28. Взаємоз’язок між класами неорганічних речовин (§ 32)

• Назад до змісту

28.1. Розташуйте запропоновані речовини за порядком, що характеризує генетичний зв’язок між класами речовин. (Урахуйте можливість перебігу перетворень лише в одну стадію.) Запишіть відповідні рівняння реакцій.

Послідовність речовин у генетичному ланцюзі:
цинк $\rightarrow$ цинк оксид $\rightarrow$ цинк нітрат $\rightarrow$ цинк гідроксид.

Рівняння реакцій:

1. $2\mathrm{Zn} + \mathrm{O_2} \xrightarrow{t^\circ} 2\mathrm{ZnO}$
2. $\mathrm{ZnO} + 2\mathrm{HNO_3} \rightarrow \mathrm{Zn(NO_3)_2} + \mathrm{H_2O}$
3. $\mathrm{Zn(NO_3)_2} + 2\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Zn(OH)_2}\downarrow + 2\mathrm{NaNO_3}$

28.2. Запишіть рівняння реакцій, за якими можна здійснити перетворення. За потреби зазначте умови їх проведення.

1. $\mathrm{K_2S} + \mathrm{FeCl_2} \rightarrow \mathrm{FeS}\downarrow + 2\mathrm{KCl}$
2. $\mathrm{H_2SO_3} + 2\mathrm{LiOH} \rightarrow \mathrm{Li_2SO_3} + 2\mathrm{H_2O}$
3. $\mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{BaCl_2} \rightarrow \mathrm{BaSO_4}\downarrow + 2\mathrm{NaCl}$
4. $\mathrm{H_2S} + 2\mathrm{KOH} \rightarrow \mathrm{K_2S} + 2\mathrm{H_2O}$
5. $\mathrm{SO_2} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H_2SO_3}$
6. $\mathrm{SO_3} + 2\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{H_2O}$
7. $2\mathrm{H_2S} + 3\mathrm{O_2} \xrightarrow{t^\circ} 2\mathrm{SO_2} + 2\mathrm{H_2O}$
8. $2\mathrm{SO_2} + \mathrm{O_2} \xrightarrow{t^\circ,\ \mathrm{V_2O_5}} 2\mathrm{SO_3}$
9. $\mathrm{S} + \mathrm{H_2} \xrightarrow{t^\circ} \mathrm{H_2S}$
10. $\mathrm{S} + \mathrm{O_2} \xrightarrow{t^\circ} \mathrm{SO_2}$
11. $2\mathrm{S} + 3\mathrm{O_2} \xrightarrow{t^\circ,\ \mathrm{V_2O_5}} 2\mathrm{SO_3}$ (утворення сульфур(VI) оксиду з надлишком кисню на каталізаторі)

28.3. Запишіть рівняння реакцій, за якими можна здійснити запропоновані перетворення. Зверніть увагу, що всі додаткові реактанти мають використовуватися лише один раз. Яке (які) перетворення виявилося заскладним? Чому?

Рівняння реакцій з унікальними додатковими речовинами для кожної стадії:

1. $3\mathrm{Li_2O} + 2\mathrm{H_3PO_4} \rightarrow 2\mathrm{Li_3PO_4}\downarrow + 3\mathrm{H_2O}$
2. $\mathrm{Li_3PO_4} + 3\mathrm{HNO_3} \rightarrow 3\mathrm{LiNO_3} + \mathrm{H_3PO_4}$
3. $\mathrm{Li_2SO_4} + \mathrm{Ba(NO_3)_2} \rightarrow 2\mathrm{LiNO_3} + \mathrm{BaSO_4}\downarrow$
4. $\mathrm{Li_2O} + \mathrm{SO_3} \rightarrow \mathrm{Li_2SO_4}$
5. $4\mathrm{Li} + \mathrm{O_2} \xrightarrow{t^\circ} 2\mathrm{Li_2O}$
6. $\mathrm{Li_3PO_4} + 3\mathrm{HBr} \rightarrow 3\mathrm{LiBr} + \mathrm{H_3PO_4}$
7. $\mathrm{LiCl} + \mathrm{AgNO_3} \rightarrow \mathrm{LiNO_3} + \mathrm{AgCl}\downarrow$
8. $2\mathrm{LiBr} + \mathrm{Ag_2SO_4} \rightarrow \mathrm{Li_2SO_4} + 2\mathrm{AgBr}\downarrow$
9. $2\mathrm{Li} + \mathrm{Br_2} \rightarrow 2\mathrm{LiBr}$
10. $2\mathrm{LiBr} + \mathrm{Cl_2} \rightarrow 2\mathrm{LiCl} + \mathrm{Br_2}$
11. $\mathrm{LiOH} + \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{LiCl} + \mathrm{H_2O}$
12. $2\mathrm{Li} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{LiOH} + \mathrm{H_2}\uparrow$

Перетворення 2 ($\mathrm{Li_3PO_4 \rightarrow LiNO_3}$) та 6 ($\mathrm{Li_3PO_4 \rightarrow LiBr}$) виявилися заскладними. Ортофосфат літію є малорозчинною сіллю, яка розчиняється в сильних кислотах. Проте утворені продукти є розчинними у воді, у реакційній суміші не випадає осад і не виділяється газ, тому виділити чисті солі $\mathrm{LiNO_3}$ або $\mathrm{LiBr}$ із розчину без додаткових операцій розділення практично неможливо.

28.4. Сіро-сріблястий метал, що притягується магнітом, прореагував із надлишком газоподібного хлору. Утворилася сполука, у якій метал виявляє ступінь окиснення +3. Її розчинили у воді й додали надлишок розчину лугу. Утворений осад відфільтрували і прожарили. Твердий залишок червоно-коричневого кольору обробили воднем за нагрівання й отримали початковий метал. Складіть ланцюжок перетворень і запишіть відповідні рівняння реакцій. Чи можна здійснити перетворення у зворотному напрямку? Поясніть свою думку.

Ланцюжок перетворень:
$\mathrm{Fe \rightarrow FeCl_3 \rightarrow Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 \rightarrow Fe}$

Рівняння реакцій:

1. $2\mathrm{Fe} + 3\mathrm{Cl_2} \xrightarrow{t^\circ} 2\mathrm{FeCl_3}$
2. $\mathrm{FeCl_3} + 3\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Fe(OH)_3}\downarrow + 3\mathrm{NaCl}$
3. $2\mathrm{Fe(OH)_3} \xrightarrow{t^\circ} \mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{H_2O}$
4. $\mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{H_2} \xrightarrow{t^\circ} 2\mathrm{Fe} + 3\mathrm{H_2O}$

Здійснити ці перетворення безпосередньо у зворотному напрямку неможливо. Основний оксид $\mathrm{Fe_2O_3}$ є нерозчинним у воді й не взаємодіє з нею з утворенням гідроксиду $\mathrm{Fe(OH)_3}$. Щоб добути нерозчинну основу, ферум(III) оксид спочатку необхідно розчинити в кислоті для одержання солі, а потім додати розчин лугу.

Навчальне дослідження № 14. Генетичні зв’язки між неорганічними речовинами

Обладнання: штатив із пробірками, корок із газовідвідною трубкою, пробіркотримач, спиртівка.

Реактанти: мідь, нітратна кислота, розчин натрій гідроксиду, хлоридна кислота, вода.

1. Складіть генетичний ланцюг із запропонованих речовин. Запишіть план експерименту, зазначте умови проведення хімічних реакцій.

Обраний генетичний ланцюг:
$\mathrm{Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2 \rightarrow Cu(OH)_2 \rightarrow CuO \rightarrow CuCl_2}$

План експерименту:

1. У пробірку поміщаємо шматочок міді та обережно доливаємо розчин нітратної кислоти.
2. До добутого розчину купрум(II) нітрату додаємо розчин натрій гідроксиду до появи осаду.
3. Закріплюємо пробірку з осадом у тримачі та нагріваємо в полум’ї спиртівки до зміни забарвлення.
4. До утвореного оксиду доливаємо розчин хлоридної кислоти та злегка прогріваємо.

2. Виконайте дослідження. Заповніть таблицю.

Підбиваємо підсумки

1. На чому ґрунтується можливість складання ланцюга перетворень для ілюстрації генетичних зв’язків між класами сполук?

Можливість складання ланцюга перетворень ґрунтується на спільності походження речовин та взаємозв’язку їхнього хімічного складу і властивостей. Хімічний елемент у процесі реакцій переходить від простої речовини до оксидів, гідроксидів і солей.

2. Чи є альтернативні варіанти послідовності сполук для вашого переліку речовин? Відповідь поясніть.

Так, можна спершу нагріти мідь на повітрі до утворення купрум(II) оксиду, потім розчинити його в хлоридній кислоті до купрум(II) хлориду, осадити гідроксид дією лугу, а далі розчинити його в нітратній кислоті з утворенням купрум(II) нітрату. Проте шлях із первинним окисненням міді кислотою відбувається швидше.

3. Чи є ваш варіант генетичного ланцюга найпростішим для виконання та раціональним? Відповідь поясніть.

Цей варіант є найпростішим і раціональним, тому що всі реакції відбуваються швидко за помірних умов та супроводжуються чіткими зовнішніми ознаками: виділенням газу, зміною забарвлення розчинів, випаданням і розчиненням осадів.