Генетический ряд металла

Характерный генетический ряд для металлов: Металл → Основный оксид → Основание → Соль.

Если металл активный (щелочной или щелочноземельный), его оксид реагирует с водой, образуя растворимое основание (щёлочь). Например, ряд для кальция: $\mathrm{Ca \to CaO \to Ca(OH)_2 \to CaCO_3}$ . Реакции:

$\mathrm{2Ca + O_2 \to 2CaO}$
$\mathrm{CaO + H_2O \to Ca(OH)_2}$
$\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \to CaCO_3 + H_2O}$

Если металл малоактивный, его оксид напрямую с водой не реагирует, и гидроксид получают косвенным путем (из соли). Например, для меди: $\mathrm{Cu \to CuO \to CuCl_2 \to Cu(OH)_2 \to CuSO_4}$ .

Генетический ряд неметалла

Характерный ряд для неметаллов: Неметалл → Кислотный оксид → Кислота → Соль.

Например, для фосфора: $\mathrm{P \to P_2O_5 \to H_3PO_4 \to Na_3PO_4}$ . Реакции:

$\mathrm{4P + 5O_2 \to 2P_2O_5}$
$\mathrm{P_2O_5 + 3H_2O \xrightarrow{t^\circ} 2H_3PO_4}$
$\mathrm{H_3PO_4 + 3NaOH \to Na_3PO_4 + 3H_2O}$

Оксиды некоторых неметаллов не реагируют с водой (например, $\mathrm{SiO_2}$ ), поэтому их кислоты также получают косвенным путем из солей: $\mathrm{Si \to SiO_2 \to Na_2SiO_3 \to H_2SiO_3}$ .

Генетический ряд амфотерных элементов

Элементы с амфотерными свойствами образуют соединения (оксиды и гидроксиды), способные реагировать как с кислотами, так и со щелочами. Например, для цинка: $\mathrm{Zn \to ZnO \to ZnCl_2 \to Zn(OH)_2 \to Na_2ZnO_2}$ .

Амфотерные гидроксиды проявляют свойства и оснований, и кислот. При реакции со щелочью $\mathrm{Zn(OH)_2}$ образует соль и воду: $\mathrm{Zn(OH)_2 + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_2ZnO_2 + 2H_2O}$ .

Запомните

Генетический ряд — это последовательность соединений разных классов одного и того же элемента.
Активные металлы: $\mathrm{Металл \to Основный\ оксид \to Щёлочь \to Соль}$ .
Неметаллы: $\mathrm{Неметалл \to Кислотный\ оксид \to Кислота \to Соль}$ .
Нерастворимые основания (напр., $\mathrm{Cu(OH)_2}$ ) и кислоты (напр., $\mathrm{H_2SiO_3}$ ) нельзя получить прямой реакцией оксида с водой.
Амфотерные гидроксиды образуют соли при реакции как с кислотами, так и со щелочами.

Разобранные примеры

Пример 1
Определите вещества X и Y в цепочке превращений: $\mathrm{Cu \xrightarrow{+O_2} X \xrightarrow{+HCl} Y \xrightarrow{+NaOH} Cu(OH)_2}$ .
Решение
1. Медь горит в кислороде с образованием оксида меди(II): $\mathrm{2Cu + O_2 \to 2CuO}$ . Значит, вещество X — это $\mathrm{CuO}$ .
2. Основный оксид $\mathrm{CuO}$ реагирует с соляной кислотой, образуя соль хлорид меди(II): $\mathrm{CuO + 2HCl \to CuCl_2 + H_2O}$ . Значит, вещество Y — это $\mathrm{CuCl_2}$ .
3. Растворимая соль ( $\mathrm{CuCl_2}$ ) взаимодействует со щелочью (NaOH), осаждая нерастворимый $\mathrm{Cu(OH)_2}$ : $\mathrm{CuCl_2 + 2NaOH \to Cu(OH)_2\downarrow + 2NaCl}$ .
Ответ: X – $\mathrm{CuO}$ , Y – $\mathrm{CuCl_2}$ .
Пример 2
С какими веществами нужно последовательно провести реакции, чтобы осуществить генетический ряд $\mathrm{S \to SO_2 \to SO_3 \to H_2SO_4 \to BaSO_4}$ ?
Решение
1. Чтобы получить $\mathrm{SO_2}$ из серы, её нужно сжечь: $\mathrm{S + O_2 \to SO_2}$ .
2. Оксид серы(IV) каталитически окисляют до оксида серы(VI): $\mathrm{2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5} 2SO_3}$ .
3. $\mathrm{SO_3}$ — кислотный оксид, при реакции с водой образует серную кислоту: $\mathrm{SO_3 + H_2O \to H_2SO_4}$ .
4. Для получения осадка сульфата бария из серной кислоты можно использовать любое растворимое соединение бария, например $\mathrm{BaCl_2}$ : $\mathrm{H_2SO_4 + BaCl_2 \to BaSO_4\downarrow + 2HCl}$ .
Ответ: $\mathrm{O_2}$ , $\mathrm{O_2}$ , $\mathrm{H_2O}$ , $\mathrm{BaCl_2}$ .

Проверьте себя

Сначала решите сами, потом откройте ответ.

Какой ряд представляет собой генетический ряд неметалла?
1. $\mathrm{Na \to Na_2O \to NaOH \to NaCl}$
2. $\mathrm{Cu \to CuO \to CuCl_2 \to Cu(OH)_2}$
3. $\mathrm{C \to CO_2 \to H_2CO_3 \to K_2CO_3}$
4. $\mathrm{Zn \to ZnO \to ZnCl_2 \to Zn(OH)_2}$
5. $\mathrm{Ca \to CaO \to Ca(OH)_2 \to CaSO_4}$
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: C $\mathrm{C \to CO_2 \to H_2CO_3 \to K_2CO_3}$
Генетический ряд должен относиться к одному элементу (здесь углерод) и следовать схеме: $\mathrm{Неметалл \to Кислотный\ оксид \to Кислота \to Соль}$ . Остальные варианты — это генетические ряды металлов.
Определите вещество Z в схеме превращений: $\mathrm{Fe \xrightarrow{+HCl} X \xrightarrow{+NaOH} Y \xrightarrow{t^\circ} Z}$ (учтите, что железо с HCl образует соль со степенью окисления +2, а Y нагревают без доступа воздуха).
1. $\mathrm{FeO}$
2. $\mathrm{Fe_2O_3}$
3. $\mathrm{Fe(OH)_3}$
4. $\mathrm{Fe(OH)_2}$
5. $\mathrm{FeCl_3}$
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: A $\mathrm{FeO}$
1. $\mathrm{Fe + 2HCl \to FeCl_2 + H_2\uparrow}$ (X – $\mathrm{FeCl_2}$ ).
2. $\mathrm{FeCl_2 + 2NaOH \to Fe(OH)_2\downarrow + 2NaCl}$ (Y – $\mathrm{Fe(OH)_2}$ ).
3. При нагревании без доступа воздуха $\mathrm{Fe(OH)_2}$ разлагается: $\mathrm{Fe(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} FeO + H_2O}$ (Z – $\mathrm{FeO}$ ).
Какие классы веществ образуются на последнем этапе генетического ряда амфотерного элемента — при реакции его гидроксида со щёлочью (при сплавлении)?
1. Оксид и вода
2. Кислота и вода
3. Новое основание и соль
4. Соль и вода
5. Только сложный эфир
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: D Соль и вода
Амфотерные гидроксиды (например, $\mathrm{Zn(OH)_2}$ ) при реакции со щелочами (например, NaOH) проявляют кислотные свойства, образуя в результате соль (например, $\mathrm{Na_2ZnO_2}$ ) и воду.

Типичные ошибки

Считать, что все оксиды реагируют с водой. Оксиды, соответствующие нерастворимым основаниям (например, $\mathrm{CuO}$ , $\mathrm{FeO}$ ), и некоторые кислотные оксиды (например, $\mathrm{SiO_2}$ ) не взаимодействуют с водой; гидроксиды получают косвенно.
Запоминать, что при реакции амфотерных металлов со щелочами выделяется только водород, но забывать про образующуюся при этом соль.
Полагать, что в генетическом ряду степень окисления элемента всегда остается неизменной (иногда она меняется, как при переходе $\mathrm{SO_2 \to SO_3}$ ).

Всё ещё не до конца понятно?

Объяснит тему голосом, как на уроке, запишет всё на доске и проверит вопросами.

Изучить с Живым репетитором Решить задачу по фото