§ 49. Классификация химических элементов

§ 49. Классификация химических элементов

1. Что такое классификация?

Классификация — это система группировки объектов наблюдения (например, химических элементов) или явлений (например, химических реакций) по наличию общих признаков.

В случае химических элементов, общими признаками могут являться:
— валентность
— способность вступать в химические реакции с теми или иными веществами
— способность образовывать основные, амфотерные или кислотные оксиды
и проч.

2. На основании каких признаков вещество можно отнести к металлам?

1. Твердое вещество (за исключением ртути).
2. Обладает металлическим блеском (за исключением йода).
3. Хорошая электро- и теплопроводность.
4. Ковкость.

3. Вспомните, какими химическими свойствами обладают оксиды и гидроксиды элементов цинка и алюминия. Напишите уравнения соответствующих химических реакций.

Напомню, этот вопрос рассматривался в § 43. Амфотерные оксиды и гидроксиды.

Оксиды и гидроксиды цинка и алюминия обладают амфотерными свойствами. Они могут вступать в реакции как с кислотами, кислотными оксидами, так и с основаниями, основными оксидами.

Химические реакции, подтверждающие амфотерность оксида цинка:
ZnO + SO3 = ZnSO4
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
ZnO + Na2O (сплавление) = Na2ZnO2
ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]

Химические реакции, подтверждающие амфотерность гидроксида цинка:
Zn(OH)2 + SO3 = ZnSO4 + H2O
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O
Zn(OH)2 + Na2O (сплавление) = Na2ZnO2 + H2O
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]

Химические реакции, подтверждающие амфотерность оксида алюминия:
Al2O3 + 3SO3 = Al2(SO4)3
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + Na2O (сплавление) = 2NaAlO2
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]

Химические реакции, подтверждающие амфотерность гидроксида алюминия:
2Al(OH)3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 3H2O
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
2Al(OH)3 + Na2O (сплавление) = 2NaAlO2 + 3H2O
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

4. Приведите примеры, подтверждающие, что химические элементы можно распределить по отдельным группам.

Пример 1: щелочные металлы.

Твердые вещества, обладают металлическим блеском, ковкостью, тепло- и электропроводны.

Химически активны, одновалентны. Бурно реагируют с водой с образованием щелочи и водорода:
2M + H2O = 2MOH + H2
например
2Na + H2O = 2NaOH + H2

С кислородом образуют основные оксиды вида M2O, которые при взаимодействии с водой образуют щелочи (основания) MOH.
4M + O2 = 2M2O
например
4K + O2 = 2K2O
M2O + H2O = 2MOH
например
K2O + H2O = 2KOH

Пример 2: галогены.

Агрегатное состояние: от газообразного (фтор, хлор) и жидкого (бром) до твердого (йод, астат). За исключением йода и астата не обладают металлическим блезком.

С водородом образуют кислоты (хотя, строго говоря, кислотами будут лишь их водные растворы):
Hal + H2 = 2HHal
например
Cl2 + H2 = 2HCl

С металлами образуют соли. Например:
2Na + Cl2 = 2NaCl

5. Химический элемент галлий Ga сходен с элементом алюминием Al, а селен Se — с серой S. Напишите формулы оксидов, гидроксидов и солей, в состав которых входят эти элементы. Составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства соответствующих соединений.

Примеры соединений:
Ga2O3, Ga(OH)3, Ga2(SO4)3, Na2[Ga(OH)4], Na2GaO2
SeO2, SeO3, H2SeO3, H2SeO4, Na2SeO3, Na2SeO4

Уравнения реакций для соединений галлия

Ga2O3 + 3SO3 = Ga2(SO4)3
Ga2O3 + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2O
Ga2O3 + Na2O (сплавление) = 2NaGaO2
Ga2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Ga(OH)4]

2Ga(OH)3 + 3SO3 = Ga2(SO4)3 + 3H2O
Ga(OH)3 + 3HCl = GaCl3 + 3H2O
2Ga(OH)3 + Na2O (сплавление) = 2NaGaO2 + 3H2O
Ga(OH)3 + NaOH = Na[Ga(OH)4]

GaCl3 + 3AgNO3 = Ga(NO3)3 + 3AgCl↓
Na[Ga(OH)4] + 4HCl = NaCl + GaCl3 + 4H2O
NaGaO2 + 4HCl = NaCl + GaCl3 + 4H2O

Уравнения реакций для соединений селена

SeO2 + H2O = H2SeO3 — селенистая кислота
SeO3 + H2O = H2SeO4 — селеновая кислота
H2SeO3 + 2NaOH = 2H2O + Na2SeO3 — селенит натрия
H2SeO4 + 2KOH = 2H2O + K2SeO4 — селенат калия
K2SeO4 + BaCl2 = BaSeO4↓ + 2KCl

6. В некоторых ядерных реакторах жидкий натрий используют в качестве теплоносителя — вещества, переносящего тепло, вырабатываемое реактором. В чем опасность для окружающей среды такого использования натрия? Для ответа на этот вопрос воспользуйтесь Интернетом или дополнительной литературой.

Натрий — химический активный металл, при О.У. (обычные условия — атмосферное давление, 20° C) реагирующий с водой и кислородом воздуха:
4Na + O2 = 2Na2O
2Na + H2O = 2NaOH + H2
Na2O + H2O = 2NaOH

Жидкий, расплавленный натрий, будет вступать в реакцию в разы интенсивнее, т.е. будет иметь место возгорание (а с учетом выделяющегося водорода — это будет больше похоже на фонтан огня). Потушить такое возгорание будет весьма непросто (вода, пенные огнетушители в таком случае неприемлемы — подумайте почему). Кроме того, образующаяся в результате реакции щелочь (гидроксид натрия) весьма едкая.

Тестовые задания

1. К металлическим свойствам не относят
1) твердость
2) ковкость
3) металлический блеск
4) газообразное состояние при нормальных условиях

Ответ: 4

2. Только щелочные металлы указаны в ряду
1) Li, Ba, Na, K
2) Li, Na, K, Rb
3) K, Ca, Ba, Rb
4) Li, Na, Sr, Ca

Ответ: 2

3. Установите соответствие между общей формулой высших оксидов и молекулярной формулой вещества.

1) R2O А. SO3
2) RO Б. K2O
3) RO2 В. CaO
4) RO3 Г. SiO2

Ответы: 1 — Б, 2 — В, 3 — Г, 4 — А

§ 48. Практическая работа 6

§ 48. Практическая работа 6

Решение экспериментальных задач по теме «Важнейшие классы неорганических соединений»

Задача 1

Вариант I. В двух склянках без этикеток находятся порошки: в одной — оксид кальция, в другой — оксид меди (II).
Как различить эти вещества не проводя химических опытов?
Как химическими опытами подтвердить наличие в склянках именно этих веществ?

Оксид меди (II) — порошок черного цвета. Оксид кальция — белое кристаллическое вещество.

Оксид меди (II) нерастворим в воде.

Оксид кальция вступает с водой в химическую реакцию c выделением тепла:
CaO + H2O = Ca(OH)2

Если чрез полученный раствор пропустить углекислый газ, то он помутнеет:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3

Вариант II. В двух склянках без этикеток находятся растворы: в одной — раствор соляной кислоты, в другой — гидроксида калия.
Как опытным путем определить, в какой склянке каждое из веществ?

Для этого необходимо использовать индикатор:

Задача 2

Вариант I. Очистите химическим способом железный гвоздь от ржавчины, считая, что в состав ржавчины вхоядт оксид железа (III) и гидроксид железа (III).

Задача не слишком хорошая, т.к. железо не обладает достаточно выраженными амфотерными свойствами. Если же мы будем использовать кислоту, то в реакцию вступит и само железо:

Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Вариант II. Химическим способом отмойте пробирку, загрязненную на практическом занятии гидроксидом меди (II).

Отмыть можно разбавленным раствором соляной кислоты:
Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + H2O

Образующийся хлорид меди (II) хорошо растворим в воде.

Задача 3

Вариант I. После практической работы остался розовый раствор. Лаборант предполагает, что это раствор лакмуса в кислой среде. Проведите несколько опытов для проверки этого предположения.

В пробирку необходимо по каплям добавлять щелочь (например, NaOH). Если в ней действительно кислота и лакмус, то раствор вначале измеит цвет на фиолетовый, а затем на синий — см. таблицу индикаторов выше.

Вариант II. В склянке без этикетки находится бесцветный раствор. Предполагают, что это раствор фенолфталеина. Проведите опыт, подтверждающий или опровергающий это предположение.

1. При добавлении в склянку щелочи раствор должен окрасится в малиновый цвет.
2. Для подтверждения можно добавить в склянку кислоты — раствор должен остаться бесцветным.

Задача 4

Вариант I. Из имеющихся на столе реактивов получите несколькими способами сульфат меди (II).

Сульфат меди это соль, а соль можно получить несколькими способами (подробнее смотри § 46. Соли):

Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Вариант II. В вашем распоряжении есть магний, оксид магния, гидроксид магния, соляная кислота. Сколькими способами вы сможете получить хлорид магния, используя эти реактивы?

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2

MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O

Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O

Задача 5

Вариант I. Получите опытным путем из хлорида железа (III) оксид железа (III).

Вначале нужно получить гидроксид железа (III):
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl

А полученный гидроксид прокалить:
2Fe(OH)3(прокаливание) = Fe2O3 + 3H2O

Вариант II. Проведя два опыта, получите из хлорида меди (II) оксид меди (II).

Как и в предыдущем вариант, сначала нужно получить гидроксид:
CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl

А полученный гидроксид прокалить:
Cu(OH)2(прокаливание) = CuO + H2O

§ 47. Химические свойства солей

§ 47. Химические свойства солей

1. Составьте уравнения химических реакций, схемы которых даны ниже:

1) Ca + … → CaSO4 + H2 4) CaO + … → CaCO3
2) SO3 + … → CaSO4 5) Ca(OH)2 + … → CaSO4 + H2O
3) N2O5 + … → Ca(NO3)2 6) P2O5 + … → Ca3(PO4)2 + H2O


1) Ca + H2SO4 = CaSO4 + H2

2) SO3 + CaO = CaSO4

3) N2O5 + CaO = Ca(NO3)2

4) CaO + CO2 = CaCO3

5) Ca(OH)2 + SO3 = CaSO4 + H2O или Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O

6) P2O5 + 3Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2 + 3H2O

2. С какими веществами реагирует хлорид кальция, если получается: а) сульфат кальция; б) карбонат кальция; в) фосфат кальция; г) гидроксид кальция; д) хлороводород? Напишите уравнения реакций и поясните, почему они идут до конца.

а) CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HCl
Сульфат кальция малорастворим.

б) CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaCl
Карбонат кальция нерастворим.

в) 3CaCl2 + 2K3PO4 = Ca3(PO4)2↓ + 6KCl
Фосфат кальция нерастворим.

г) CaCl2 + 2NaOH = Ca(OH)2 + 2NaCl
Гидроксид кальция малорастворим.

д) CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HCl
Сульфат кальция малорастворим.

3. Составьте уравнения реакций, соответствующие следующим превращениям:
а) Ca → CaO → Ca(OH)2 → Ca(NO3)2 → CaSO4
б) C → CO2 → Na2CO3 → CO2 → CaCO3
в) Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3 → Fe2(SO4)3
г) P → P2O5 → H3PO4 → Ca3(PO4)2 → H3PO4 → Ca(H2PO4)2

а) 2Ca + O2 = 2CaO
CaO + H2 = Ca(OH)2
Ca(OH)2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2H2O
Ca(NO3)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HNO3

б) C + O2 = CO2
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O или CO2 + Na2O = Na2CO3
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O или CO2 + CaO = CaCO3

в) Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3↓ + 3Na2SO4
2Fe(OH)3 (прокаливание) = Fe2O3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O

г) 4P + 5O2 = 2P2O5
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
2H3PO4 + 3Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2↓ + 6H2O
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 2H3PO4 + 3CaSO4
2H3PO4 + Ca(OH)2 = Ca(H2PO4)2 + 2H2O

4. По уравнению реакции определите, в каких мольных отношениях следует смешать гидроксид кальция с фосфорной кислотой, чтобы произошла реакция нейтрализации.

Решение

3Ca(OH)2 + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6H2O

Из уравнения видно, что 3 молекулы гидроксида кальция вступают в реакцию с 2 молеклуами фосфорной кислоты. Значит и соотношение молей будет таким же.

Ответ: мольные отношения гидроксида кальция и фосфорной кислоты 2 :3.

5. Заполните таблицу, вписав в нее по 2-3 формулы веществ, относящихся к каждому классу. Обсудите это задание с соседом по парте.

Простые вещества Сложные вещества
Металлы Неметаллы Оксиды Гидроксиды Кислоты Соли
Na C CaO NaOH HCl KCl
K S Fe2O3 Ca(OH)2 HNO3 NaHCO3
Fe O2 CO2 Al(OH)3 H2SO4 Ca3(PO4)2
Ученые США разработали метод получения водорода из газированной воды

Ученые США разработали метод получения водорода из газированной воды

Ученые из Массачусетского университета в Лоуэлле представили новый безопасный способ получения водорода из воды, обогащенной углекислым газом и кобальта.

§ 46. Соли

§ 46. Соли

1. Напишите формулы карбоната магния, гидрокарбоната желлеза (II), сульфата железа (III), гидрофосфата кальция, основного хлорида магния.

Карбонат магния — CaCO3

Гидрокарбонат желлеза (II) — Fe(HCO3)2

Сульфат железа (III) — Fe2(SO4)3

Гидрофосфат кальция — CaHPO4

Сновной хлорид магния — Mg(OH)Cl

2. Даны химические формулы веществ: HBr, NaHSO4, Cu2O, Fe(OH)3, Fe(NO3)3, Ca(HCO3)2, N2O5, H3BO3, Li2O, SO2, Ba(OH)2, Ca3(PO4)2, Cu(OH)2. Начертите в тетради таблицу и поместите формулы в соответствующие графы.

Оксиды Основные Cu2O, Li2O
Кислотные N2O5, SO2
Основания Растворимые Ba(OH)2
Нерастворимые Fe(OH)3, Cu(OH)2
Кислоты HBr, H3BO3
Соли Средние Fe(NO3)3, Ca3(PO4)2
Кислые NaHSO4, Ca(HCO3)2

3. Назовите следующие соли: NaCl, Al(NO3)3, K3PO4, Na2SO4, Na2S, Na2SO3, FeSO4, AgNO3, Fe2(SO4)3, Na2CO3, NaHCO3.

NaCl — хлорид натрия. В быту известен как поваренная соль, пищевая соль или просто соль.

Al(NO3)3 — нитрат алюминия.

K3PO4 — фосфат калия.

Na2SO4 — сульфат натрия.

Na2S — сульфид натрия.

Na2SO3 — сульфит натрия.

FeSO4 — сульфат железа (II).

AgNO3 — нитрат серебра.

Fe2(SO4)3 — сульфат железа (III).

Na2CO3 — карбонат натрия.

NaHCO3 — гидрокарбонат натрия.

4. Составьте схему «Получение солей» и проиллюстрируйте ее уравнениями химических реакций. Обсудите итог работы с соседом по парте.

картинка кликабельна

Примечания:
1 — металл должен находится левее водорода в ряду Бекетова
2 — в результате реакции должен выпадать осадок или выделяться газ (нерастворимая соль или неустойчивая, летучая кислота)
3 — хотя бы один из продуктов реакции должен быть нерастворим
4 — металл должен стоять в ряду Бекетова левее, чем металл, входящий в состав соли
5 — хотя бы одна из солей должна быть нерастворима

Вот схема попроще:

5. Напишите уравнения реакций нейтрализации, в результате которых образуются следующие соли: а) AlCl3; б) BaSO4; в) Ba(NO3)2; г) Na3PO4; д) NaNO3; е) NaHSO4; ж) KH2PO4; з) K2HPO4.

Реакция нейтрализации — реакция взаимодействия кислоты и основания между собой с образованием соли и воды.

а) Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O

б) Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2H2O

в) Ba(OH)2 + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + 2H2O

г) 3NaOH + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O

д) NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O

е) NaOH + H2SO4 = NaHSO4 + H2O

ж) KOH + H3PO4 = KH2PO4 + H2O

з) 2KOH + H3PO4 = K2HPO4 + 2H2O

Тестовые задания

1. Установите соответствие между химической формулой вещества и его названием.

1) FeCl3 А. нитрат меди (II)
2) Cu(NO3)2 Б. карбонат калия
3) Al2(SO4)3 В. хлорид железа (III)
4) K2CO3 Г. сульфат алюминия

Ответы: 1 — В, 2 — А, 3 — Г, 4 — Б.

2. Установите соответствие между химической формулой соли и классом, к которому она относится.

1) NaHCO3 А. средние соли
2) Cu(OH)Cl Б. кислые соли
3) Na2CO3 В. основные соли
4) Na2[Zn(OH)4] Г. комплексные соли

Ответы: 1 — Б, 2 — В, 3 — А, 4 — Г.