью или нерастворимым основанием. Для получения щелочи из оксида достаточно иметь воду, а нерастворимое основание можно получить только из раствора соли. Поэтому оксид необходимо предварительно превратить в растворимую соль, а затем добавить раствор щелочи.

Вопросы, задания, задачи

1. Выпишите химические формулы веществ, образующих генетический ряд магния: МnO, Mn(OH)2, Mg(OH)2, MgO, K2SO4, MgSO4, Mg, Mn, MnSO4.

2. Заполните таблицу, используя формулы веществ: Fe(ОН)2, СаО, Н2SO4, SО3, СО2, NaOH, Na2SO4, НСl, Н2SO3, K3PO4, Ba(ОН)2, КСl.

3. Составьте генетические ряды металлов:

• а) … → … → … → хлорид магния;
• б) … → … → … → сульфат цинка;
• в) … → оксид натрия → … → …;
• г) … → … → гидроксид калия → ….

4. Составьте уравнения реакций согласно рисунку 6 на примере серной кислоты.

5. Составьте уравнения реакций для двух превращений:

• а) ВаО → Ba(ОH)2 и Al2O3 → Al(ОH)3;
• б) Li2О → LiОH и Fe2O3 → Fe(ОH)3.

Почему вам потребовалось составить разное число уравнений реакций в предложенных превращениях?

6. Составьте генетический ряд натрия и генетический ряд углерода. В чем их принципиальное отличие? Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить последовательное получение веществ в каждом ряду.

7. Рассчитайте массу цинка, полученного в результате превращений: ZnS → ZnO → Zn, если масса исходного сульфида цинка равна 29,1 г, а потери составили 5 %.

8. Cоставьте уравнения реакций согласно схеме:

• a) Вa ВаО Вa(OH)2 ВаСl2 ВaCO3 …;
• б) С СО2 Н2СO3 Na2СO3 CaCO3 ….

9. Определите простое вещество Х в генетическом ряду и составьте уравнения соответствующих реакций:

Х Х2О5 Н3ХO4 K3ХO4,

если массовая доля кислорода в соединении K3ХO4 равна 30,19 %.

10. Определите простое вещество Х в генетическом ряду и составьте уравнения соответствующих реакций:

ХХО2Н2ХO3NaНХO3,

если массовая доля элемента Х в соединении NaНХO3 равна 30,77 %.

Самоконтроль

1. Не является соединением генетического ряда магния:

• а) МnO;
• б) Мg(OH)2;
• в) MgSO4;
• г) MgO.

2. Действием воды можно осуществить превращения:

• а) СаO → Сa(OH)2;
• б) Р2О5 → Н3РO4;
• в) SiO2 → H2SiO3;
• г) ZnO → Zn(OH)2.

3. Продуктами взаимодействия металла и неметалла являются соединения:

• а) K2S;
• б) AlCl3;
• в) SO3;
• г) MgBr2.

4. Продукт превращения SO3 образует соли, реагируя с веществами:

• а) МgO;
• б) Fe(OH)2;
• в) S;
• г) Na2SiO3.

5. Массовая доля кислорода в сульфате, полученном в превращении Х → ВаО → Ba(ОH)2 → ХSO4, равна:

• а) 6,9 %;
• б) 13,7 %;
• в) 27,5 %;
• г) 72,5 %.