Блок 2. Неорганическая химия
2.8. Взаимосвязь различных классов неорганических веществ
Между классами веществ существует возможность их взаимного превращения: из простых веществ получают оксиды, из оксидов – основания или кислоты, из кислот – соли. Возможен и обратный переход от солей к основаниям и кислотам, от основания и кислот к оксидам, а от оксидов к простым веществам.
Подобная связь между классами соединений, позволяющая получать вещество одного класса из вещества другого, называется генетической. Необходимо иметь в виду, что не всегда одно вещество из другого можно получить напрямую. Например, гидроксид меди (II) Cu(OH)2 нельзя получить взаимодействием оксида меди (II) с водой. В этом случае применяют косвенный путь: на оксида меди (II) действуют кислотой и получают соль, а из соли действием щелочи получают гидроксид меди (II).
Генетическую связь между основными классами неорганических соединений можно показать схематически
1. Металл, реагируя с кислородом, дает основной или амфотерный оксид. Неметалл при реакции с кислородом дает только кислотный оксид. Реакции проходят при нагревании, так как кислород имеет прочную двойную связь.
2. Металл может реагировать с неметаллом, образуя соль. Только активные металлы и неметаллы реагируют при обычных условиях. Для остальных элементов для проведения реакции необходимо нагревание.
3. Основной оксид может реагировать с амфотерным и кислотным оксидами, образуя соли. Кислотный оксид может реагировать с амфотерным и основным оксидами, образуя соли. Оксиды активных металлов могут реагировать при обычных температурах, а остальные при нагревании.
4. Основной оксид с водой образует основания. Только активные щелочные и щелочно-земельные металлы реагируют с водой при обычных условиях с образованием сильных оснований, для остальных необходим нагрев. Например, оксид магния лучше реагирует с водой при нагревании, так как гидроксид магния малорастворим.
MgO + Н2О = Mg(OH)2
Многие кислотные оксиды реагируют с водой, образуя кислоты. Некоторые кислотные оксиды с водой при обычных условиях не взаимодействуют, поэтому их получают косвенным путем.
Амфотерные оксиды с водой практически не взаимодействуют, поэтому их получают косвенным путем.
5. Основания могут реагировать с амфотерным основаниями и кислотами, образуя соли. Кислоты реагируют с основаниями и амфотерными основаниями, образуя соли.
Между неорганическим веществами (простыми и сложными) существует генетическая связь, основанная на их химических свойствах. Исходя из простых веществ, получают оксиды, гидроксиды, соли. Последовательность таких превращений можно представить двумя схемами:
металл → основный оксид → основание → соль,
например:
Са → СаО →Са(ОН)2 → Са3(РО4)2;
неметалл → кислотный оксид → кислота → соль,
например:
Р→ Р2О5 → Н3РО4 → Са3(РО4)2.
Безусловно, эти схемы не отражают всей глубины и многообразия взаимоотношений неорганических веществ. С одной стороны, нельзя понимать их таким образом, что каждое последующее вещество может быть получено непосредственно из предыдущего. Так, в большинстве случаев невозможно в одну стадию получить основание из основного оксида. С другой стороны, более сложные вещества могут быть получены из простых, минуя одну или две стадии приведенных схем, например, металл, взаимодействуя с кислотой, дает соль. Следует иметь в виду, что возможно образование не только более сложных веществ из менее сложных, но и наоборот.
Различные способы получения оксидов, оснований, солей, кислот широко используют как в лабораторной практике, так и в химической промышленности.
Производство кислот (серной, соляной, азотной, фосфорной), солей (в частности минеральных удобрений — аммиачной и калийной селитры, суперфосфата, аммофоса), оксидов (например, негашеной извести СаО) и многих других неорганических соединений имеет важное народнохозяйственное значение.
Выбирая рациональные способы получения какого-либо вещества, обычно используют недефицитное сырье (встречающееся в природе или выпускаемое промышленностью).
Качественные реакции неорганических веществ
Идентификацией (определением) веществ занимается аналитическая химия. Для определения веществ используют характерные (или качественные) реакции.
Большинство качественных реакций в неорганической химии — это ионные реакции.
Для того, чтобы определить наличие кислоты или щелочи в водном растворе, можно воспользоваться индикатором. При избытке катионов водорода H+ (H3O+), т.е. в кислой среде, фиолетовый лакмус и оранжевый метилоранж принимают красную окраску. При избытке гидроксид-ионов OH–, т.е. в щелочной среде, фиолетовый лакмус примет синюю окраску, оранжевый метилоранж — желтую, а бесцветный фенолфталеин — малиновую.
Качественной реакцией на сульфат-ион SO42– является реакция образования осадка BaSO4, не растворимого в кислотах. Поэтому для определения серной кислоты, растворимых сульфатов и гидросульфатов используют реактив, содержащий ионы бария Ba2+, например хлорид бария BaCl2. Признаком реакции является выпадение кpисталлического осадка белого цвета BaSO4, не растворимого в кислотах:
H2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2HCl
SO42– + Ba2+ = BaSO4↓
Для определения хлорид-ионов Cl– (соляной кислоты и растворимых хлоридов) используют реактив, содержащий ионы серебра Ag+, например нитрат серебра AgNO3. Признаком реакции является выпадение творожистого осадка белого цвета AgCl, не растворимого в кислотах:
HCl + AgNO3 = AgCl↓ + HNO3
Cl– + Ag+ = AgCl↓
Для определения бромоводородной и иодоводородной кислот, их солей: бромидов и иодидов можно также использовать реактив, содержащий ионы серебра Ag+ (AgNO3). В случае бромидов наблюдается образование творожистого осадка светло-желтого цвета AgBr, а в случае иодидов — творожистого осадка интенсивно-желтого цвета AgI. Оба осадка не растворяются в кислотах:
HBr + AgNO3 = AgBr↓ + HNO3
Br– + Ag+ = AgBr↓
KI + AgNO3 = AgI↓ + KNO3
I– + Ag+ = AgI↓
Бромиды и иодиды можно определить также с помощью хлорной воды (водного раствора хлора). Cl2 окисляет бромид- и иодид-ионы до соответствующих галогенов, которые в водном растворе имеют бурую окраску:
2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2
2Br– + Cl2 = 2Cl– + Br2
2KI + Cl2 = 2KCl + I2
2I– + Cl2 = 2Cl– + I2
Выделяющийся иод легко отличить от брома с помощью характерной реакции с раствором крахмала, который с I2 образует соединение темно-синего цвета.
Соли угольной кислоты — карбонаты и гидрокарбонаты — можно распознать сильной кислотой, например соляной HCl. Признаком реакции является бурное выделение («вскипание») углекислого газа:
MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + H2O + CO2↑
MgCO3 + 2H+ = Mg2+ + H2O + CO2↑
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2↑
HCO3– + H+ = H2O + CO2↑
Растворимые соли фосфорной кислоты — фосфаты — можно распознать с помощью реактива, содержащего ионы серебра Ag+ (AgNO3). Признаком реакции является выпадение осадка желтого цвета Ag3PO4, растворяющегося в избытке азотной или фосфорной кислот:
Na3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3NaNO3
PO43+ + 3Ag+ = Ag3PO4↓
Для обнаружения силикат-ионов SiO32– к исследуемому раствору добавляют любую сильную кислоту. Образуется гель (студенистый осадок) практически нерастворимой кремниевой кислоты H2SiO3:
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
SiO32– + 2H+ = H2SiO3↓
Нитрат-ионы NO3– не дают осадков ни с одним из катионов, поэтому ионные реакции для обнаружения NO3– не применимы. Для распознавания солей азотной кислоты солей азотной кислоты (нитратов) в растворах используют реакции с органическими соединениями (например, дифениламином ). Твердые нитраты легко могут быть обнаружены при действии на них концентрированной H2SO4 с медью. При этом происходит вытеснение летучей азотной кислоты и ее взаимодействие с медью, сопровождающееся образованием газа NO2 бурого цвета:
KNO3 + H2SO4 (конц.) = HNO3 + KHSO4
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
Очень быстрый способ обнаружения селитр (нитратов щелочных и щелочноземельных металлов, а также аммония) основан на том, что они при прокаливании выделяют кислород (при прокаливании NH4NO3 выделяется N2O, который тоже является сильным окислителем). Кристаллики вещества помещают на раскаленный уголек. При этом наблюдаются характерные вспышки:
2NaNO3 = 2NaNO2 + O2↑
C + O2 = CO2
Сульфид-ион S2– образует много нерастворимых солей (сульфидов) с характерными окрасками, что позволяет легко обнаружить ничтожно малые концентрации S2–. Обычно используется реакция с нитратом (или ацетатом) свинца, в результате которой выпадает осадок черного цвета PbS:
Na2S + Pb(NO3)2 = 2NaNO3 + PbS↓
S2– + Pb2+ = PbS↓
Соли аммония распознают с помощью щелочи. Признаком реакции является выделение газа (усиливающееся при нагревании) с резким запахом — аммиака NH3:
(NH4)2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2NH3↑ + 2H2O
NH4+ + OH– = NH3↑ + H2O
Выделяющийся аммиак можно определить по характерному резкому запаху или с помощью влажной индикаторной бумажки, например, смоченной раствором лакмуса. Под действием аммиака лакмусовая бумажка синеет, т.к. обнаруживает гидроксид-ионы:
NH3 + H2O = NH4+ + OH–
Многие качественные реакции основаны на образовании ярко-окрашенных комплексных ионов. Так, ионы Fe2+ обнаруживают с помощью гексацианоферрата (III) калия (красной кровяной соли) K3[Fe(CN)6]. При этом образуется турнбулева синь KFe[Fe(CN)6] (коллоидный раствор интенсивно-синего цвета):
Для распознавания ионов Fe3+ также используют реакцию с комплексным соединением — гексацианоферратом (II) калия (желтой кровяной соли) K4[Fe(CN)6], при этом образуется берлинская лазурь KFe[Fe(CN)6]:
Очень чувствительной (т.е. позволяющей определить следы ионов) качественной реакцией на Fe3+ является образование роданида железа (III) — комплексного соединения, содержащего катион Fe3+ и роданид-ионы (тиоцианат-ионы) CNS–, с интенсивной красно-коричневой («кроваво-красной») окраской. Упрощенно уравнение реакции записывают следующим образом:
FeCl3 + 3NH4CNS = Fe(CNS)3 + 3NH4Cl |
Меню сайта
Категории раздела
Вход
Поиск
Друзья сайта
Наш опрос
Статистика
