Страница 11 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Какие соединения называют бинарными? Какие бинарные соединения называют оксидами? На какие группы подразделяют оксиды? Приведите примеры оксидов каждой группы.

Какие соединения называют бинарными?

Бинарными соединениями (или двухэлементными) называют сложные вещества, которые состоят из атомов ровно двух разных химических элементов. Примерами могут служить вода $H_2O$ (состоит из водорода и кислорода), поваренная соль $NaCl$ (состоит из натрия и хлора) или метан $CH_4$ (состоит из углерода и водорода).

Ответ: Бинарные соединения — это химические соединения, состоящие из двух различных химических элементов.

Какие бинарные соединения называют оксидами?

Оксидами называют класс бинарных соединений, в состав которых входит элемент кислород в степени окисления -2, связанный с другим, менее электроотрицательным элементом. Например, оксид кальция $CaO$ и оксид углерода(IV) $CO_2$ являются оксидами. Соединения кислорода с фтором (например, $OF_2$) к оксидам не относят, так как фтор более электроотрицателен, чем кислород.

Ответ: Оксиды — это бинарные соединения химического элемента с кислородом в степени окисления -2.

На какие группы подразделяют оксиды? Приведите примеры оксидов каждой группы.

Оксиды классифицируют на основе их химических свойств, то есть их способности взаимодействовать с кислотами и основаниями с образованием солей. По этому признаку выделяют четыре основные группы оксидов:

1. Основные оксиды — это оксиды металлов в низких степенях окисления (как правило, +1, +2). Они проявляют свойства оснований, реагируя с кислотами. Примеры: оксид натрия ($Na_2O$), оксид кальция ($CaO$), оксид меди(II) ($CuO$).

2. Кислотные оксиды — это оксиды неметаллов, а также оксиды металлов в высоких степенях окисления (от +5 до +7). Они проявляют свойства кислот, реагируя с основаниями. Примеры: оксид углерода(IV) ($CO_2$), оксид серы(VI) ($SO_3$), оксид фосфора(V) ($P_2O_5$).

3. Амфотерные оксиды — это оксиды, проявляющие двойственные свойства (и кислотные, и основные). Они реагируют как с кислотами, так и с основаниями (щелочами). Примеры: оксид алюминия ($Al_2O_3$), оксид цинка ($ZnO$), оксид бериллия ($BeO$).

4. Несолеобразующие оксиды — это оксиды, которые не образуют солей ни с кислотами, ни с основаниями. Примеры: оксид углерода(II) ($CO$), оксид азота(II) ($NO$), оксид азота(I) ($N_2O$).

Ответ: Оксиды делят на четыре группы: основные (например, $CaO$), кислотные (например, $SO_3$), амфотерные (например, $Al_2O_3$) и несолеобразующие (например, $CO$).

2. Какие гидроксиды называют основаниями? Приведите примеры оснований каждой группы.

Основаниями называют сложные вещества, которые состоят из атомов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и одной или нескольких гидроксогрупп ($OH^-$). Общая формула оснований — $M(OH)_n$, где M — это атом металла, а n — его степень окисления (и валентность), равная числу гидроксогрупп.

По растворимости в воде основания классифицируют на следующие группы:

Растворимые основания (щелочи)

Это гидроксиды щелочных металлов (элементы IA группы: Li, Na, K и др.) и некоторых щелочноземельных металлов (элементы IIA группы: Ca, Sr, Ba). Щёлочи являются сильными основаниями и сильными электролитами, они хорошо растворяются в воде и полностью диссоциируют на ионы.

Примеры: гидроксид натрия — $NaOH$, гидроксид калия — $KOH$, гидроксид лития — $LiOH$, гидроксид кальция — $Ca(OH)_2$, гидроксид бария — $Ba(OH)_2$.

Нерастворимые основания

Это гидроксиды большинства других металлов, включая d-элементы (переходные металлы) и магний. Они не растворяются или очень плохо растворяются в воде. Являются слабыми основаниями и слабыми электролитами.

Примеры: гидроксид меди(II) — $Cu(OH)_2$, гидроксид железа(III) — $Fe(OH)_3$, гидроксид магния — $Mg(OH)_2$, гидроксид цинка — $Zn(OH)_2$, гидроксид алюминия — $Al(OH)_3$.

Некоторые нерастворимые гидроксиды ($Zn(OH)_2$, $Al(OH)_3$, $Be(OH)_2$ и др.) проявляют двойственные, амфотерные свойства. Это означает, что они могут реагировать как с кислотами (проявляя основные свойства), так и со щелочами (проявляя кислотные свойства).

Ответ: Основаниями называют гидроксиды металлов — сложные вещества, состоящие из катионов металла и связанных с ними гидроксид-анионов ($OH^-$). Основания делятся на группы по растворимости. Примеры растворимых оснований (щелочей): гидроксид натрия ($NaOH$), гидроксид калия ($KOH$), гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$). Примеры нерастворимых оснований: гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$), гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$). Среди нерастворимых выделяют амфотерные гидроксиды, например, гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) и гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$).

3. На какие группы подразделяют кислоты? Приведите примеры кислот каждой группы.

Кислоты, являясь одним из важнейших классов химических соединений, классифицируются по нескольким признакам. Основные классификации проводятся по содержанию кислорода, основности, силе, устойчивости и происхождению.

1. Классификация по содержанию кислорода в молекуле

По этому признаку все кислоты делятся на две большие группы:

• Кислородсодержащие (оксикислоты) — это кислоты, в молекулах которых содержатся атомы кислорода.
  Примеры: серная кислота $H_2SO_4$, азотная кислота $HNO_3$, фосфорная кислота $H_3PO_4$, угольная кислота $H_2CO_3$.

• Бескислородные — это кислоты, в молекулах которых отсутствуют атомы кислорода.
  Примеры: соляная (хлороводородная) кислота $HCl$, сероводородная кислота $H_2S$, бромоводородная кислота $HBr$, фтороводородная кислота $HF$.

Ответ: По содержанию кислорода кислоты подразделяют на кислородсодержащие (например, $H_2SO_4$, $HNO_3$) и бескислородные (например, $HCl$, $H_2S$).

2. Классификация по основности

Основность кислоты определяется числом атомов водорода в её молекуле, способных замещаться на атомы металла с образованием соли. По этому признаку кислоты бывают:

• Одноосновные — содержат один такой атом водорода.
  Примеры: соляная кислота $HCl$, азотная кислота $HNO_3$, уксусная кислота $CH_3COOH$.

• Двухосновные — содержат два таких атома водорода.
  Примеры: серная кислота $H_2SO_4$, сероводородная кислота $H_2S$, угольная кислота $H_2CO_3$.

• Трехосновные — содержат три таких атома водорода.
  Примеры: ортофосфорная кислота $H_3PO_4$, борная кислота $H_3BO_3$.

Ответ: По основности кислоты делятся на одноосновные ($HCl$), двухосновные ($H_2SO_4$) и трехосновные ($H_3PO_4$) в зависимости от количества атомов водорода, способных к замещению.

3. Классификация по силе

Сила кислоты характеризуется её способностью диссоциировать (распадаться на ионы) в водном растворе. Чем выше степень диссоциации, тем сильнее кислота.

• Сильные кислоты — практически полностью диссоциируют в водных растворах.
  Примеры: серная кислота $H_2SO_4$, соляная кислота $HCl$, азотная кислота $HNO_3$, бромоводородная кислота $HBr$.

• Слабые кислоты — диссоциируют в незначительной степени.
  Примеры: угольная кислота $H_2CO_3$, сероводородная кислота $H_2S$, уксусная кислота $CH_3COOH$, фосфорная кислота $H_3PO_4$.

Ответ: По силе кислоты подразделяются на сильные, которые почти полностью диссоциируют на ионы (например, $HNO_3$, $HCl$), и слабые, диссоциирующие незначительно (например, $H_2CO_3$, $CH_3COOH$).

4. Классификация по устойчивости

Этот признак характеризует способность кислоты сохранять свой состав при обычных условиях или нагревании.

• Устойчивые — не разлагаются или разлагаются при очень высокой температуре.
  Примеры: серная кислота $H_2SO_4$, соляная кислота $HCl$, фосфорная кислота $H_3PO_4$.

• Неустойчивые — легко разлагаются при обычных условиях или небольшом нагревании.
  Примеры: угольная кислота ($H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$), сернистая кислота ($H_2SO_3 \rightarrow H_2O + SO_2 \uparrow$).

Ответ: По устойчивости кислоты делятся на устойчивые (например, $H_2SO_4$) и неустойчивые, легко разлагающиеся (например, $H_2CO_3$).

5. Классификация по происхождению

По происхождению кислоты делят на две группы:

• Неорганические (минеральные) — кислоты, не содержащие углеводородных радикалов.
  Примеры: серная кислота $H_2SO_4$, соляная кислота $HCl$, азотная кислота $HNO_3$.

• Органические — класс органических соединений, содержащих одну или несколько карбоксильных групп $-COOH$.
  Примеры: уксусная кислота $CH_3COOH$, муравьиная кислота $HCOOH$, лимонная кислота $C_6H_8O_7$.

Ответ: По происхождению кислоты бывают неорганическими (минеральными), например, $H_2SO_4$, и органическими, например, $CH_3COOH$.

4. Какие соединения называют солями? На какие группы подразделяют соли? Приведите примеры солей каждой группы.

Какие соединения называют солями?
Солями называют сложные вещества, которые с точки зрения ионного строения состоят из катионов металла (или катиона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка. Их можно рассматривать как продукты реакции нейтрализации, в которых атомы водорода в молекуле кислоты замещены на катионы металла, а гидроксогруппы ($OH^-$) в молекуле основания — на кислотные остатки. В водных растворах соли являются сильными или слабыми электролитами, диссоциирующими на катионы и анионы.
Ответ: Соли — это ионные соединения, состоящие из катионов металла (или аммония) и анионов кислотного остатка.

На какие группы подразделяют соли?
Соли классифицируют на несколько основных групп в зависимости от их состава, который определяется продуктами реакции между кислотой и основанием. Основные группы солей:
Средние (нормальные) соли: являются продуктами полного замещения атомов водорода в кислоте на ионы металла и гидроксогрупп в основании на кислотные остатки.
Кислые соли: образуются при неполном замещении атомов водорода в многоосновной кислоте на катионы металла. В их составе, помимо катиона металла и кислотного остатка, содержатся атомы водорода, способные к замещению.
Основные соли: образуются при неполном замещении гидроксогрупп в многокислотном основании на кислотные остатки. В их составе, помимо катиона металла и кислотного остатка, содержатся гидроксогруппы ($OH^-$).
Двойные соли: в их кристаллической решетке содержатся катионы двух разных металлов (или металл и аммоний) и один вид анионов.
Смешанные соли: содержат один вид катионов и анионы двух или более разных кислот.
Комплексные соли: содержат сложный (комплексный) ион, который может быть как катионом, так и анионом. Комплексный ион состоит из центрального атома (комплексообразователя) и связанных с ним молекул или ионов (лигандов).
Ответ: Соли подразделяют на средние, кислые, основные, двойные, смешанные и комплексные.

Приведите примеры солей каждой группы.
Примеры солей для каждой из перечисленных групп:
Средние соли: хлорид натрия ($NaCl$), сульфат меди(II) ($CuSO_4$), фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$).
Кислые соли: гидрокарбонат натрия (питьевая сода) ($NaHCO_3$), гидросульфат калия ($KHSO_4$), дигидрофосфат натрия ($NaH_2PO_4$).
Основные соли: гидроксохлорид магния ($Mg(OH)Cl$ или $MgOHCl$), гидроксокарбонат меди(II) (малахит) ($(CuOH)_2CO_3$).
Двойные соли: алюмокалиевые квасцы ($KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$), соль Мора ($(NH_4)_2Fe(SO_4)_2 \cdot 6H_2O$).
Смешанные соли: хлорид-гипохлорит кальция (составная часть белильной извести) ($Ca(OCl)Cl$).
Комплексные соли: гексацианоферрат(III) калия (красная кровяная соль) ($K_3[Fe(CN)_6]$), тетрагидроксоцинкат натрия ($Na_2[Zn(OH)_4]$).
Ответ: Примеры солей: средняя - $NaCl$; кислая - $NaHCO_3$; основная - $Mg(OH)Cl$; двойная - $KAl(SO_4)_2$; смешанная - $Ca(OCl)Cl$; комплексная - $K_3[Fe(CN)_6]$.

5. Как зависит характер оксидов и гидроксидов химического элемента от значения степени окисления? Приведите примеры.

Характер (кислотно-основные свойства) оксидов и гидроксидов одного и того же химического элемента напрямую зависит от его степени окисления. Общая закономерность заключается в том, что с ростом положительной степени окисления элемента основные свойства его оксидов и гидроксидов ослабевают, а кислотные — усиливаются.

Эту зависимость можно систематизировать следующим образом:

• Элементы в низших степенях окисления (как правило, $`+1`$ и $`+2`$) образуют основные оксиды и гидроксиды (основания).
• Элементы в промежуточных степенях окисления (как правило, $`+3`$ и $`+4`$) образуют амфотерные оксиды и гидроксиды, которые способны реагировать как с кислотами, так и со щелочами.
• Элементы в высших степенях окисления (как правило, $`+5`$, $`+6`$, $`+7`$) образуют кислотные оксиды, которым соответствуют кислородсодержащие кислоты.

Примеры:

Эта закономерность хорошо видна на примере соединений хрома ($Cr$):

• Степень окисления $`+2`$: оксид хрома(II) $CrO$ является основным. Ему соответствует гидроксид хрома(II) $Cr(OH)_2$ — основание.
  $CrO + 2HCl \rightarrow CrCl_2 + H_2O$
• Степень окисления $`+3`$: оксид хрома(III) $Cr_2O_3$ является амфотерным. Ему соответствует амфотерный гидроксид хрома(III) $Cr(OH)_3$.
  Реакция с кислотой: $Cr_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3H_2O$
  Реакция со щелочью (при сплавлении): $Cr_2O_3 + 2NaOH \rightarrow 2NaCrO_2 + H_2O$
• Степень окисления $`+6`$: оксид хрома(VI) $CrO_3$ является кислотным. Ему соответствуют сильные кислоты: хромовая $H_2CrO_4$ и дихромовая $H_2Cr_2O_7$.
  $CrO_3 + 2KOH \rightarrow K_2CrO_4 + H_2O$

Аналогичная зависимость наблюдается и у других элементов, например, у марганца ($Mn$):

• $Mn^{+2}O$ — основный оксид.
• $Mn^{+4}O_2$ — амфотерный оксид.
• $Mn_2^{+7}O_7$ — кислотный оксид.

Ответ: С увеличением степени окисления химического элемента его оксиды и гидроксиды изменяют свой характер от основного к амфотерному и далее к кислотному. В низших степенях окисления ($+1, +2$) образуются основные соединения, в промежуточных ($+3, +4$) — амфотерные, а в высших ($+5, +6, +7$) — кислотные.

6. Охарактеризуйте качественный и количественный состав следующих соединений:

- оксид железа(III)

- гидроксид алюминия

- гидрокарбонат кальция

- гидроксокарбонат меди(II)

- карбонат натрия

Для характеристики качественного состава соединений рассчитайте массовые доли образующих их химических элементов.

- оксид железа(III)

Химическая формула оксида железа(III): $Fe_2O_3$.

Качественный состав: соединение состоит из атомов двух химических элементов — железа ($Fe$) и кислорода ($O$).

Количественный состав: в одной формульной единице оксида железа(III) содержится 2 атома железа и 3 атома кислорода. Соотношение атомов $N(Fe) : N(O) = 2 : 3$.

Для характеристики количественного состава рассчитаем массовые доли элементов. Для этого сначала найдем относительную молекулярную массу соединения, используя относительные атомные массы элементов (округляем до целых): $Ar(Fe) = 56$, $Ar(O) = 16$.
1. Относительная молекулярная масса $Mr(Fe_2O_3)$:
$Mr(Fe_2O_3) = 2 \cdot Ar(Fe) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 112 + 48 = 160$
2. Массовые доли ($ω$) элементов по формуле $ω(\text{элемента}) = \frac{n \cdot Ar(\text{элемента})}{Mr(\text{соединения})} \cdot 100\%$:
$ω(Fe) = \frac{2 \cdot 56}{160} \cdot 100\% = \frac{112}{160} \cdot 100\% = 70\%$
$ω(O) = \frac{3 \cdot 16}{160} \cdot 100\% = \frac{48}{160} \cdot 100\% = 30\%$

Ответ: Качественный состав: железо ($Fe$) и кислород ($O$). Количественный состав: соотношение атомов $Fe:O$ равно $2:3$. Массовые доли элементов: $ω(Fe) = 70\%$, $ω(O) = 30\%$.

- гидроксид алюминия

Химическая формула гидроксида алюминия: $Al(OH)_3$.

Качественный состав: соединение состоит из атомов трех химических элементов — алюминия ($Al$), кислорода ($O$) и водорода ($H$).

Количественный состав: в одной формульной единице гидроксида алюминия содержится 1 атом алюминия, 3 атома кислорода и 3 атома водорода. Соотношение атомов $N(Al) : N(O) : N(H) = 1 : 3 : 3$.

Расчет массовых долей элементов. Относительные атомные массы: $Ar(Al) = 27$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$.
1. Относительная молекулярная масса $Mr(Al(OH)_3)$:
$Mr(Al(OH)_3) = Ar(Al) + 3 \cdot (Ar(O) + Ar(H)) = 27 + 3 \cdot (16 + 1) = 27 + 51 = 78$
2. Массовые доли ($ω$) элементов:
$ω(Al) = \frac{1 \cdot 27}{78} \cdot 100\% \approx 34.62\%$
$ω(O) = \frac{3 \cdot 16}{78} \cdot 100\% = \frac{48}{78} \cdot 100\% \approx 61.54\%$
$ω(H) = \frac{3 \cdot 1}{78} \cdot 100\% \approx 3.84\%$

Ответ: Качественный состав: алюминий ($Al$), кислород ($O$), водород ($H$). Количественный состав: соотношение атомов $Al:O:H$ равно $1:3:3$. Массовые доли: $ω(Al) \approx 34.62\%$, $ω(O) \approx 61.54\%$, $ω(H) \approx 3.84\%$.

- гидрокарбонат кальция

Химическая формула гидрокарбоната кальция: $Ca(HCO_3)_2$.

Качественный состав: соединение состоит из атомов четырех химических элементов — кальция ($Ca$), водорода ($H$), углерода ($C$) и кислорода ($O$).

Количественный состав: в одной формульной единице содержится 1 атом кальция, 2 атома водорода, 2 атома углерода и 6 атомов кислорода. Соотношение атомов $N(Ca) : N(H) : N(C) : N(O) = 1 : 2 : 2 : 6$.

Расчет массовых долей элементов. Относительные атомные массы: $Ar(Ca) = 40$, $Ar(H) = 1$, $Ar(C) = 12$, $Ar(O) = 16$.
1. Относительная молекулярная масса $Mr(Ca(HCO_3)_2)$:
$Mr(Ca(HCO_3)_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot (Ar(H) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O)) = 40 + 2 \cdot (1 + 12 + 3 \cdot 16) = 40 + 2 \cdot 61 = 162$
2. Массовые доли ($ω$) элементов:
$ω(Ca) = \frac{1 \cdot 40}{162} \cdot 100\% \approx 24.69\%$
$ω(H) = \frac{2 \cdot 1}{162} \cdot 100\% \approx 1.23\%$
$ω(C) = \frac{2 \cdot 12}{162} \cdot 100\% = \frac{24}{162} \cdot 100\% \approx 14.81\%$
$ω(O) = \frac{6 \cdot 16}{162} \cdot 100\% = \frac{96}{162} \cdot 100\% \approx 59.26\%$

Ответ: Качественный состав: кальций ($Ca$), водород ($H$), углерод ($C$), кислород ($O$). Количественный состав: соотношение атомов $Ca:H:C:O$ равно $1:2:2:6$. Массовые доли: $ω(Ca) \approx 24.69\%$, $ω(H) \approx 1.23\%$, $ω(C) \approx 14.81\%$, $ω(O) \approx 59.26\%$.

- гидроксокарбонат меди(II)

Химическая формула основного гидроксокарбоната меди(II) (малахита): $Cu_2CO_3(OH)_2$ (или $(CuOH)_2CO_3$).

Качественный состав: соединение состоит из атомов четырех химических элементов — меди ($Cu$), углерода ($C$), кислорода ($O$) и водорода ($H$).

Количественный состав: в одной формульной единице содержится 2 атома меди, 1 атом углерода, 5 атомов кислорода и 2 атома водорода. Соотношение атомов $N(Cu) : N(C) : N(O) : N(H) = 2 : 1 : 5 : 2$.

Расчет массовых долей элементов. Относительные атомные массы: $Ar(Cu) = 64$, $Ar(C) = 12$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$.
1. Относительная молекулярная масса $Mr(Cu_2CO_3(OH)_2)$:
$Mr(Cu_2CO_3(OH)_2) = 2 \cdot Ar(Cu) + Ar(C) + 5 \cdot Ar(O) + 2 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 64 + 12 + 5 \cdot 16 + 2 \cdot 1 = 128 + 12 + 80 + 2 = 222$
2. Массовые доли ($ω$) элементов:
$ω(Cu) = \frac{2 \cdot 64}{222} \cdot 100\% = \frac{128}{222} \cdot 100\% \approx 57.66\%$
$ω(C) = \frac{1 \cdot 12}{222} \cdot 100\% \approx 5.41\%$
$ω(O) = \frac{5 \cdot 16}{222} \cdot 100\% = \frac{80}{222} \cdot 100\% \approx 36.03\%$
$ω(H) = \frac{2 \cdot 1}{222} \cdot 100\% \approx 0.90\%$

Ответ: Качественный состав: медь ($Cu$), углерод ($C$), кислород ($O$), водород ($H$). Количественный состав: соотношение атомов $Cu:C:O:H$ равно $2:1:5:2$. Массовые доли: $ω(Cu) \approx 57.66\%$, $ω(C) \approx 5.41\%$, $ω(O) \approx 36.03\%$, $ω(H) \approx 0.90\%$.

- карбонат натрия

Химическая формула карбоната натрия: $Na_2CO_3$.

Качественный состав: соединение состоит из атомов трех химических элементов — натрия ($Na$), углерода ($C$) и кислорода ($O$).

Количественный состав: в одной формульной единице карбоната натрия содержится 2 атома натрия, 1 атом углерода и 3 атома кислорода. Соотношение атомов $N(Na) : N(C) : N(O) = 2 : 1 : 3$.

Расчет массовых долей элементов. Относительные атомные массы: $Ar(Na) = 23$, $Ar(C) = 12$, $Ar(O) = 16$.
1. Относительная молекулярная масса $Mr(Na_2CO_3)$:
$Mr(Na_2CO_3) = 2 \cdot Ar(Na) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106$
2. Массовые доли ($ω$) элементов:
$ω(Na) = \frac{2 \cdot 23}{106} \cdot 100\% = \frac{46}{106} \cdot 100\% \approx 43.40\%$
$ω(C) = \frac{1 \cdot 12}{106} \cdot 100\% \approx 11.32\%$
$ω(O) = \frac{3 \cdot 16}{106} \cdot 100\% = \frac{48}{106} \cdot 100\% \approx 45.28\%$

Ответ: Качественный состав: натрий ($Na$), углерод ($C$), кислород ($O$). Количественный состав: соотношение атомов $Na:C:O$ равно $2:1:3$. Массовые доли: $ω(Na) \approx 43.40\%$, $ω(C) \approx 11.32\%$, $ω(O) \approx 45.28\%$.

7. Составьте в электронном виде обобщённую схему классификации веществ по составу, объединив схемы 2—3. Распечатайте полученную схему. Используйте схему для определения принадлежности веществ к тому или иному классу.

Составьте в электронном виде обобщённую схему классификации веществ по составу.

Решение:

Обобщённая схема классификации веществ по составу представлена в виде иерархического списка.

• Вещества
  • Простые вещества (состоят из атомов одного химического элемента)
    • Металлы: обладают характерными металлическими свойствами (тепло- и электропроводность, ковкость, металлический блеск). Примеры: железо $Fe$, медь $Cu$, натрий $Na$, алюминий $Al$.
    • Неметаллы: не обладают типичными металлическими свойствами. Примеры: сера $S$, кислород $O_2$, углерод $C$, хлор $Cl_2$.
  • Сложные вещества (состоят из атомов двух или более химических элементов)
    • Неорганические вещества
      • Оксиды — соединения элементов с кислородом в степени окисления -2 ($Э_xO_y$).
        • Основные оксиды: оксиды металлов в низких степенях окисления (+1, +2), которым соответствуют основания. Примеры: $CaO, Na_2O, CuO$.
        • Кислотные оксиды: оксиды неметаллов и металлов в высоких степенях окисления (+4 и выше), которым соответствуют кислоты. Примеры: $SO_3, P_2O_5, Mn_2O_7$.
        • Амфотерные оксиды: оксиды металлов в промежуточных степенях окисления (+3, +4, реже +2), проявляющие двойственные свойства. Примеры: $Al_2O_3, ZnO, BeO$.
        • Несолеобразующие (безразличные) оксиды: оксиды неметаллов, не образующие солей. Примеры: $CO, NO, N_2O$.
      • Основания — сложные вещества, состоящие из катионов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и гидроксид-анионов $OH^-$. Общая формула $Me(OH)_n$.
        • Растворимые (щёлочи): гидроксиды щелочных и щёлочноземельных металлов. Примеры: $NaOH, KOH, Ba(OH)_2$.
        • Нерастворимые: гидроксиды большинства других металлов. Примеры: $Cu(OH)_2, Fe(OH)_3, Mg(OH)_2$.
        • Амфотерные гидроксиды: проявляют и кислотные, и основные свойства. Примеры: $Al(OH)_3, Zn(OH)_2$.
      • Кислоты — сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотного остатка. Общая формула $H_nA$.
        • По наличию кислорода:
          • Кислородсодержащие: Примеры: $H_2SO_4, HNO_3, H_3PO_4$.
          • Бескислородные: Примеры: $HCl, HBr, H_2S$.
        • По основности (числу атомов H):
          • Одноосновные: Примеры: $HCl, HNO_3$.
          • Двухосновные: Примеры: $H_2SO_4, H_2S$.
          • Трёхосновные: Примеры: $H_3PO_4$.
      • Соли — сложные вещества, состоящие из катионов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка. Общая формула $Me_nA_m$.
        • Средние (нормальные): продукты полного замещения атомов H в кислоте на металл и групп OH в основании на кислотный остаток. Примеры: $NaCl, K_2SO_4, Fe_2(SO_4)_3$.
        • Кислые: продукты неполного замещения атомов H в многоосновной кислоте. Примеры: $NaHCO_3, KHSO_4, Ca(H_2PO_4)_2$.
        • Основные: продукты неполного замещения гидроксогрупп в многокислотном основании. Примеры: $Mg(OH)Cl, (CuOH)_2CO_3$.
        • Двойные: содержат два разных катиона. Примеры: $KAl(SO_4)_2$.
        • Комплексные: содержат комплексный ион. Примеры: $K_3[Fe(CN)_6], [Cu(NH_3)_4]SO_4$.
    • Органические вещества — класс соединений, в состав которых входит углерод (за исключением простейших).
      • Примеры: углеводороды ($CH_4$), спирты ($C_2H_5OH$), карбоновые кислоты ($CH_3COOH$) и др.

Ответ: Обобщённая схема классификации веществ по составу представлена выше в виде иерархической структуры, разделяющей вещества на простые и сложные, а сложные, в свою очередь, на неорганические и органические с их основными классами.

Используйте схему для определения принадлежности веществ к тому или иному классу.

Решение:

Продемонстрируем использование схемы на нескольких примерах.

Пример 1: Определить класс вещества $Ca(OH)_2$

1. Анализируем состав: вещество состоит из атомов трёх элементов ($Ca, O, H$). Следовательно, это сложное вещество.
2. В состав вещества не входит углерод как основа скелета молекулы, значит, это неорганическое вещество.
3. Вещество состоит из катиона металла ($Ca^{2+}$) и двух гидроксогрупп ($OH^-$). По определению, это основание.
4. Гидроксид кальция является растворимым в воде основанием (щёлочью).

Вывод: $Ca(OH)_2$ — сложное неорганическое вещество, основание (щёлочь).

Пример 2: Определить класс вещества $KHCO_3$

1. Анализируем состав: вещество состоит из атомов четырёх элементов ($K, H, C, O$). Следовательно, это сложное вещество.
2. Хотя в составе есть углерод, это соль угольной кислоты ($H_2CO_3$), поэтому вещество относится к неорганическим.
3. Состав вещества ($K^+$, $HCO_3^-$) указывает на то, что это соль, так как она состоит из катиона металла и аниона кислотного остатка.
4. Анион кислотного остатка $HCO_3^-$ образован из двухосновной кислоты ($H_2CO_3$) путём неполного замещения атомов водорода. Следовательно, это кислая соль.

Вывод: $KHCO_3$ — сложное неорганическое вещество, кислая соль.

Пример 3: Определить класс вещества $N_2$

1. Анализируем состав: вещество состоит из атомов только одного элемента — азота ($N$). Следовательно, это простое вещество.
2. Азот не обладает свойствами металлов. Следовательно, это неметалл.

Вывод: $N_2$ — простое вещество, неметалл.

Ответ: Схема была успешно применена для классификации различных веществ: $Ca(OH)_2$ определен как основание (щёлочь), $KHCO_3$ — как кислая соль, а $N_2$ — как простое вещество (неметалл). Это демонстрирует практическую пользу схемы для систематизации химических знаний.

8. Распределите перечисленные ниже формулы веществ на четыре группы — оксиды, основания, кислоты, соли: $\text{Na}_2\text{SO}_4$, $\text{HI}$, $\text{V}_2\text{O}_5$, $\text{KMnO}_4$, $\text{Co(OH)}_2$, $\text{H}_2\text{CrO}_4$, $\text{NiO}$, $\text{CsOH}$, $\text{(NH}_4\text{)}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, $\text{Ca(OH)}_2$, $\text{Cl}_2\text{O}$, $\text{HCN}$. Дайте названия всех веществ.

Для выполнения задания распределим предложенные химические формулы на четыре класса неорганических соединений (оксиды, основания, кислоты, соли) и дадим название каждому веществу.

Оксиды

Это сложные вещества, которые состоят из двух химических элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2. Из списка к этой группе относятся:

$V₂O₅$ — оксид ванадия(V)

$NiO$ — оксид никеля(II)

$Cl₂O$ — оксид хлора(I)

Ответ: $V₂O₅$ (оксид ванадия(V)), $NiO$ (оксид никеля(II)), $Cl₂O$ (оксид хлора(I)).

Основания

Это сложные вещества, которые состоят из катионов металла (или катиона аммония) и связанных с ними одного или нескольких гидроксид-анионов ($OH⁻$). Из списка к этой группе относятся:

$Co(OH)₂$ — гидроксид кобальта(II)

$CsOH$ — гидроксид цезия

$Ca(OH)₂$ — гидроксид кальция

Ответ: $Co(OH)₂$ (гидроксид кобальта(II)), $CsOH$ (гидроксид цезия), $Ca(OH)₂$ (гидроксид кальция).

Кислоты

Это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и кислотного остатка. Из списка к этой группе относятся:

$HI$ — иодоводородная кислота

$H₂CrO₄$ — хромовая кислота

$HCN$ — синильная (циановодородная) кислота

Ответ: $HI$ (иодоводородная кислота), $H₂CrO₄$ (хромовая кислота), $HCN$ (синильная кислота).

Соли

Это сложные вещества, которые состоят из катионов металла (или катионов аммония $NH₄⁺$) и анионов кислотного остатка. Из списка к этой группе относятся:

$Na₂SO₄$ — сульфат натрия

$KMnO₄$ — перманганат калия

$(NH₄)₂Cr₂O₇$ — дихромат аммония

Ответ: $Na₂SO₄$ (сульфат натрия), $KMnO₄$ (перманганат калия), $(NH₄)₂Cr₂O₇$ (дихромат аммония).

9. Вместо слов «гидроксид» и «соль» впишите в схемы формулы соответствующих веществ:

a) оксид натрия $\rightarrow$ $NaOH$ $\rightarrow$ $NaCl$;

b) оксид цинка $\rightarrow$ $Zn(OH)_2$ $\rightarrow$ $ZnCl_2$;

c) оксид азота(V) $\rightarrow$ $HNO_3$ $\rightarrow$ $NaNO_3$.

Укажите характер каждого гидроксида. Назовите соли.

а) оксид натрия → гидроксид → соль

1. Оксид натрия ($Na_2O$) — это основный оксид. При взаимодействии с водой он образует соответствующий ему гидроксид — гидроксид натрия ($NaOH$), который является сильным основанием (щёлочью).
Уравнение реакции: $Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$.

2. Для получения соли из гидроксида натрия необходимо провести реакцию нейтрализации с кислотой. В качестве примера возьмем реакцию с соляной кислотой ($HCl$), в результате которой образуется соль хлорид натрия ($NaCl$) и вода.
Уравнение реакции: $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$.

Заполненная схема: $Na_2O \rightarrow NaOH \rightarrow NaCl$.
Характер гидроксида $NaOH$ (гидроксид натрия) — основный (щёлочь).
Название соли $NaCl$ — хлорид натрия.

Ответ: Схема: $Na_2O \rightarrow NaOH \rightarrow NaCl$. Гидроксид натрия ($NaOH$) имеет основный характер (является щёлочью). Соль — хлорид натрия ($NaCl$).

б) оксид цинка → гидроксид → соль

1. Оксид цинка ($ZnO$) — это амфотерный оксид. Ему соответствует гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$), который также является амфотерным (нерастворимым в воде).

2. Амфотерный гидроксид цинка способен реагировать как с кислотами, так и со щелочами. Для получения соли проведем реакцию с сильной кислотой, например, с серной кислотой ($H_2SO_4$). В результате образуется соль сульфат цинка ($ZnSO_4$) и вода.
Уравнение реакции: $Zn(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + 2H_2O$.

Заполненная схема: $ZnO \rightarrow Zn(OH)_2 \rightarrow ZnSO_4$.
Характер гидроксида $Zn(OH)_2$ (гидроксид цинка) — амфотерный.
Название соли $ZnSO_4$ — сульфат цинка.

Ответ: Схема: $ZnO \rightarrow Zn(OH)_2 \rightarrow ZnSO_4$. Гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$) имеет амфотерный характер. Соль — сульфат цинка ($ZnSO_4$).

в) оксид азота(V) → гидроксид → соль

1. Оксид азота(V) ($N_2O_5$) — это кислотный оксид. Ему соответствует гидроксид, который является кислотой — азотная кислота ($HNO_3$). Она образуется при реакции оксида азота(V) с водой.
Уравнение реакции: $N_2O_5 + H_2O \rightarrow 2HNO_3$.

2. Для получения соли из азотной кислоты необходимо провести реакцию с основанием. В качестве примера возьмем реакцию с гидроксидом калия ($KOH$), в результате которой образуется соль нитрат калия ($KNO_3$) и вода.
Уравнение реакции: $HNO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + H_2O$.

Заполненная схема: $N_2O_5 \rightarrow HNO_3 \rightarrow KNO_3$.
Характер гидроксида $HNO_3$ (азотная кислота) — кислотный.
Название соли $KNO_3$ — нитрат калия.

Ответ: Схема: $N_2O_5 \rightarrow HNO_3 \rightarrow KNO_3$. Гидроксид (азотная кислота, $HNO_3$) имеет кислотный характер. Соль — нитрат калия ($KNO_3$).

10. Воспользовавшись схемой, составленной при выполнении задания 7, приведите примеры известных вам соединений каждого класса в различных агрегатных состояниях. Совместно с учителем обсудите, в каждом ли классе веществ есть представители, находящиеся при обычных условиях в газообразном, жидком и твёрдом состояниях.

В химии вещества классифицируют на простые и сложные. Простые вещества делятся на металлы и неметаллы. Основные классы сложных неорганических веществ — это оксиды, основания, кислоты и соли. Ниже приведены примеры веществ каждого класса в различных агрегатных состояниях.

Простые вещества – металлы

Примеры металлов в различных агрегатных состояниях:
– Твердое: железо ($Fe$), медь ($Cu$), алюминий ($Al$), золото ($Au$). Большинство металлов при обычных условиях являются твердыми веществами.
– Жидкое: ртуть ($Hg$) — единственный металл, находящийся в жидком состоянии при обычных условиях. Другие металлы можно перевести в жидкое состояние нагреванием до температуры плавления (например, расплавленное железо).
– Газообразное: пары металлов, которые образуются при их кипении при очень высоких температурах (например, пары натрия ($Na$) или калия ($K$)).

Ответ: Примерами металлов являются твердое железо ($Fe$), жидкая ртуть ($Hg$) и газообразные пары натрия ($Na$) при высокой температуре.

Простые вещества – неметаллы

Примеры неметаллов в различных агрегатных состояниях:
– Твердое: углерод ($C$) в виде алмаза и графита, сера ($S$), фосфор ($P$), йод ($I_2$).
– Жидкое: бром ($Br_2$) — единственный неметалл, жидкий при обычных условиях.
– Газообразное: кислород ($O_2$), азот ($N_2$), водород ($H_2$), хлор ($Cl_2$), фтор ($F_2$), а также инертные газы (гелий $He$, неон $Ne$ и др.).

Ответ: Примерами неметаллов являются твердая сера ($S$), жидкий бром ($Br_2$) и газообразный кислород ($O_2$).

Оксиды

Примеры оксидов в различных агрегатных состояниях:
– Твердое: оксид кремния(IV) ($SiO_2$, кварцевый песок), оксид меди(II) ($CuO$), оксид железа(III) ($Fe_2O_3$).
– Жидкое: оксид водорода (вода, $H_2O$) — самый распространенный жидкий оксид при обычных условиях. Оксид серы(VI) ($SO_3$) также является жидкостью при температуре от $17^\circ C$ до $45^\circ C$.
– Газообразное: оксид углерода(IV) ($CO_2$, углекислый газ), оксид углерода(II) ($CO$, угарный газ), оксид серы(IV) ($SO_2$), оксид азота(IV) ($NO_2$).

Ответ: Примерами оксидов являются твердый оксид кремния(IV) ($SiO_2$), жидкая вода ($H_2O$) и газообразный оксид углерода(IV) ($CO_2$).

Основания

Примеры оснований в различных агрегатных состояниях:
– Твердое: практически все неорганические основания (гидроксиды металлов) являются твердыми веществами. Например, гидроксид натрия ($NaOH$), гидроксид калия ($KOH$), гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$).
– Жидкое: чистых жидких оснований-гидроксидов при обычных условиях не существует. Их можно получить в виде расплавов при высоких температурах (например, расплав $NaOH$ при температуре выше $318^\circ C$). Водные растворы оснований (например, водный раствор аммиака) не являются чистыми веществами.
– Газообразное: гидроксиды не переходят в газообразное состояние, так как при сильном нагревании они разлагаются, не достигнув температуры кипения. Однако газообразный аммиак ($NH_3$) проявляет основные свойства.

Ответ: Примерами оснований являются твердый гидроксид натрия ($NaOH$), жидкий расплав $NaOH$ (при высокой температуре) и газообразный аммиак ($NH_3$), проявляющий основные свойства.

Кислоты

Примеры кислот в различных агрегатных состояниях:
– Твердое: борная кислота ($H_3BO_3$), ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$), щавелевая кислота ($H_2C_2O_4$).
– Жидкое: серная кислота ($H_2SO_4$), азотная кислота ($HNO_3$).
– Газообразное: некоторые вещества в газообразном состоянии, такие как хлороводород ($HCl$), бромоводород ($HBr$), сероводород ($H_2S$), при растворении в воде образуют соответствующие кислоты.

Ответ: Примерами кислот являются твердая борная кислота ($H_3BO_3$), жидкая серная кислота ($H_2SO_4$) и газообразный хлороводород ($HCl$).

Соли

Примеры солей в различных агрегатных состояниях:
– Твердое: подавляющее большинство солей являются кристаллическими твердыми веществами при обычных условиях. Например, хлорид натрия ($NaCl$, поваренная соль), сульфат меди(II) ($CuSO_4$, медный купорос), карбонат кальция ($CaCO_3$, мел, мрамор).
– Жидкое: соли можно перевести в жидкое состояние (расплавить) при очень высоких температурах. Например, $NaCl$ плавится при $801^\circ C$.
– Газообразное: при еще более высоких температурах расплавленные соли закипают, образуя пары. Например, $NaCl$ кипит при $1413^\circ C$.

Ответ: Примерами солей являются твердый хлорид натрия ($NaCl$), его расплав (жидкость при высокой температуре) и его пары (газ при очень высокой температуре).

Обсуждение: наличие представителей каждого класса веществ в трёх агрегатных состояниях при обычных условиях

Проанализируем, для каждого ли класса веществ есть представители во всех трех агрегатных состояниях именно при обычных условиях (температура около $25^\circ C$ и давление $1$ атм).
– Простые вещества – металлы: существуют в твердом (например, $Fe$) и жидком ($Hg$) состояниях. Газообразных металлов при обычных условиях нет.
– Простые вещества – неметаллы: представлены во всех трех состояниях: твердом (например, $C, S$), жидком ($Br_2$) и газообразном (например, $O_2, N_2$).
– Оксиды: представлены во всех трех состояниях: твердом ($SiO_2$), жидком ($H_2O$) и газообразном ($CO_2$).
– Основания (гидроксиды): при обычных условиях существуют только в твердом состоянии ($NaOH, Ca(OH)_2$).
– Кислоты: представлены во всех трех состояниях: твердом ($H_3BO_3$), жидком ($H_2SO_4$) и газообразном ($HCl$).
– Соли: при обычных условиях существуют практически исключительно в твердом состоянии ($NaCl, CaCO_3$).
Таким образом, не все классы веществ имеют представителей в каждом из трех агрегатных состояний при обычных условиях.

Ответ: Не в каждом классе веществ есть представители, находящиеся при обычных условиях в газообразном, жидком и твердом состояниях. Классы неметаллов, оксидов и кислот имеют представителей во всех трех агрегатных состояниях при обычных условиях. Классы металлов (нет газообразных), оснований (только твердые) и солей (только твердые) не имеют представителей во всех трех состояниях одновременно при обычных условиях.