Решебник по химии 8 класс Габриелян §27

Генетическая связь между классами неорганических соединений

Стр. 116

Вопрос

Образование химических веществ — это результат химических реакций. Какими взаимными превращениями генетически (от греч. genesis — происхождение, возникновение) связаны различные классы веществ?

Различные классы веществ связаны между собой через последовательность химических превращений, образуя генетические ряды. Генетически металлы могут превращаться в основные оксиды, те, в свою очередь, — в основания, которые затем взаимодействуют с кислотами и превращаются в соли. С другой стороны, неметаллы могут образовывать кислотные оксиды, которые, взаимодействуя с водой, дают кислоты, а кислоты, взаимодействуя с основаниями или основными оксидами, приводят к образованию солей. Таким образом, генетические ряды показывают последовательные переходы веществ одного класса в вещества другого класса и демонстрируют их взаимосвязь и происхождение друг от друга.

Стр. 118

Вопрос

Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эти превращения. Возможно, вы сумеете предложить дополнительные связи или варианты превращений указанных веществ.

Приведённый генетический ряд металла меди можно представить следующими уравнениями реакций:

1. Медь при нагревании взаимодействует с кислородом воздуха и образует оксид меди(II):

(2Cu + O₂ → 2CuO).

2. Оксид меди(II) растворяется в серной кислоте с образованием растворимого сульфата меди(II):

(CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O).

3. Сульфат меди(II) при действии щёлочи образует осадок гидроксида меди(II):

(CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄).

4. При нагревании гидроксид меди(II) разлагается обратно до оксида меди(II):

(Cu(OH)₂ → CuO + H₂O).

5. Оксид меди(II) можно восстановить до металлической меди с помощью водорода или углерода (например, углеродом при нагревании):

(CuO + H₂ → Cu + H₂O) или (2CuO + C → 2Cu + CO₂↑).

Дополнительные варианты превращений

Можно напрямую восстановить сульфат меди(II) до металлической меди реакцией с активным металлом, например с железом:

(CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu↓).

Это показывает, что возможны различные пути переходов и взаимосвязей между веществами в генетическом ряду.

Стр. 118

Лабораторный опыт 27

С помощью тигельных щипцов или пинцета нагрейте на пламени спиртовки медную пластину или кусок толстой медной проволоки. Что наблюдаете? Образовавшийся чёрный налёт соскоблите на лист бумаги и пересыпьте в пробирку. Прилейте в неё 2 мл раствора серной кислоты и нагрейте содержимое с помощью держателя для пробирок. Что наблюдаете? К полученному раствору добавьте несколько капель раствора щёлочи. Что наблюдаете? Составьте соответствующие уравнения реакций.

При нагревании меди в пламени спиртовки поверхность металла покрывается чёрным налётом — это оксид меди(II) (CuO), образующийся при взаимодействии меди с кислородом воздуха по реакции:

(2Cu + O₂ → 2CuO).

Когда полученный оксид меди(II) поместили в пробирку и добавили раствор серной кислоты, при нагревании оксид меди полностью растворяется, а раствор приобретает голубой цвет. Это происходит из-за образования сульфата меди(II) (CuSO₄):

(CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O).

При добавлении в полученный голубой раствор щёлочи (например, NaOH) выпадает студенистый осадок синего цвета — это гидроксид меди(II) (Cu(OH)₂):

(CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄).

Таким образом, были проведены реакции, в результате которых медь превратилась в оксид, затем в сульфат и, наконец, в гидроксид. Каждая реакция сопровождалась характерными изменениями цвета и состояния веществ.

Стр. 119

Проверьте свои знания

1. Как классифицируют простые вещества? Как классифицируют сложные вещества? Назовите признаки генетического ряда.

Простые вещества классифицируют на три основных класса: металлы, неметаллы и благородные газы. Металлы — это твёрдые вещества (кроме ртути), имеющие металлический блеск, ковкие, пластичные и хорошо проводящие электричество и тепло. К неметаллам относятся вещества, способные образовывать аллотропные модификации и существующие чаще всего в виде молекул или атомов (например, кислород — O₂, озон — O₃, фосфор — P₄). Благородные газы состоят из отдельных атомов и химически очень инертны.

Сложные вещества делятся на три класса: бинарные соединения (состоящие из двух химических элементов, например, оксиды и гидриды), гидроксиды (соли и основания, имеющие в своём составе гидроксогруппу OH) и соли (состоящие из атомов металла и кислотного остатка). Среди оксидов различают основные, кислотные и несолеобразующие. Гидроксиды подразделяются на основания и кислородсодержащие кислоты. Соли делятся на средние (нормальные), кислые и основные.

Генетический ряд веществ — это последовательность веществ разных классов, связанных друг с другом общим элементом, отражающая возможность переходов и превращений веществ одного класса в другой. Признаки генетического ряда:

1. Все вещества ряда содержат один и тот же химический элемент (металл или неметалл);

2. Вещества разных классов образуются одно из другого путём химических превращений;

3. В ряду есть закономерности и направленность переходов, например, от металла к оксиду, от оксида к гидроксиду, от гидроксида к соли.

Например, генетический ряд металла лития выглядит следующим образом:

(Li → Li₂O → LiOH → Li₂SO₄).

Такой ряд отражает последовательное получение веществ: из металла получается оксид, из оксида – основание, а из основания – соль. Подобная последовательность веществ разных классов и есть генетический ряд веществ.

Стр. 119

Примените свои знания

2. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: S → SO₂ → H₂SO₃ → Na₂SO₃ → SO₂.

Сера при горении образует оксид серы(IV):

(S + O₂ → SO₂).

Оксид серы(IV) растворяется в воде с образованием сернистой кислоты:

(SO₂ + H₂O → H₂SO₃).

Сернистая кислота реагирует с гидроксидом натрия, образуя сульфит натрия:

(H₂SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₃ + 2H₂O).

Сульфит натрия при взаимодействии с более сильной кислотой (например, серной) вновь выделяет оксид серы(IV):

(Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SO₂↑ + H₂O).

3. В схеме превращений SO₂ →(x₁)→ SO₃ →(x₂)→ H₂SO₄ →(x₃)→ Na₂SO₄ веществами X₁, X₂ и X₃ являются соответственно:

1. O₂, H₂O, NaOH

2. NO₂, H₂, NaCl

3. O₂, H₂O, N₂

4. O₂, H₂, NH₃·H₂O

Запишите уравнения реакций, соответствующих приведённой цепочке превращений.

Правильным ответом является вариант №1. Вещества X₁, X₂ и X₃ соответственно: O₂, H₂O, NaOH.

Запишем реакции, соответствующие этой цепочке:

1. Диоксид серы (SO₂) окисляется кислородом до триоксида серы (SO₃):

(2SO₂ + O₂ → 2SO₃).

2. Триоксид серы взаимодействует с водой с образованием серной кислоты:

(SO₃ + H₂O → H₂SO₄).

3. Серная кислота нейтрализуется гидроксидом натрия (NaOH) с образованием сульфата натрия и воды:

(H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O).

4. В цепочке превращений Ca → X₁ → Ca(OH)₂ → X₂ → CaO → X₃ → AgCl веществами X₁, X₂ и X₃ являются соответственно:

1. CaO, CaCO₃, CaCl₂

2. CaSO₄, CaCO₃, CaCl₂

3. CaO, CaSO₄, CaCl₂

4. CaO, Ca(HCO₃)₂, CaCO₃

Запишите уравнения реакций, соответствующих приведённой цепочке превращений.

Правильным является вариант №1 (CaO, CaCO₃, CaCl₂).

Запишем соответствующие уравнения реакций:

1. Кальций при нагревании на воздухе образует оксид кальция:

(2Ca + O₂ → 2CaO).

2. Оксид кальция реагирует с водой, образуя гидроксид кальция:

(CaO + H₂O → Ca(OH)₂).

3. Гидроксид кальция при взаимодействии с углекислым газом превращается в карбонат кальция (мел):

(Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O).

4. Карбонат кальция при нагревании разлагается до оксида кальция и углекислого газа:

(CaCO₃ → CaO + CO₂↑).

5. Оксид кальция взаимодействует с соляной кислотой, образуя хлорид кальция:

(CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O).

6. Хлорид кальция реагирует с нитратом серебра, образуя нерастворимый хлорид серебра:

(CaCl₂ + 2AgNO₃ → 2AgCl↓ + Ca(NO₃)₂).

5. Найдите массу осадка, который выпадает при сливании 807 г 20%-ного раствора нитрата свинца(II) с раствором, содержащим избыток иодида калия.

Определим массу Pb(NO₃)₂:

807 г × 20% = 161,4 г нитрата свинца(II).

Количество вещества Pb(NO₃)₂:

161,4 г : 331 г/моль ≈ 0,487 моль.

Реакция осаждения:

(Pb(NO₃)₂ + 2KI → PbI₂↓ + 2KNO₃).

Образуется PbI₂ (осадок), количество вещества равно количеству Pb(NO₃)₂ — 0,487 моль.

Масса осадка PbI₂:

0,487 моль × 461 г/моль ≈ 224,6 г.

Таким образом, масса осадка PbI₂ составит примерно 224,6 г.

6. Какие из перечисленных веществ взаимодействуют с соляной кислотой: магний, оксид меди(II), гидроксид меди(II), нитрат натрия, гидроксид железа(III), оксид кремния(IV), нитрат серебра, сульфат железа(III)? Запишите уравнения возможных реакций.

С соляной кислотой реагируют: магний, оксид меди(II), гидроксид меди(II), гидроксид железа(III), нитрат серебра.

Уравнения реакций:

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O

Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O

Fe(OH)₃ + 3HCl → FeCl₃ + 3H₂O

AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃

Остальные вещества (нитрат натрия, оксид кремния(IV), сульфат железа(III)) с соляной кислотой не реагируют.

7. Какие из перечисленных веществ взаимодействуют с гидроксидом натрия: оксид углерода(IV), гидроксид железа(III), оксид меди(II), нитрат меди(II), хлорид аммония, кремниевая кислота, сульфат калия? Запишите уравнения возможных реакций, назовите продукты реакций.

С гидроксидом натрия реагируют: оксид углерода(IV), гидроксид железа(III), нитрат меди(II), хлорид аммония, кремниевая кислота.

Уравнения реакций:

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O (образуется карбонат натрия и вода)

Fe(OH)₃ + NaOH → NaFeO₂ + 2H₂O (образуется феррит натрия)

Cu(NO₃)₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaNO₃ (осадок гидроксида меди(II), нитрат натрия)

NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O (газообразный аммиак, хлорид натрия, вода)

H₂SiO₃ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + 2H₂O (силикат натрия и вода)

Оксид меди(II) и сульфат калия с гидроксидом натрия в обычных условиях не реагируют.

Стр. 119

Используйте дополнительную информацию

8. Предложите свою классификацию химических веществ и генетической связи между классами неорганических соединений.

Химические вещества можно классифицировать по двум основным группам: простые и сложные. Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента и делятся на металлы (например, кальций, железо, медь), неметаллы (углерод, сера, кислород) и благородные газы (аргон, гелий).

Сложные вещества состоят из атомов разных химических элементов и могут быть классифицированы по следующим классам: оксиды (CaO, SO₂, H₂O), основания (NaOH, Ca(OH)₂), кислоты (H₂SO₄, HCl), соли (Na₂SO₄, CaCO₃) и бинарные соединения (гидриды, хлориды металлов и неметаллов).

Генетическая связь между классами неорганических соединений проявляется в возможности последовательных превращений веществ одного класса в вещества другого. Например, металлы могут окисляться до основных оксидов, которые, взаимодействуя с водой, дают основания. Основания способны реагировать с кислотами, образуя соли. Неметаллы образуют кислотные оксиды, которые взаимодействуют с водой с образованием кислот, а те, в свою очередь, могут взаимодействовать с основаниями, также образуя соли.

Пример генетического ряда металла кальция:

Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃ → CaCl₂.

Пример генетического ряда неметалла серы:

S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → Na₂SO₄.

Таким образом, классы веществ не только отличаются по составу, но и связаны цепочками химических реакций, что отражает единство и взаимопереходы различных неорганических соединений.

Стр. 120

Практическая работа 7

Вопрос. Какие задачи можно решать с помощью химического эксперимента?

С помощью химического эксперимента можно решать разнообразные задачи: исследовать свойства веществ и их взаимодействия, подтверждать или опровергать теоретические предположения, выявлять условия протекания химических реакций, получать новые вещества с заданными свойствами, определять состав и чистоту веществ. Также химический эксперимент позволяет обнаруживать наличие тех или иных веществ в смеси (качественный анализ), устанавливать количественный состав вещества (количественный анализ), изучать механизмы реакций и проверять их практическую применимость в промышленности, медицине и быту.

1. Реакции обмена. С помощью выданных растворов-реактивов (гидроксид натрия, серная кислота, азотная кислота, сульфат меди(II), фенолфталеин) проведите возможные реакции. Запишите уравнения реакций.

Возможные реакции обмена:

а) Гидроксид натрия с серной кислотой:

(2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O).

б) Гидроксид натрия с азотной кислотой:

(NaOH + HNO₃ → NaNO₃ + H₂O).

в) Гидроксид натрия с сульфатом меди(II):

(2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄).

г) Серная кислота с сульфатом меди(II) реакция не идет, так как вещество не образует новых малорастворимых соединений.

Фенолфталеин является индикатором и используется для обнаружения щелочной среды (окрашивается в малиновый цвет в присутствии NaOH).

2. Получение соединений. С помощью выданных растворов-реактивов (гидроксид натрия, хлорид бария, сульфат меди(II), соляная кислота) и твёрдых веществ (железо, карбонат натрия) получите четыре соли и нерастворимое основание, одну кислоту и один металл. Запишите уравнения реакций.

а) Получение соли (хлорид натрия):

(NaOH + HCl → NaCl + H₂O).

б) Получение соли (сульфат бария — осадок):

(BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl).

в) Получение соли (сульфат натрия):

(Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O).

г) Получение соли (хлорид меди(II)):

(CuSO₄ + 2HCl → CuCl₂ + H₂SO₄).

д) Получение нерастворимого основания (гидроксид меди(II)):

(CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄).

е) Получение кислоты (угольная кислота, нестойкая):

(Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂CO₃),

H₂CO₃ сразу распадается: (H₂CO₃ → CO₂↑ + H₂O).

ж) Получение металла (медь):

(Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓).

3. Идентификация кислоты. Используя необходимые реактивы, проведите реакции, подтверждающие качественный состав серной кислоты. Запишите уравнения реакций.

Для идентификации серной кислоты используем хлорид бария, с которым серная кислота даёт белый осадок сульфата бария:

(H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl).

4. Идентификация основания. Используя необходимые реактивы, проведите реакции, подтверждающие качественный состав гидроксида кальция, выданного вам в виде известкового молока. Запишите уравнение проведённой реакции.

Для идентификации гидроксида кальция используем углекислый газ (выдыхаемый воздух или CO₂), при этом образуется осадок карбоната кальция:

(Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O).

Также можно использовать фенолфталеин, который в растворе гидроксида кальция окрашивается в малиновый цвет.

5. Идентификация солей. Используя необходимые реактивы, проведите реакции, подтверждающие качественный состав: а) хлорида бария; б) сульфата магния. Запишите уравнения реакций.

а) Идентификация хлорида бария: используем серную кислоту или раствор сульфата натрия, наблюдаем образование белого осадка сульфата бария:

(BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl),

(BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl).

б) Идентификация сульфата магния: используем хлорид бария, образуется белый осадок сульфата бария:

(MgSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + MgCl₂).