- Генетическая связь
- Генетический ряд металлов и неметаллов
- Составление и решение цепочек взаимопревращения веществ
- обобщить и систематизировать знания об основных классах неорганических веществ, их химических свойствах
- сформировать умения находить пути и осуществлять взаимопревращения веществ между классами неорганических веществ
- Какие классы веществ вы знаете?
- Что такое оксиды? Как их классифицируют?
- Что такое основания?
- Что такое кислоты? Что такое «основность кислоты»?
- Что такое соли?
- Укажите класс веществ и дайте им названия: HNO3, NaOH, HNO2, CO2, Mg(OH)2, СаCO3, К2SO3, H2SO4.
Генетическая связь
Деление веществ на классы достаточно условно. Например, и основания, и амфотерные гидроксиды, и кислородсодержащие кислоты можно отнести в группу «гидроксиды», так как они имеют ОН-группы, но они делятся на три класса. При этом бескислородные кислоты и оксиды можно объединить в группу «бинарные соединения» по составу, но по свойствам их относят к двум различным классам. Таким образом, не смотря на различия, многие вещества имеют и общие характеристики.
Между классами существует важная связь, которую называют генетической (генезиз по-гречески обозначает «происхождение»). Эта связь заключается в том, что из веществ одного класса можно получить вещества других классов.
Генетическая связь — это такая связь между веществами разных классов, образованными одним химическим элементом и связанными взаимопревращениями, которая отражает единство их происхождения.
Генетический ряд металлов и неметаллов
Существует два основных пути генетических связей между веществами: один из них начинается металлами, другой — неметаллами.
Такие цепочки называются генетическими рядами. Эти ряды образуют «родственные вещества», которые взаимосвязаны между собой генетическими связями, т. е. имеют одно начало.
Генетический ряд — это ряд веществ разных классов соединений, содержащий в своём составе один и тот же химический элемент.
Генетический ряд активных металлов, которые образуют растворимый в воде оксид и гидроксид:
Металл → основный оксид → щёлочь → соль.
Генетический ряд металлов, которым соответствует нерастворимое основание:
металл → основный оксид → соль → основание → основный оксид → металл.
Генетический ряд неметаллов отражает взаимосвязь веществ разных классов, в основу которой положен один и тот же неметалл:
неметалл → кислотный оксид → кислота → соль.
Составление и решение цепочек взаимопревращения веществ
Пример 1
Рис. 1. Горение кальция в кислороде
Осуществите цепочку превращений:
$Ca \rightarrow CaO \rightarrow Ca \left(OH\right)_{2} \rightarrow CaCO_{3} .$
$Ca$ — это металл. Сгорая, он образует оксид (негашёную известь):
$2 Ca + O_{2} = 2 CaO$ (реакция соединения).
$CaO$ — это основный оксид, растворяясь в воде, образует малорастворимое в воде вещество — гидроксид кальция (гашёную известь):
$CaO + H_{2} O = Ca \left( OH \right)_{2}$ (реакция соединения).
Рис. 2. Гашение извести
Рис. 3. Обнаружение углекислого газа
Гидроксид кальция, взаимодействуя с углекислым газом (кислотным оксидом) или карбонатами (солями), образует карбонат кальция:
$Ca \left( OH \right)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3} \downarrow + H_{2} O$
(реакция обмена);
$Ca \left( OH \right)_{2} + Na_{2} CO_{3} = CaCO_{3} \downarrow + 2 NaOH$ (реакция обмена).
Пример 2
Осуществите цепочку превращений.
$C \rightarrow CO_{2} \rightarrow H_{2} CO_{3} \rightarrow CaCO_{3}$
$C$ — неметалл, сгорая, образует оксид углерода (IV) — углекислый газ. Это кислотный оксид:
$C + O_{2} = CO_{2}$ (реакция соединения).
Углекислый газ, растворяясь в воде, образует угольную кислоту:
$CO_{2} + H_{2} O \leftrightarrow H_{2} CO_{3}$ (реакция соединения).
Угольная кислота, реагируя с оксидом кальция или гидроксидом кальция, образует карбонат кальция:
$H_{2} CO_{3} + CaO = CaCO_{3} \downarrow + H_{2} O$ (реакция обмена);
$H_{2} CO_{3} + Ca \left( OH \right)_{2} = CaCO_{3} \downarrow + 2 H_{2} O$ (реакция обмена).
Упражнение
Осуществите цепочку превращений.
а) $Li \rightarrow Li_{2} O \rightarrow LiOH \rightarrow LiCl$;
б) $P \rightarrow P_{2} O_{5} \rightarrow H_{3} PO_{4} \rightarrow Na_{3} PO_{4}$
Контрольные вопросы
- Дайте определение генетической связи.
- Что такое генетический ряд?
- Вставьте формулы веществ вместо X, Y и Z, расставьте коэффициенты. Генетический ряд какого элемента можно составить в данном случае?
а) $SO_{2} + X \rightarrow SO_{3}$;
б) $SO_{3} + H_{2} O \rightarrow Y$;
в) $Y + NaOH \rightarrow Z + H_{2} O$
a) $Li \rightarrow Li_{2} O \rightarrow LiOH \rightarrow LiCl$
$4 Li + O_{2} \rightarrow 2 Li_{2} O \\ Li_{2} O + H_{2} O \rightarrow 2 LiOH \\ LiOH + HCl \rightarrow LiCl + H_{2} O$
$\text{б} ) P \rightarrow P_{2} O_{5} \rightarrow H_{3} PO_{4} \rightarrow Na_{3} PO_{4}$
$4 P + 5 O_{2} \rightarrow 2 P_{2} O_{5}$
$P_{2} O_{5} + 3 H_{2} O \rightarrow 2 H_{3} PO_{4}$
$3 NaOH + H_{3} PO_{4} \rightarrow Na_{3} PO_{4} + 3 H_{2} O$
