Классы неорганических веществ

«Через раствор гидроксида кальция пропустили избыток углекислого газа». Ученик пишет CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O, формулы верны, коэффициенты стоят, и ответ всё равно не засчитывают. В избытке газа осадок растворяется, и конечный продукт здесь гидрокарбонат кальция. Слово «избыток» ученик прочитал, но в продукт его не перевёл.

Классы веществ в большинстве программ проходят в восьмом классе, и определения к экзамену обычно знают: оксид, основание, кислота, соль. Баллы уходят на втором шаге, когда по классам нужно решить, какое вещество получится, получится ли оно вообще и в какой форме его записать. Общая картина реакций, в которую это встраивается, дана в статье о типах химических реакций.

Слово «избыток» в условии

Многоосновная кислота и кислотный оксид дают разные соли в зависимости от того, сколько щёлочи на них приходится. Фосфорная кислота содержит три атома водорода, и продуктов у неё с натрием столько же:

• H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O, щёлочи моль на моль кислоты, получается дигидрофосфат;
• H3PO4 + 2NaOH = Na2HPO4 + 2H2O, два моля щёлочи, гидрофосфат;
• H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O, три моля, средняя соль;
• четвёртый и последующие моли щёлочи ничего нового не дают: в растворе остаются Na3PO4 и лишняя щёлочь.

С оксидами то же самое: SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O при избытке щёлочи и SO2 + NaOH = NaHSO3 при избытке газа. Для углекислого газа и известковой воды две стадии идут друг за другом: CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O, и дальше, пока газ пропускают, CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2, мутный раствор светлеет. Если в условии вместо слова «избыток» стоят массы или объёмы, соотношение приходится считать, и ответ получается из расчёта (расчёты по уравнению реакции).

Кислая соль остаётся полноценным участником реакций. NaHSO3 + NaOH = Na2SO3 + H2O ведёт от кислой соли к средней, а Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3 в обратную сторону. Поэтому прежде чем писать продукт, подпишите под условием, чего больше, щёлочи или кислотного вещества: перевес щёлочи даёт среднюю соль, перевес кислотного вещества кислую. Для двухосновной кислоты соотношение один к одному уже даёт кислую соль, для трёхосновной даёт дигидрофосфат, и промахиваются чаще всего именно здесь: сколько атомов водорода заместится, нужно считать для каждой кислоты заново.

Амфотерные вещества и их два способа записи

К амфотерным относят оксиды и гидроксиды алюминия, цинка, бериллия и хрома(III). С кислотой они ведут себя как основания: Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O и ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O. С щёлочью они ведут себя как кислоты, и запись здесь зависит от условия. В растворе образуется гидроксокомплекс: Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4], Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4], ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]. У хрома(III) комплекс шестикоординатный: Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6]. При сплавлении получается обычная соль и вода: Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O, Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O.

Ошибка в этом месте обычно устроена одинаково: берётся одна запись и применяется везде, будь в условии «раствор» или «сплавили». Реже пишут простую соль по образцу обычной кислоты, скажем NaAlO2 в растворе или AlCl3 вместо комплекса, и тогда при уравнивании не сходятся кислород и водород. Проверка простая: до записи подчеркнуть в условии слово «раствор» или «сплавление» и записать продукт в соответствии с ним. Что именно принимается в качестве верного ответа во второй части экзамена, указано в критериях оценивания, и репетитор, который с ними работает, должен показать вам, как в них сформулирован этот случай.

Отдельная привычка проверки: раствор щёлочи по каплям приливают к раствору соли алюминия. Сначала выпадает осадок гидроксида, AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl, а в избытке щёлочи он растворяется, потому что образуется комплекс. Раствор аммиака осадок алюминия в избытке не растворяет, и по этому признаку «сильную» щёлочь отличают от слабой.

Оксиды, которым нельзя верить по формуле

Несолеобразующие оксиды называют списком из трёх формул: CO, NO, N2O (в некоторых списках к ним добавляют SiO). Ни с кислотами, ни со щелочами они не реагируют, и этот список стоит выучить буквально, потому что именно на нём ловят: оксид азота(II) в уравнении с гидроксидом натрия окажется лишним, как бы красиво ни выглядело уравнение.

Оксид азота(IV) на кислотный оксид похож только отчасти: 2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O, две соли сразу, потому что азот в этой реакции одновременно повышает и понижает степень окисления. Другой случай, смешанный оксид Fe3O4, ведёт себя как смесь FeO и Fe2O3: Fe3O4 + 8HCl = FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O, соли получаются две. У металлов бывают и кислотные оксиды (CrO3, Mn2O7), так что формула с металлом на первом месте ничего не гарантирует о классе. С водой кислотный оксид даёт кислоту, если та существует и растворима: SO3 + H2O = H2SO4, а SiO2 с водой не реагирует вовсе.

Пероксиды, например Na2O2, в школьной классификации оксидами не называют, и с кислотным оксидом они дают соль и кислород: 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2. Ученик, который запишет здесь соль и воду по образцу основного оксида, получит неверный продукт.

Основные соли возникают по тому же принципу, что и кислые, только в зеркальном виде: если щёлочи не хватает на полное замещение, получается гидроксосоль. CuCl2 + NaOH = Cu(OH)Cl + NaCl при недостатке щёлочи и CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaCl при достаточном количестве. В школьных заданиях основные соли встречаются реже кислых, и поэтому их забывают первыми.

Цепочки: что значит стрелка

Цепочка превращений проверяет классы без слов, и читать её нужно как последовательность переходов. Для кальция она может выглядеть так: 2Ca + O2 = 2CaO, CaO + H2O = Ca(OH)2, Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O, CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2, а при нагревании Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O возвращает исходный карбонат. Каждая стрелка здесь переход из класса в класс, и у каждой есть условие, которое можно проверить: основный оксид присоединяет воду, если гидроксид растворим, гидроксид реагирует с кислотным оксидом, карбонат растворяется в избытке кислотного оксида.

Типичная ошибка живёт в стрелке «оксид в гидроксид». С водой реагируют только оксиды активных металлов, и от Fe2O3 к Fe(OH)3 одной стрелкой «H2O» не пройти: сначала кислота (Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O), потом щёлочь (FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl). Перед записью каждой стрелки полезны два вопроса: какого класса исходное вещество и, если это обмен между растворами, что утащит реакцию вправо, осадок или газ либо слабый электролит. Нет ни того, ни другого — реакции не будет, как бы хорошо ни выглядели формулы.

Если звено цепочки не получается, выпишите классы всех веществ в цепочке в строку и посмотрите, какого перехода не хватает. В нескольких заданиях неизвестное вещество определяется по двум соседям, и тогда достаточно понять, что должно стоять между двумя известными классами.

Почему это забывается к экзамену

Почти по всем учебникам классы неорганических веществ идут в восьмом классе в виде определений и примеров, а на экзамене они приходят в виде задач на выбор и продукт. Между этими двумя формами лежат годы, в которые никто не спрашивал, к какому классу относится вещество. Восьмиклассник пишет уравнение по образцу «основный оксид плюс кислота», где класс назван в самом задании; на экзамене классы не называют, вещества даны формулами, и первым шагом оказывается узнавание.

Как тема встроена в общий порядок курса, сказано в статье о порядке изучения школьной химии; какие задания экзамена на неё опираются, видно по структуре ЕГЭ по химии и по второй части, где от цепочки и пар веществ зависит заметная часть работы. Почему растворимые щёлочи и соли реагируют в растворе обменом, объясняет тип химической связи.

Мне кажется, определения классов учить уже незачем: их знают с восьмого класса, и на экзамене они ничего не дают. Нужен другой навык, ответить, какой именно продукт получится из этой пары веществ при этих условиях.

Две цепочки для начала

Возьмите два элемента, металл и неметалл, например кальций и серу, и выпишите для каждого цепочку: простое вещество, оксид, гидроксид или кислота, соль. Для кальция это Ca, CaO, Ca(OH)2, CaSO4. Для серы S, SO2, H2SO3, Na2SO3, а в уравнениях S + O2 = SO2, SO2 + H2O = H2SO3, H2SO3 + 2NaOH = Na2SO3 + 2H2O. Затем поменяйте условия: что получится, если щёлочи взять вдвое меньше, и что изменится, если вместо серы взять фосфор.

Проверить себя можно на пяти формулах: NaHSO4 (кислая соль), Ca(OH)Cl (основная), Fe3O4 (смешанный оксид), Na2O2 (пероксид, оксидом в школьной классификации его не называют), NH4Cl (средняя соль, хотя основания в формуле не видно). Кто называет класс каждой формулы за несколько секунд и объясняет признак, тот с задачами по теме обычно справляется.

После этого вернитесь к «избытку» и амфотерным веществам: те же цепочки, но с количествами и с растворами. Этот же приём работает на проверке: возьмите любое своё неверное уравнение и подпишите под каждым веществом класс: обычно сразу видно, где реакция записана между двумя веществами одного типа. Если и тогда не идёт, разбирать тему лучше с человеком, который сможет сказать, на какой стрелке вы каждый раз останавливаетесь.

Начать поиск:

• репетиторы по химии
• подготовка к ЕГЭ по химии
• подготовка к ОГЭ по химии
• химия по школьной программе
• репетиторы с пробным уроком

Вопросы и ответы

Нужно ли учить названия кислых и основных солей? После формул: на экзамене пишут формулы, а название нужно, чтобы самому не путаться.

Почему гидроксид меди не получается из оксида меди и воды? Оксид меди(II) в воде не растворяется и с ней не реагирует. Гидроксид меди получают из растворимой соли и щёлочи, и тот же способ годится для всех нерастворимых оснований.

Что делать, если в условии нет ни «избытка», ни «недостатка»? Искать числа: массы, объёмы, количества веществ. По ним находится соотношение молей, и от него зависит, какая соль получится. Если нет ни слов, ни чисел, обычно подразумевается средняя соль, но такое условие лучше уточнить у учителя или репетитора, а не угадывать.

Как понять, что в задании нужна кислая соль? По слову «избыток» или по соотношению, где кислотного вещества больше, чем нужно для средней соли. Если сказано, что кислота полностью нейтрализована, ответом будет средняя соль.

Можно ли обойтись таблицей растворимости и не учить классы? Нет: таблица говорит, растворимо ли вещество, но не говорит, к какому классу оно относится и с чем реагирует.