Практичні закономірності та прийоми для передбачення продуктів реакцій між основними класами неорганічних сполук.

• ← Назад до змісту довідника

1. Супермегакруті лайфхаки

Під час вивчення хімічних властивостей неорганічних сполук не потрібно механічно заучувати сотні окремих рівнянь. Натомість існують універсальні закономірності й практичні прийоми, які дають змогу безпомилково передбачати перебіг взаємодії та складати формули продуктів реакцій між основними класами речовин.

Лайфхак № 1. Однакове з однаковим не реагує

**Речовини з однаковими властивостями не реагують одна з одною

• Кислота з кислотою не реагує:
  $\mathrm{HCl} + \mathrm{HNO_3} \neq$
• Кислота з кислотним оксидом не реагує:
  $\mathrm{HCl} + \mathrm{P_2O_5} \neq$
• Основа з основним оксидом не реагує:
  $\mathrm{NaOH} + \mathrm{K_2O} \neq$

Речовини з протилежними властивостями (реакція відбувається)

• Основа з кислотою утворюють сіль та воду:
  $\mathrm{NaOH} + \mathrm{HNO_3} = \mathrm{NaNO_3} + \mathrm{H_2O}$
• Основа з кислотним оксидом утворюють сіль та воду:
  $2\mathrm{NaOH} + \mathrm{SO_2} = \mathrm{Na_2SO_3} + \mathrm{H_2O}$

Лайфхак № 2. «Правило овальчиків» для реакцій обміну

Щоб скласти формули утворюваних речовин у реакції, можна умовно розділити лінією вихідні речовини. І найчастіше в «овальчик» зберуться атоми, які утворюють один продукт реакції, а атоми, що не потрапили в «овальчик», об’єднаються в іншу утворену речовину:

💡 Як правильно ділити формули на складові частини:

• Основу ділимо між атомом металічного елемента та гідроксид-групою: $\mathrm{Na} \mid \mathrm{OH}$.
• Кислоту ділимо між атомом Гідрогену та кислотним залишком: $\mathrm{H} \mid \mathrm{Cl}$, $\mathrm{H} \mid \mathrm{NO_3}$, $\mathrm{H} \mid \mathrm{SO_4}$.
• Оксид ділимо між металічним елементом та Оксигеном: $\mathrm{Ca} \mid \mathrm{O}$.
• ⚠️ Не діліть формули навмання (наприклад, комбінація $\mathrm{NaO} \mid \mathrm{H}$ є грубою помилкою!).

Приклад 1. Взаємодія натрій гідроксиду з нітратною кислотою

Поділ вихідних сполук: $\mathrm{Na} \mid \mathrm{OH}$ та $\mathrm{H} \mid \mathrm{NO_3}$.

• Внутрішні компоненти ($\mathrm{OH}$ і $\mathrm{H}$) об’єднуються у воду ($\mathrm{H_2O}$).
• Зовнішні частини ($\mathrm{Na}$ і $\mathrm{NO_3}$) дають сіль натрій нітрат ($\mathrm{NaNO_3}$):

Приклад 2. Взаємодія натрій гідроксиду із сульфатною кислотою

Поділ вихідних сполук: $\mathrm{Na} \mid \mathrm{OH}$ та $\mathrm{H} \mid \mathrm{SO_4}$.

• Внутрішні компоненти ($\mathrm{OH}$ і $\mathrm{H}$) знову утворюють воду ($\mathrm{H_2O}$).
• Зовнішні частини ($\mathrm{Na}$ і залишок $\mathrm{SO_4}$) утворюють сіль натрій сульфат ($\mathrm{Na_2SO_4}$):

Приклад 3. Взаємодія кальцій оксиду з хлоридною кислотою

Поділ вихідних сполук: $\mathrm{Ca} \mid \mathrm{O}$ та $\mathrm{H} \mid \mathrm{Cl}$.

• Оксиген $\mathrm{O}$ і Гідроген $\mathrm{H}$ сполучаються у воду ($\mathrm{H_2O}$).
• Кальцій і Хлор сполучаються в сіль. Враховуючи валентності елементів ($\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Ca}}$ та $\overset{\mathrm{I}}{\mathrm{Cl}}$), отримуємо формулу кальцій хлориду $\mathrm{CaCl_2}$:

Лайфхак № 3. Вода як універсальний продукт реакції

Вода є одним із найпоширеніших продуктів реакцій між неорганічними речовинами.

💡 Якщо серед вихідних речовин присутні атоми Гідрогену ($\mathrm{H}$) та Оксигену ($\mathrm{O}$), з високою ймовірністю одним із продуктів реакції є вода ($\mathrm{H_2O}$).
Не зважайте на початкову кількість атомів $\mathrm{H}$ чи груп $\mathrm{OH}$ — їх точне співвідношення узгоджується під час розстановки коефіцієнтів.

Приклади утворення води в хімічних реакціях

• Сполучення простих речовин:
  $2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} = 2\mathrm{H_2O}$
• Взаємодія основи з кислотою:
  $\mathrm{Ba(OH)_2} + 2\mathrm{HCl} = \mathrm{BaCl_2} + 2\mathrm{H_2O}$
• Відновлення оксиду металічного елемента воднем при нагріванні:
  $\mathrm{CuO} + \mathrm{H_2} \overset{t}{=} \mathrm{Cu} + \mathrm{H_2O}$

🥩 Уявіть, що Оксиген — це смачна «сосиска в тісті», яку силоміць забрав собі Купрум ($\mathrm{CuO}$). Тоді на допомогу приходить вільний Водень ($\mathrm{H_2}$). Він забирає Оксиген собі й утворює міцну сполуку — воду ($\mathrm{H_2O}$), а Купрум ($\mathrm{Cu}$) залишається у вільному стані.

• Взаємодія кислотного оксиду з основою:
  $\mathrm{SO_3} + 2\mathrm{NaOH} = \mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{H_2O}$
• Взаємодія основного оксиду з кислотою:
  $\mathrm{K_2O} + \mathrm{H_2CO_3} = \mathrm{K_2CO_3} + \mathrm{H_2O}$
• Горіння гідроген сульфіду:
  $2\mathrm{H_2S} + 3\mathrm{O_2} \overset{t}{=} 2\mathrm{SO_2} + 2\mathrm{H_2O}$
• Взаємодія солі слабкої кислоти з сильною кислотою:
  $\mathrm{CaCO_3} + 2\mathrm{HCl} = \mathrm{CaCl_2} + \mathrm{H_2O} + \mathrm{CO_2}\uparrow$
  (Нестійка карбонатна кислота $\mathrm{H_2CO_3}$ одразу розкладається на воду $\mathrm{H_2O}$ та вуглекислий газ $\mathrm{CO_2}\uparrow$).

Лайфхак № 4. Термічний розклад: із «довгого» отримуємо «коротке»

Реакція термічного розкладу дозволяє з однієї складної («довгої») сполуки отримати дві або більше простіших («коротких») речовин.

Приклади реакцій термічного розкладу

• Розклад нерозчинної основи при нагріванні:
  $\mathrm{Cu(OH)_2} \overset{t}{=} \mathrm{CuO} + \mathrm{H_2O}$
• Розклад нестійкої кислоти при нагріванні:
  $\mathrm{H_2SO_3} \overset{t}{=} \mathrm{SO_2}\uparrow + \mathrm{H_2O}$
• Розклад карбонатів при нагріванні:
  $\mathrm{CaCO_3} \overset{t}{=} \mathrm{CaO} + \mathrm{CO_2}\uparrow$

💡 Речовини, здатні до термічного розкладу

• Нерозчинні у воді гідроксиди (наприклад, гідроксиди Феруму, Купруму).
• Нестійкі кислоти: карбонатна ($\mathrm{H_2CO_3}$), сульфітна ($\mathrm{H_2SO_3}$), силікатна ($\mathrm{H_2SiO_3}$).
• Оксигеновмісні солі нестійких кислот (карбонати, сульфіти).

Лайфхак № 5. Принцип хімічної реальності: якщо не бачив — такого немає

🍭 Аналогія: Сосискочупс
Якщо хтось скаже, що бачив «сосискочупс» (льодяник із вареної ковбаси), ви не повірите, бо такого не існує. Якщо за весь курс хімії певна екзотична реакція чи дивна сполука вам ніколи не траплялася — найімовірніше, вона не існує в природі.

Типові помилки учнів

1. Спроба провести реакцію між металом і розчинною основою:
   $\mathrm{Cu} + \mathrm{NaOH} \neq$
   Звичайні метали не витісняють лужні метали з їхніх гідроксидів і з розчинами лугів не взаємодіють.
2. Запис неіснуючих сполук замість солей:
   При взаємодії хлоридної кислоти з натрій гідроксидом не можна механічно з’єднувати елементи у довільному порядку:
   $\mathrm{HCl} + \mathrm{NaOH} \neq \mathrm{ClNaO} + \mathrm{H_2}$
   Речовини $\mathrm{ClNaO}$ не існує. Застосування «правила овальчиків» гарантує правильний склад продуктів — утворюються натрій хлорид і вода:
   $\mathrm{HCl} + \mathrm{NaOH} = \mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O}$

Завдання для самоконтролю (Домашнє завдання)

Завдання 1. Яка пара речовин НЕ взаємодіє одна з одною?
А) $\mathrm{NaOH}$ і $\mathrm{HCl}$
Б) $\mathrm{KOH}$ і $\mathrm{P_2O_5}$
В) $\mathrm{HNO_3}$ і $\mathrm{H_3PO_4}$
Г) $\mathrm{H_2SO_4}$ і $\mathrm{MgO}$

Завдання 2. Які продукти утворюються внаслідок взаємодії магній оксиду з хлоридною кислотою?
А) $\mathrm{MgCl_2}$ і $\mathrm{H_2O}$
Б) $\mathrm{MgH_2}$ і $\mathrm{Cl_2O_7}$
В) $\mathrm{Mg}$ і $\mathrm{HClO}$
Г) $\mathrm{Mg(ClO)_2}$ і $\mathrm{H_2}$

Завдання 3. У реакції між якими речовинами одним із продуктів є вода?
А) $\mathrm{CuO}$ і $\mathrm{SO_3}$
Б) $\mathrm{H_2SO_4}$ і $\mathrm{Zn}$
В) $\mathrm{HCl}$ і $\mathrm{Ca(OH)_2}$
Г) $\mathrm{NaOH}$ і $\mathrm{CuCl_2}$

Завдання 4. Яка з наведених речовин НЕ розкладається при нагріванні?
А) $\mathrm{Cu(OH)_2}$
Б) $\mathrm{CaCO_3}$
В) $\mathrm{H_2SiO_3}$
Г) $\mathrm{BaO}$

Завдання 5. Яка пара речовин НЕ взаємодіє між собою?
А) $\mathrm{Na_2O}$ і $\mathrm{HNO_3}$
Б) $\mathrm{KOH}$ і $\mathrm{Cu(OH)_2}$
В) $\mathrm{H_3PO_4}$ і $\mathrm{Zn(OH)_2}$
Г) $\mathrm{SO_2}$ і $\mathrm{KOH}$

Завдання 6. Що утворюється при взаємодії натрій гідроксиду з нітратною кислотою?
А) $\mathrm{NaNO_2}$ і $\mathrm{H_2O}$
Б) $\mathrm{NaNO_3}$ і $\mathrm{H_2O}$
В) $\mathrm{NaNO_3}$ і $\mathrm{H_2}$
Г) $\mathrm{Na_3N}$ і $\mathrm{H_2O}$

Завдання 7. Який оксид при взаємодії з хлоридною кислотою утворює сіль і воду?
А) $\mathrm{SO_3}$
Б) $\mathrm{CO_2}$
В) $\mathrm{CuO}$
Г) $\mathrm{P_2O_5}$

Завдання 8. Який оксид при взаємодії з барій гідроксидом утворює сіль і воду?
А) $\mathrm{SO_2}$
Б) $\mathrm{Na_2O}$
В) $\mathrm{MgO}$
Г) $\mathrm{K_2O}$

Завдання 9. До якого типу реакцій належить взаємодія оксидів із водою?
А) сполучення
Б) розкладу
В) заміщення
Г) обміну

Завдання 10. З якою речовиною взаємодіє як натрій гідроксид, так і купрум(II) гідроксид?
А) $\mathrm{HCl}$
Б) $\mathrm{SiO_2}$
В) $\mathrm{KOH}$
Г) $\mathrm{K_2O}$

Завдання 11. З якою речовиною взаємодіє як сульфур(VI) оксид, так і силіцій(IV) оксид?
А) $\mathrm{NaOH}$
Б) $\mathrm{H_2O}$
В) $\mathrm{H_2SO_4}$
Г) $\mathrm{P_2O_5}$

• ← Назад до змісту довідника