Взаимодействие металл-соль и металл-кислота

Металл, стоящий в ряду напряжений левее, " вытесняет " из раствора соли любой металл, стоящий в этом ряду правее.

Но так происходит только в том случае, если оба металла не реагируют с водой. Следовательно, магний без побочных реакций " вытеснит " любой металл, стоящий правее него в ряду напряжений, из раствора его соли, а при взаимодействии кальция с тем же раствором прежде всего будет выделяться водород (кроме того, будут протекать и другие реакции; какие?). В качестве примера составим уравнение реакции магния с раствором нитрата свинца (заполненный шаблон – см дальше). Напротив, если мы поместим кусочек меди в раствор нитрата цинка, то никакой реакции протекать не будет, так как медь в ряду напряжений стоит правее цинка и не может " вытеснить" его из раствора.Внимательно рассмотрев ряд напряжений, вы обнаружите в нем водород и ион оксония. Вот с чем это связано.

Исходные вещества	Mg	Pb(NO3)2
Взаимодействие их с водой	Не реагирует	Pb(NO3)2 = Pb2 aq + 2NO3 aq
Перечень частиц, оказавшихся в растворе (и не реагирующих с водой веществ)  до начала реакции	Mg, Pb2 aq , NO3  aq , H2O (Магний в ряду напряжений стоит левее свинца, следовательно, он "активнее", чем свинец)
Ионное уравнение	Mg + Pb2 aq =Mg2 aq + Pb
Перечень частиц в растворе после завершения реакции	Mg2 , NO3  , H2O
Проверка	Эти частицы между собой не реагируют
" Молекулярное" уравнение	Mg + Pb(NO3)2р = Mg(NO3)2р + Pb

Задание:

1.Составьте уравнения реакций, протекающих в водном растворе между: а) CuSO₄ и Zn; б) AgNO₃ и Cu; в) Hg(NO₃)₂ и Cr; г) HCl и Al; д) H₂SO₄ и Ni; е) HBr и Mn.  2.С растворами каких из следующих веществ будет реагировать хром: а) AgNO₃; б) NaCl; в) NiSO₄; г) Cu(NO₃)₂; д) CaBr₂; е) Al₂(SO₄)₃?  3.Какие вещества вступили в реакцию, если в результате реакции образовались а) Ag и Pb(NO₃)_2p; б) H₂ и MgSO_4p; в) Pb и Al(NO₃)_3p; г) H₂ и FeCl_2p; д) CaCO₃ и NaCl_p; е) Fe(OH)₃ и Rb₂SO_4p?  4.Осуществите превращения: а) Mg - MgSO₄ - Mg(OH)₂ - MgO; б) S - SO₂ - SO₃ - H₂SO₄ - ZnSO₄ - BaSO₄.

Вещества

К важнейшим классам неорганических веществ по традиции относят простые вещества (металлы и неметаллы), оксиды (кислотные, основные и амфотерные), гидроксиды (часть кислот, основания, амфотерные гидроксиды) и соли. Вещества, относящиеся к одному и тому же классу, обладают сходными химическими свойствами. Но вы уже знаете, что при выделении этих классов используют разные классификационные признаки.. Начнем с простых веществ (классификация по числу элементов, входящих в состав вещества). Их обычно делят на металлы и неметаллы (рис. 13.1-а).

Металлы – простые вещества, в которых атомы связаны между собой металлической связью.

Из этого определения видно, что главным признаком, позволяющим нам разделить простые вещества на металлы и неметаллы, является тип химической связи.

В большинстве неметаллов связь ковалентная. Но есть еще и благородные газы (простые вещества элементов VIIIA группы), атомы которых в твердом и жидком состоянии связаны только межмолекулярными связями. Отсюда и определение.

Неметаллы – простые вещества, в которых атомы связаны между собой ковалентными (или межмолекулярными) связями.

По химическим свойствам среди металлов выделяют группу так называемых амфотерных металлов. Это название отражает способность этих металлов реагировать как с кислотами, так и со щелочами (как амфотерные оксиды или гидроксиды) (рис. 13.1-б).  Кроме этого, из-за химической инертности среди металлов выделяют благородные металлы. К ним относят золото, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платину. По традиции к благородным металлам относят и несколько более реакционно-способное серебро, но не относят такие инертные металлы, как тантал, ниобий и некоторые другие. Есть и другие классификации металлов, например, в металлургии все металлы делят на черные и цветные, относя к черным металлам железо и его сплавы. Из сложных веществ наибольшее значение имеют, прежде всего, оксиды, но так как в их классификации учитываются кислотно-основные свойства этих соединений, мы сначала вспомним, что такое кислоты и основания.

Кислоты – сложные вещества, содержащие в своем составе ионы оксония или при взаимодействии с водой образующие в качестве катионов только эти ионы. Основания – сложные вещества, содержащие в своем составе гидроксид-ионы или при взаимодействии с водой образующие в качестве анионов только эти ионы.

Таким образом, мы выделяем кислоты и основания из общей массы соединений, используя два признака: состав и химические свойства. По составу кислоты делятся на кислородсодержащие (оксокислоты) и бескислородные (рис. 13.2).

Кислородсодержащие кислоты (оксокислоты) – кислоты, в состав которых входят атомы кислорода. Бескислородные кислоты – кислоты, молекулы которых не содержат кислорода.

Следует помнить, что кислородсодержащие кислоты по своему строению являются гидроксидами.

Примечание. По традиции для бескислородных кислот слово кислота" используется в тех случаях, когда речь идет о растворе соответствующего индивидуального вещества, например: вещество HCl называют хлороводородом, а его водный раствор – хлороводородной или соляной кислотой.

Теперь вернемся к оксидам. Мы относили оксиды к группе кислотных или основных по тому, как они реагируют с водой (или по тому, из кислот или из оснований они получаются). Но с водой реагируют далеко не все оксиды, зато большинство из них реагирует с кислотами или щелочами, поэтому оксиды лучше классифицировать по этому свойству.

Основные оксиды – оксиды, способные реагировать с кислотами и не способные реагировать со щелочами. Кислотные оксиды – оксиды, способные реагировать со щелочами и не способные реагировать с кислотами. Амфотерные оксиды – оксиды, способные реагировать и с кислотами, и со щелочами.

С уществует несколько оксидов, которые в обычных условиях не реагируют ни с кислотами, ни со щелочами. Такие оксиды называют несолеобразующими. Это, например, CO, SiO, N₂O, NO, MnO₂. В отличие от них, остальные оксиды называют солеобразующими (рис. 13.3).

К ак вы знаете, большинство кислот и оснований относится к гидроксидам. По способности гидроксидов реагировать и с кислотами, и со щелочами среди них (как и среди оксидов) выделяютамфотерные гидроксиды (рис. 13.4).

Амфотерные гидроксиды – гидроксиды, способные реагировать и с кислотами, и со щелочами.

Теперь нам осталось дать определение солей. Термин " соль" используется издавна. По мере развития науки, его смысл неоднократно изменялся, расширялся и уточнялся. В современном понимании соль – это ионное соединение, но традиционно к солям не относят ионные оксиды (так как их называют основными оксидами), ионные гидроксиды (основания), а также ионные гидриды, карбиды, нитриды и т. п. Поэтому упрощенно можно сказать, что

Соли – ионные соединения, но не гидриды, не оксиды и не гидроксиды.

Можно дать и другое, более точное, определение солей.

Соли – ионные соединения, в состав которых в качестве анионов входят кислотные остатки.

Давая такое определение, соли оксония обычно относят и к солям, и к кислотам. Соли принято подразделять по составу на кислые, средние и основные (рис. 13.5).

Кислые соли – соли, в состав которых входят анионы, способные отдавать протон.

То есть в состав анионов кислых солей входят атомы водорода, связанные ковалентными связями с другими атомами анионов и способные отрываться под действием оснований.

Основные соли – соли, в состав которых входят катионы, способные принимать протон и содержащие гидроксильные группы (группы – О– Н).

Основные соли обычно имеют очень сложный состав и часто нерастворимы в воде. Типичный пример основной соли – минерал малахит Cu₂(OH)₂CO₃.

К ак видите, важнейшие классы химических веществ выделяются по разным классификационным признакам. Но по какому бы признаку мы не выделяли класс веществ, все вещества этого класса обладают общими химическими свойствами.

Задание:

1.Напишите формулы пяти металлов и пяти неметаллов.  2.Каким оксидам соответствуют следующие гидроксиды:  H₂SO₄, Ca(OH)₂, H₃PO₄, Al(OH)₃, HNO₃, LiOH?  Каков характер (кислотный или основный) каждого из этих оксидов? 3.Среди следующих веществ найдите соли. Составьте их структурные формулы.  KNO₂, Al₂O₃, Al₂S₃, HCN, CS₂, H₂S, K₂[Zn(OH)₄], SiCl₄, CaSO₄, AlPO₄