Классификация неорганических веществ

Классификация неорганических веществ

Во многих учебных  пособиях для учащихся средних школ приводится схема простейшей генетической связи между классами неорганических веществ, в результате чего в каждом случае продуктом реакции является соль:

Таким образом, в этой графической схеме указаны 9 методов получения солей, но если присмотреться внимательно, она  может служить учащимся экскурсоводом  в химические свойства неорганических соединений. Так, например, кислоты  обладают следующими свойствами:

• 1) взаимодействие с металлами;
• 2) взаимодействие с основными оксидами;
• 3) взаимодействия с основаниями;
• 4) взаимодействие с солями.

Металлам соответствуют  основные оксиды, неметаллам - кислотные  оксиды.

Основным оксидам  соответствуют основания, кислотным  оксидам - кислоты.

Основаниям и кислотам соответствуют соли. Это общие  свойства. При рассмотрении же каждого  класса соединений необходимо рассматривать  и частные случаи. Так, например, отношение металлов к кислотам.

Абитуриенты часто  упускают из вида особенности реакции  взаимодействия кислот с металлами  и таблицу электрохимического ряда напряжения металлов. Им должно быть известно, что концентрированная серная кислота  взаимодействует со всеми металлами. Кроме платины и золота. При  этом образуется сульфат металла, выделяется оксид серы (IV) и вода. С активными  металлами, такими как цинк, магний, в зависимости от концентрации кислоты, совместно с оксидом серы (IV) может  выделяться сероводород либо выпасть  в осадок сера. Например:

Ag + 2H₂SO₄ = AgSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Zn + 2H₂SO₄ = ZnSO₄ + SO₂ ↑+ H₂O

3Zn + 4H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + S↓ + 4H₂O

Zn + 5H₂SO₄ = 4ZnSO₄ + H₂S↑ + 4H₂O

Концентрированная серная кислота не взаимодействует с  алюминием, железом и хромом. Это  объясняется тем, что на поверхности  металлов образуется пассивная оксидная пленка, предотвращающая дальнейшее взаимодействие металла с кислотой:

9H₂SO₄ + 4Al = Al₂(SO₄)₃ + Al₂O₃ + 6SO₂ ↑ + 9H₂O

Разбавленная серная кислота взаимодействует только с металлами, которые в электрохимическом  ряду напряжений металлов стоят до водорода. При этом образуется сульфат  металла и выделяется водород. Например:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑

Cu + H₂SO₄ ≠ (не взаимодействует).

Концентрированная азотная  кислота при взаимодействии с  металлами, стоящими в электрохимическом  ряду напряжений металлов после водорода (кроме благородных металлов, таких  как золото, платина), образует нитрат металла, выделяется оксид азота (IV) и вода:

Cu + 4

HNO₃ = 4Ca (NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O 

При взаимодействии концентрированной  азотной кислоты с щелочными и щелочноземельными металлами продуктами реакции являются нитрат металла, оксид азота (I) и вода:

4Ca + 10

 = 4Ca(NO₃)₂ +N₂O + 5H₂O 

Концентрированная азотная  кислота, так же как и концентрированная  серная кислота, пассивирует поверхность железа, алюминия и хрома, поэтому она на эти металлы не действует. Так, при пассивации поверхности алюминия концентрированной азотной кислотой, в первый момент реакция протекает по уравнению:

2Al + 6

 = 6NO₂ +Al₂O₃ + 3H₂O

В продуктах реакции  может быть также нитрат алюминия:

3Al + 12

 = Al(NO₃)₃ +Al₂O₃ + 9NO₂ + 6H₂O

Разбавленная азотная  кислота при взаимодействии с  металлами, стоящими в электрохимическом  ряду напряжений металлов после водорода, образует нитрат металла, воду и выделяется оксид азота (II). При этом надо иметь  в виду, что разбавленная азотная  кислота, так же как и концентрированная, с благородными металлами Au, Pt, Rh, Ir, Ta не взаимодействует.

3Ag + 4HNO₃ = 3AgNO₃ + NO + 2H₂O

При взаимодействии разбавленной азотной кислота с щелочными и щелочноземельными металлами, а так же оловом и железом образуется аммиак, который связывается с избытком азотной кислоты в виде соли нитрата аммония:                                                       

4Ca + 10   = 4Ca(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с металлами  водород не выделяется. Исключение составляет только магний. В результате реакции взаимодействия разбавленной кислоты с магнием маряду с аммиаком выделяется так же и водород:                                                       

 4Mg + 10  = 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Mg + 2

 = Mg(NO₃)₂ + H₂ 

Азотная и серная кислоты  являются сильными окислителями, чего нельзя сказать о соляной кислоте. Поэтому концентрация соляной кислоты  не имеет влияния на образование  продуктов реакции, т. е. если протекание реакции возможно, независимо от того, разбавленная или концентрированная  кислота,- продукты реакции одни и  те же. Концентрация кислоты влияет лишь на протекание скорости реакции.

В связи с тем, что  соляная кислота - слабый окислитель, она с металлами, стоящими в ряду напряжения металлов после водорода, не взаимодействует (подобно разбавленной серной кислоте).

В соответствии с вышеописанным предлагается самостоятельно решить следующую задачу. 

Задача 17 В каком из приведенных случаев кислота практически не оказывает действия на металл:

Абитуриент должен знать, что металлы классифицируются на типичные и амфотерные. К типичным металлам относятся металлы основных подгрупп I и II групп ПСХЭ (кроме Be), Cu, Ag, Cd, Hg, Ln, Tl, La (лантаноиды), Ac (актиноиды), Ni, новые синтезируемые радиоактивные элементы, такие как Db (дубний), Jl (жолиотий), Rf (резерфордий), Bh (борий), Hn (гений), Mt (мейтнерий) и др. Остальные металлы - амфотерные.

Типичные металлы, а так же их оксиды и гидроксиды взаимодействуют с кислотами, но с основаниями не реагируют.

Амфотерные металлы  вступают во взаимодействие как с кислотами, так и с основаниями. Некоторые абитуриенты представляют реакцию взаимодействия амфотерных металлов с основаниями как реакцию замещения. Они пишут уравнения реакций:

Al + 3NaOH = Al(OH)₃ + 3NA

Cd + 2KOH = Cd(OH)₂ + 2K/

Однако напишем  правильные уравнения реакций на примере трех металлов - цинка, алюминия и свинца:

Щелочные и щелочноземельные металлы, а также их оксиды взаимодействуют  с водой. Остальные металлы и  их оксиды с водой не взаимодействуют.           

2 Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂ ↑

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂ ↑

Na₂O + H₂O = 2NaOH

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Абитуриенты часто  от волнения допускают такие ошибки в дописании уравнений реакций, как, например,

Cu + H₂O = Cu(OH)₂ + H₂ ↑

Fe + H₂O = Fe(OH)₃ + H₂ ↑

Правильная запись приведенных уравнений:           

Cu + H₂O ≠ не взаимодействует

Fe + H₂O ≠ не взаимодействует

При проверке знаний абитуриенты, как правило, проявляют  хорошую подготовленность по химическим свойствам отдельных классов  неорганических соединений. Однако при  выполнении заданий по осуществлению  цепочки превращений у них  не хватает аналитической практики. Так, например,  

Задача 18 Осуществить следующую цепочку превращений:

CuSO₄  CuCl₂  AlCl₃  MgCl₂  Mg(NO₃)₂  Mg(OH)₂

H₂O  NaOH  H₂  H₂O  H₂SO₄  CuSO₄  CuS

Наиболее часто  допускаются ошибки при осуществлении 1,2,4 и 8 стадий превращения.

Необходимо помнить, что реакция считается проведенной  до конца, если продуктами реакции являются:

а) осадок (нерастворимое  вещество)

б) газы;

в) вода.

Поэтому ответ, который  часто выбирают абитуриенты, является неверным; например:                                

CuSO₄ + 2HCl → CuCl₂ + H₂SO₄

Кислотный остаток   можно осадить ионами Ba²⁺. Таким образом, правильным ответом будет решение:                              

CuSO₄ + BaCl₂ → BaSO_4↓ + CuCl₂ 

Для перехода от CuCl₂ к AlCl₃ возможно взаимодействие CuCl₂ с Al₂(SO₄)₃, Al(NO₃)₃ либо Al. Правильный ответ:                              

3CuCl₂ + 2Al → 3Cu + 2AlCl₃

Находятся студенты, которые осуществляют реакцию с  несуществующими солями Al₂(CO₃)₃ или Al₂S₃. Поэтому для выбора реагентов необходимо пользоваться таблицей растворимости кислот, оснований и солей в воде.

Для перехода от MgCl₂ к соли Mg(NO₃)₂ большинство абитуриентов отдают предпочтение HNO₃, хотя протекание такой реакции не возможно. Прибегая к помощи таблицы растворимости кислот, оснований и солей в воде, видно, что реакцию можно осуществить с помощью AgNO₃ или Pb(NO₃)₂. Поскольку при образовании PbCl₂ образуется малорастворимое соединение, а AgCl - нерастворимое, то предпочтительнее брать реагентом для качественной реакции на ионы хлора AgNO₃:                     

MgCl₂ + 2AgNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2AgCl↓

При осуществлении  превращения 8 необходимо вспомнить  взаимодействие щелочей с амфотерными  металлами, например, цинком, алюминием. Тогда:

2NaOH + 2Al + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂ ↑