Условие
Осуществи цепочку превращений: Cu → CuO → CuSO₄ → Cu(OH)₂ → CuO. Для каждого перехода назови тип реакции, реагент, с которым реагирует вещество, и признак, по которому видно, что реакция прошла.
Что известно и что ищем
- Известна последовательность веществ, начинающаяся с простого вещества меди и заканчивающаяся снова оксидом меди.
- Ищем для каждого шага реагент и объяснение, почему превращение возможно.
- Отдельно отмечаем тип реакции и видимый признак — в лабораторной работе именно признак служит доказательством.
Ход решения
- Шаг 1. Cu → CuO. Медь — металл, оксид получают окислением: медь реагирует с кислородом при нагревании, реакция соединения. Видимый признак — чёрный налёт на поверхности металла, потому что оксид меди(II) чёрного цвета.
- Шаг 2. CuO → CuSO₄. Основный оксид реагирует с кислотой, реакция обмена: CuO плюс серная кислота дают сульфат меди(II) и воду. Признак — чёрный осадок исчезает, раствор становится голубым: в растворе появились ионы меди.
- Шаг 3. CuSO₄ → Cu(OH)₂. Соль реагирует со щёлочью, и это возможно потому, что образуется нерастворимое основание: голубой осадок гидроксида меди(II). Здесь ключевое условие обмена — выпадение осадка, иначе реакция в ионном виде не пошла бы.
- Шаг 4. Cu(OH)₂ → CuO. Нерастворимые основания при нагревании разлагаются: реакция разложения даёт оксид меди(II) и воду. Признак — голубой осадок зеленеет, затем чернеет, то есть снова превращается в CuO.
- Шаг 5. Проверяем цепочку целиком. Типы реакций по ходу: соединение, обмен, обмен, разложение. Классы веществ идут по генетическому ряду металла: простое вещество → основный оксид → соль → нерастворимое основание → основный оксид. Именно этот ряд и называют генетическим: он показывает, как классы связаны друг с другом.
- Шаг 6. Отмечаем, почему цепочка замыкается на исходный оксид. Из CuO можно снова получить соль, из соли — основание, и круг повторяется. В этом практический смысл темы: зная ряд, можно заранее предсказать, какие превращения возможны, а какие нет. Например, получить Cu(OH)₂ напрямую из меди не удастся — медь с водой не реагирует.
Проверь себя
- Ответ: Cu + O₂ (нагревание) → CuO; CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O; CuSO₄ + 2 NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄; Cu(OH)₂ (нагревание) → CuO + H₂O.
- Проверка вывода: каждое превращение возможно только потому, что класс вещества предсказывает партнёра. Основный оксид дружит с кислотой, соль со щёлочью — но лишь при выпадении осадка, а нерастворимое основание разлагается при нагревании. Если бы цепочка сломалась на одном шаге, мы бы искали проблему не в вычислениях, а в химии класса.
- Ловушка: писать в третьем переходе реакцию с любым основанием, не проверяя растворимость. Нерастворимый Cu(OH)₂ выпадает в осадок, но если бы речь шла о паре растворимых веществ, реакция обмена в ионном виде не состоялась бы.
Как объяснить ребёнку
«Генетический ряд — это маршрут с пересадками: простое вещество, оксид, соль, основание, снова оксид. На каждой станции есть свой попутчик: с оксидом едет кислота, с солью — щёлочь. И у каждой пересадки должен быть видимый знак, что мы реально переехали: чёрный налёт, голубой раствор, осадок. В химии без такого знака никто не поверит, что реакция прошла».
Тема для отчёта родителю
«Генетический ряд металла: как класс вещества подсказывает реакцию».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.