№5. Классификация и номенклатура неорганических веществ
Задание №5 — это «установите соответствие» между классом веществ и формулой. Балл теряют обычно на тривиальных названиях вроде «негашёная известь» и на различении средних, кислых и основных солей, поэтому здесь важна аккуратность, а не скорость.
Все неорганические вещества делят на четыре больших класса: оксиды, основания, кислоты и соли. Классификация опирается на состав и на то, какие ионы вещество образует при диссоциации. Оксиды — соединения двух элементов, один из которых кислород. Основания при диссоциации дают только гидроксид-ионы OH^−, кислоты — только катионы водорода H^+, соли — катион металла или аммония и кислотный остаток.
| Группа оксидов | Признак | Примеры | Соответствующий гидроксид |
|---|---|---|---|
| Основные | оксиды металлов в степени окисления +1 и +2 | Na2O, MgO, CaO, CuO, FeO, SrO | NaOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 — основания |
| Кислотные | оксиды неметаллов и металлов в высокой степени окисления (+5, +6, +7) | CO2, SO3, P2O5, SiO2, CrO3, Mn2O7, V2O5, As2O5 | H2CO3, H2SO4, H3PO4, H2SiO3, H2CrO4, HMnO4 |
| Амфотерные | оксиды металлов в степени окисления +2 и +3 у границы металлов и неметаллов | BeO, ZnO, Al2O3, PbO, Cr2O3 | Be(OH)2, Zn(OH)2, Al(OH)3, Pb(OH)2, Cr(OH)3 |
| Несолеобразующие | не образуют ни солей, ни соответствующих гидроксидов | CO, NO, N2O, SiO | нет |
Кислоты классифицируют по двум признакам. По составу кислотного остатка они бывают бескислородными (HCl, HBr, HI, HF, H2S) и кислородсодержащими (HNO3, H2SO4, H3PO4, H2CO3). По основности — по числу атомов водорода, способных замещаться на металл: одноосновные (HCl, HNO3, HCOOH), двухосновные (H2SO4, H2SO3, H2SeO4, H2C2O4), трёхосновные (H3PO4). Обрати внимание: число атомов кислорода на основность не влияет.
HCl → H^+ + Cl^− (одноосновная) · H2SO4 → 2H^+ + SO4^2− (двухосновная) · H3PO4 ⇄ 3H^+ + PO4^3− (трёхосновная)
Основания — гидроксиды, которые при диссоциации дают гидроксид-ионы. Растворимые основания называют щелочами: NaOH, KOH, LiOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 — это сильные основания. Нерастворимые основания: Cu(OH)2, Fe(OH)3, Mg(OH)2. Сила основания определяется степенью диссоциации, а не растворимостью: гидроксид кальция растворяется плохо, но как основание он сильный. Амфотерные гидроксиды (Zn(OH)2, Al(OH)3, Be(OH)2, Pb(OH)2, Cr(OH)3) реагируют и с кислотами, и со щелочами.
Соли — самый разнообразный класс, и в задании №5 проверяют именно их. Средняя соль содержит катион и кислотный остаток, водорода в остатке нет. Кислая соль (гидросоль) содержит ещё и атомы водорода в кислотном остатке. Основная соль (гидроксосоль) содержит гидроксогруппу. Бывают также двойные соли с двумя разными катионами и кристаллогидраты, в формулу которых входят молекулы воды.
| Тип соли | Состав | Примеры | Название |
|---|---|---|---|
| Средняя (нормальная) | катион и кислотный остаток, водорода нет | NaCl, K2SO4, Ca3(PO4)2, NH4NO3, KClO, CH3NH3Cl | хлорид натрия, сульфат калия, нитрат аммония |
| Кислая (гидросоль) | катион, атомы водорода и кислотный остаток | NaHCO3, NH4HCO3, NH4HSO4, Ca(H2PO4)2 | гидрокарбонат натрия, гидросульфат аммония, дигидрофосфат кальция |
| Основная (гидроксосоль) | катион, гидроксогруппа и кислотный остаток | Zn2(OH)2CO3, Cu2(OH)2CO3, Al(OH)Cl2 | гидроксокарбонат цинка, малахит |
| Двойная | два разных катиона и один кислотный остаток | KAl(SO4)2, K2NaPO4 | алюмокалиевые квасцы |
| Кристаллогидрат | соль и молекулы воды | CuSO4·5H2O, FeSO4·7H2O, CaSO4·2H2O | медный купорос, железный купорос, гипс |
- Негашёная известь — CaO (основный оксид), гашёная известь — Ca(OH)2 (сильное основание), известняк, мрамор и мел — CaCO3 (средняя соль).
- Пищевая сода — NaHCO3 (кислая соль), кальцинированная сода — Na2CO3 (средняя соль), кристаллическая сода — Na2CO3·10H2O.
- Аммиачная селитра — NH4NO3 (средняя соль, нитрат аммония), нашатырь — NH4Cl.
- Медный купорос — CuSO4·5H2O, железный купорос — FeSO4·7H2O, гипс — CaSO4·2H2O: все три кристаллогидраты.
- Малахит — Cu2(OH)2CO3 (основная соль), алюмокалиевые квасцы — KAl(SO4)2 (двойная соль).
- Пероксид водорода H2O2 — бинарное соединение, а не кислота: в его состав входят атомы только двух элементов.
- Шаг 1. Переведи тривиальное название в формулу: без формулы определить класс вещества невозможно.
- Шаг 2. Определи класс: оксид, основание, кислота или соль.
- Шаг 3. Для оксида уточни группу: основный, кислотный, амфотерный или несолеобразующий.
- Шаг 4. Для кислоты посчитай основность — число атомов водорода, способных замещаться на металл, а не число атомов кислорода.
- Шаг 5. Для соли проверь, есть ли в кислотном остатке водород (кислая соль) или гидроксогруппа (основная соль); если нет ни того, ни другого — соль средняя.
- Шаг 6. Сопоставь каждую букву задания с найденной формулой и запиши цифры строго в порядке букв.
Типичные ошибки. 1) Определяют основность кислоты по числу атомов кислорода: в H3PO4 кислорода четыре, но кислота трёхосновная, потому что способных замещаться атомов водорода три. 2) Считают кислую соль средней, забывая про водород в кислотном остатке: NaHCO3 — гидрокарбонат, то есть кислая соль. 3) Относят к солям только вещества с металлом: соли аммония NH4NO3, NH4HSO4, CH3COONH4 — тоже соли. 4) Называют оксидами любые соединения с кислородом: H2O2, H2SO4 и NaOH кислород содержат, но оксидами не являются. 5) Путают амфотерные и основные оксиды: ZnO и Al2O3 реагируют и с кислотами, и со щелочами. 6) Считают силу основания зависящей от растворимости: Ca(OH)2 малорастворим, но это сильное основание.
Проверь себя
- Почему H3PO4 относят к трёхосновным кислотам, хотя атомов кислорода в ней четыре?
- Чем отличается средняя соль от кислой? Приведи пример двух солей одного металла и одной кислоты.
- Почему H2O2 не считают оксидом, хотя в формуле есть кислород?
- Как по формуле отличить основную соль от средней? Приведи пример основной соли и назови её.
- Что общего у Al(OH)3 и Zn(OH)2 и чем они отличаются от NaOH?
Показательные решения
- Задание на соответствие: каждой букве, то есть классу веществ, нужно подобрать цифру — формулу из перечня; ответ записывается тремя цифрами по порядку букв.
- А) Двухосновная кислота при диссоциации даёт два катиона водорода. Считаем способные замещаться атомы водорода: в H2SO3 их два, значит подходит формула под номером 4.
- Б) Средняя соль — продукт полного замещения водорода в кислоте: в ней есть катион металла или аммония и кислотный остаток без атомов водорода. Нитрат аммония NH4NO3 подходит, это формула под номером 8.
- В) Амфотерный гидроксид проявляет и основные, и кислотные свойства; из перечня это гидроксид цинка Zn(OH)2 — формула под номером 2.
- Проверка: соли с приставкой «гидро-» в составе имеют водород, поэтому средними быть не могут, а гидроксиды натрия и калия основные, а не амфотерные.
- Ответ: 482.
Ответ: 482
Официальное решение из банка ФИПИ
А) К группе двухосновных кислот относятся такие кислоты, которые при диссоциации в водном растворе образуют два иона H +. Из предложенных соединений к группе двухосновных кислот относится H₂SO₃. Б) Средние соли — продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты, то есть вещества, в состав которых входит катион металла или аммония и кислотный остаток без атомов водорода. К средним солям относится нитрат аммония NH₄NO₃. В) Амфотерный гидроксид — гидроксид амфотерного элемента, который в зависимости от условий может проявлять как кислотные, так и основные свойства. Из предложенных соединений к группе амфотерных гидроксидов относится гидроксид цинка Zn (OH)₂. Ответ: 482.
- Соответствие «класс вещества — формула» разбираем по буквам, начиная с самого однозначного пункта.
- А) Кислотный оксид — солеобразующий оксид неметалла или металла в высокой степени окисления, которому соответствует кислородсодержащая кислота. Хромовый ангидрид CrO3 даёт кислоту H2CrO4, хром здесь в степени окисления +6, значит это формула 1.
- Б) Кислая соль отличается от средней наличием атома водорода в кислотном остатке: гидрокарбонат аммония NH4HCO3 содержит и катион аммония, и водород в остатке HCO3^− — это формула 8.
- В) Кристаллогидрат — соединение, в состав которого входят молекулы воды. Железный купорос FeSO4·7H2O подходит, это формула 6.
- Проверка: остальные формулы перечня — средние соли и кислоты, ни одному из трёх пунктов они не отвечают.
- Ответ: 186.
Ответ: 186
Официальное решение из банка ФИПИ
А) Кислотные оксиды — солеобразующие оксиды неметаллов или переходных элементов в высоких степенях окисления, при взаимодействии с водой образуют кислородсодержащие кислоты. Из предложенных соединений к кислотным оксидам относится хромовый ангидрид CrO₃. Б) Кислые соли — продукты неполного замещения атомов водорода в молекуле кислоты, то есть вещества, в состав которых входит катион металла или аммония и кислотный остаток с атомом водорода. К кислым солям относится гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃. В) Кристаллогидраты — соединения, содержащие в своем составе молекулы воды. Из предложенных соединений к группе кристаллогидратов относится железный купорос FeSO₄ · 7H₂O. Ответ: 186.
- В перечне вместо формул могут стоять бытовые названия, поэтому первым делом переводим их в формулы.
- А) Негашёная известь — это оксид кальция CaO. Он образован металлом, ему соответствует основание Ca(OH)2, значит это основный оксид, формула под номером 6.
- Б) Бескислородная кислота — та, в кислотном остатке которой нет кислорода. Сероводород H2S при диссоциации даёт катионы водорода, а кислорода в остатке нет, значит это номер 4.
- В) Кислая соль содержит катион металла, атомы водорода и кислотный остаток. Дигидрофосфат кальция Ca(H2PO4)2 подходит: два атома водорода остались в остатке H2PO4^−, это номер 7.
- Проверка: класс вещества определяем по формуле, а не по названию; например, гипс CaSO4·2H2O одновременно и кристаллогидрат, и средняя соль.
- Ответ: 647.
Ответ: 647
Официальное решение из банка ФИПИ
А) Основные оксиды — солеобразующие оксиды металлов, соответствующие основаниям. Из предложенных соединений к основным оксидам относится негашеная известь CaO. Б) Бескислородная кислота — сложное вещество, при диссоциации которого в водном растворе отщепляется только один вид катионов — катион водорода H⁺, а кислотный остаток не содержит атомов кислорода. Из предложенных соединений к классу бескислородных кислот относится сероводород H₂S. В) Кислая соль содержит атомы металла (или катион аммония), атомы водорода и кислотный остаток. Из предложенных соединений к группе кислых солей относится Ca (H₂PO₄)₂. Ответ: 647.