№31. Цепочка неорганических превращений: подбор веществ и уравнения реакций

Разберёмся с нуля. Цепочка превращений — это последовательность реакций, в которой продукт каждого шага становится исходным веществом следующего. Читают её слева направо, как рассказ: сначала описано исходное вещество, затем то, во что оно превратилось, и так до последней стрелки. Ключевая мысль проста: в каждой стрелке участвует ровно то вещество, которое получилось на предыдущем шаге, а не то, что «логично было бы взять».

Cu → CuO → CuSO4 → Cu(OH)2 → CuO — типичный генетический ряд металла

Первый шаг цепочки почти всегда привязан к описанию: цвет, агрегатное состояние, качественный признак. Оранжевые кристаллы, дающие при прокаливании зелёный порошок и бесцветный газ, — это дихромат аммония. Синий раствор, полученный растворением чёрного порошка в серной кислоте, — сульфат меди(II). Дальше работают по генетическим рядам: металл даёт основный оксид, оксид с кислотой — соль, соль со щёлочью — нерастворимое основание, а основание при нагревании снова даёт оксид.

2Cu + O2 → 2CuO (t)

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O — раствор становится синим

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ (синий осадок) + Na2SO4

Cu(OH)2 → CuO + H2O (t)

Отдельный разговор — амфотерные соединения. Их гидроксиды растворяются и в кислотах, и в щелочах: Al(OH)3 с соляной кислотой даёт AlCl3, а с избытком щёлочи — комплексный тетрагидроксоалюминат Na[Al(OH)4]. Оксиды алюминия, цинка и хрома(III) реагируют и с кислотами, и со щелочами, причём при сплавлении образуются алюминаты, цинкаты и хромиты. Если в цепочке появляется амфотерный металл, почти наверняка одна из стрелок проверяет именно это свойство.

Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O — амфотерный оксид с кислотой

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (сплавление) — тот же оксид со щёлочью

Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] — в избытке щёлочи осадок растворяется

• Шаг 1. Прочитай цепочку до конца и подпиши под каждой стрелкой тип превращения: замещение, обмен, разложение, окисление.
• Шаг 2. Определи первое вещество по описанию — цвет, запах, агрегатное состояние, качественная реакция.
• Шаг 3. Веди цепочку по одному шагу: продукт предыдущей реакции становится исходным веществом следующей, ничего не подставляй «из головы».
• Шаг 4. Подбери реагент и обязательно укажи условие: t, kat., концентрированная кислота, избыток щёлочи, электролиз.
• Шаг 5. Проверь возможность реакции: металл с кислотой — только до водорода, соль с солью — обе должны быть растворимы.
• Шаг 6. Расставь коэффициенты и проверь баланс по каждому элементу, отдельно посчитав атомы кислорода.
• Шаг 7. Пересчитай уравнения: их ровно столько, сколько стрелок в задании, и каждое оценивают отдельным баллом.

Типичные ошибки. 1) Забывают условия: без нагревания или катализатора реакция не пойдёт, и уравнение не зачитывают. 2) Ставят неверный продукт по инерции: железо с хлором даёт FeCl3, а не FeCl2, медь с соляной кислотой не реагирует вовсе. 3) Путают основность с амфотерностью: Al(OH)3 в избытке щёлочи растворяется с образованием тетрагидроксокомплекса, а не «не реагирует». 4) Теряют второй продукт реакции: в обмене всегда есть вода, соль или газ, в восстановлении оксида металлом — оксид второго металла. 5) Забывают про воду в электролизе водного раствора и пишут вещество, которого в системе нет. 6) Пишут брутто-формулы и путают индексы: Cu(OH)2 и CuOH — разные вещества, а Fe2(SO4)3 и FeSO4 отличаются степенью окисления железа.

Проверь себя

1. Почему медь не реагирует с соляной кислотой, а цинк реагирует, и как это использовать при чтении цепочки?
2. Что изменится, если в цепочке к Al(OH)3 прилить избыток щёлочи, а не кислоты?
3. Какие условия обязательно указывать над стрелкой и почему без них уравнение не зачитывают?
4. Как по описанию «при прокаливании даёт зелёный порошок» понять, что исходное вещество — дихромат аммония?
5. Почему в электролизе водного раствора сульфата меди нельзя обойтись без воды в уравнении?

Показательные решения