Условие
Дана цепочка превращений: Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCl₂. Напиши уравнения реакций для каждого перехода, назови вещества и укажи, к какому классу относится каждое. Дополнительно объясни, почему железо вытесняет медь из раствора сульфата меди, а медь железо из раствора его соли — нет.
Что известно и что ищем
- Известно, что во всех веществах цепочки один и тот же химический элемент — кальций, значит, это превращения одного элемента между классами.
- Известны способы получения классов: оксид — реакцией с кислородом, основание — реакцией оксида с водой, соль — реакцией основания с кислотой.
- Ищем по одному уравнению на каждый переход и объяснение для реакции вытеснения.
Ход решения
- Шаг 1. Разбираем переход от простого вещества к оксиду. Кальций — металл, его оксид получают реакцией с кислородом: 2Ca + O₂ → 2CaO. Это реакция соединения, и продукт — основный оксид.
- Шаг 2. Разбираем переход от оксида к основанию. Основные оксиды реагируют с водой, давая основания: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Гидроксид кальция малорастворим, но реагирует как основание; его раствор — известковая вода.
- Шаг 3. Разбираем переход от основания к соли. Основание реагирует с кислотой, давая соль и воду: Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O. Здесь получается хлорид кальция — та самая соль, к которой вела цепочка.
- Шаг 4. Собираем цепочку как единое превращение. Один и тот же элемент проходит путь простое вещество, оксид, основание, соль. Такую цепочку можно построить почти для любого металла, и именно поэтому её называют генетической связью классов: вещества разных классов «родственны» через общий элемент.
- Шаг 5. Переходим к реакции вытеснения. Железо стоит в ряду активности металлов левее меди, то есть оно более активный металл. Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. На железной пластинке появляется красноватый налёт меди, а раствор постепенно меняет цвет.
- Шаг 6. Объясняем обратный случай. Медь стоит правее железа, поэтому она не может вытеснить более активный металл: реакция Cu + FeSO₄ не идёт. Правило одно: металл вытесняет из раствора соли только те металлы, которые стоят в ряду активности правее него.
Проверь себя
- Ответ: 2Ca + O₂ → 2CaO (соединение, основный оксид); CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (соединение, основание); Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O (обмен, соль и вода); Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu идёт, обратная реакция нет.
- Проверка вывода: в каждой цепочке проверьте, что элемент-«герой» присутствует во всех веществах, а изменяется только его партнёр. Если кальций «потерялся» в каком-то звене, цепочка составлена неверно.
- Ловушка: пытаться получить соль реакцией двух металлов или реакцией основания с металлом. Соль образуется при взаимодействии кислоты с металлом, оксидом, основанием или солью; в остальных случаях правило не работает.
Как объяснить ребёнку
«Генетическая связь — это как путь вещества по лестнице классов. Сначала металл знакомится с кислородом и становится оксидом, потом встречает воду и превращается в основание, а в конце встречает кислоту и становится солью. И везде он остаётся собой: кальций так и остаётся кальцием, меняются только его спутники. С металлами попроще: более сильный вытесняет более слабого, как старший в очереди пропускает вперёд себя только тех, кто слабее».
Тема для отчёта родителю
«Генетическая связь между классами неорганических соединений и вытеснение металлов из растворов солей».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.