Цепочки превращений
Цепочка превращений — задание, в котором нужно записать уравнения реакций, позволяющих последовательно получить одно вещество из другого, например Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃. Каждой стрелке соответствует одно уравнение. Чтобы осуществить цепочку, нужно знать генетическую связь классов веществ и их химические свойства. Ниже — алгоритм решения и разобранные цепочки для 8–9 класса и органической химии 10 класса.
Генетическая связь классов неорганических веществ
В основе большинства цепочек лежат два генетических ряда:
- ряд металла: металл → основный оксид → основание → соль, например Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃;
- ряд неметалла: неметалл → кислотный оксид → кислота → соль, например S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → BaSO₄.
Если основание нерастворимое (Cu(OH)₂, Fe(OH)₃), его оксид с водой не реагирует, и ряд идёт через соль: CuO → CuCl₂ → Cu(OH)₂. Обратно нерастворимое основание превращается в оксид при нагревании. Так же оксид кремния SiO₂ с водой не реагирует, и кремниевую кислоту получают из силиката. Свойства каждого класса — в разделах оксиды, кислоты, основания и соли.
Как решать цепочки превращений: алгоритм
- Пронумеруйте стрелки: сколько стрелок, столько уравнений.
- Для каждой пары веществ определите классы: «металл → оксид», «соль → основание» и так далее.
- Сравните степени окисления элемента, который переходит по цепочке. Не изменилась — подойдёт реакция обмена, соединения или разложения; изменилась — нужен окислитель или восстановитель.
- Подберите второй реагент по свойствам класса: основный оксид + вода → щёлочь; соль + щёлочь → нерастворимое основание; нерастворимое основание при нагревании → оксид.
- Проверьте, что реакция возможна: для обмена нужен осадок, газ или вода, для металла с кислотой или солью — подходящее место в ряду активности.
- Запишите уравнение, расставьте коэффициенты и условия: t°, катализатор, свет.
| H⁺ | NH₄⁺ | Li⁺ | K⁺ | Na⁺ | Ag⁺ | Ba²⁺ | Ca²⁺ | Mg²⁺ | Zn²⁺ | Cu²⁺ | Hg²⁺ | Pb²⁺ | Fe²⁺ | Fe³⁺ | Al³⁺ | Cr³⁺ | Mn²⁺ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| OH⁻ | — | Р | Р | Р | Р | — | Р | М | Н | Н | Н | — | Н | Н | Н | Н | Н | Н |
| Cl⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Р | Р | Р | Р | Р | Р | М | Р | Р | Р | Р | Р |
| Br⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Р | Р | Р | Р | Р | М | М | Р | Р | Р | Р | Р |
| I⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Р | Р | Р | Р | — | Н | Н | Р | — | Р | Р | Р |
| S²⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Р | М | — | Н | Н | Н | Н | Н | — | — | — | Н |
| SO₃²⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Н | Н | М | М | — | — | Н | Н | — | — | — | Н |
| SO₄²⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | М | Н | М | Р | Р | Р | — | Н | Р | Р | Р | Р | Р |
| NO₃⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р |
| PO₄³⁻ | Р | Р | Н | Р | Р | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н |
| CO₃²⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | Н | Н | Н | Н | Н | — | — | Н | Н | — | — | — | Н |
| SiO₃²⁻ | Н | — | Р | Р | Р | — | Н | Н | Н | Н | — | — | Н | Н | — | — | — | Н |
| CH₃COO⁻ | Р | Р | Р | Р | Р | М | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | — | — | — | Р |
- Р — растворимо (больше 1 г в 100 г воды)
- М — малорастворимо (0,01–1 г)
- Н — нерастворимо (меньше 0,01 г)
- «—» — не существует или разлагается водой
Осуществите цепочку превращений: примеры для 8–9 класса
1. Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃ → CO₂
- 2Ca + O₂ → 2CaO
- CaO + H₂O → Ca(OH)₂ — гашение извести
- Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O — помутнение известковой воды
- CaCO₃ → CaO + CO₂↑ t° или CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O
2. Cu → CuO → CuCl₂ → Cu(OH)₂ → CuO
- 2Cu + O₂ → 2CuO t°
- CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O
- CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl — голубой осадок
- Cu(OH)₂ → CuO + H₂O t° — осадок чернеет
Последние три превращения можно выполнить в свободном режиме лаборатории: растворите порошок CuO в соляной кислоте при нагревании спиртовкой, прилейте щёлочь в избытке до голубого осадка и снова нагрейте — осадок почернеет. Вторую половину цепочки проверяет и опыт «Оксид меди(II) из гидроксида».
3. Fe → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃
- Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑
- FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂↓ + 2NaCl — серо-зелёный осадок
- 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃ — на воздухе осадок буреет
- 2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O t°
Первые два шага тоже есть в лаборатории: железные опилки растворяются в соляной кислоте с выделением водорода, а щёлочь в избытке даёт с полученным раствором серо-зелёный осадок.
4. Fe → FeCl₃ → FeCl₂ → FeCl₃ → Fe(OH)₃
- 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ t° — хлор окисляет железо до +3
- 2FeCl₃ + Fe → 3FeCl₂ — железо восстанавливает Fe³⁺ до Fe²⁺
- 2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃
- FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl — бурый осадок
5. S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → BaSO₄
- S + O₂ → SO₂ t°
- 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ t°, кат. V₂O₅
- SO₃ + H₂O → H₂SO₄
- H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl — белый осадок
6. P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Na₃PO₄ → Ag₃PO₄
- 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ t°
- P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄
- H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O
- Na₃PO₄ + 3AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ + 3NaNO₃ — жёлтый осадок
7. Na → NaOH → Na₂CO₃ → NaCl → AgCl
- 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑
- 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O
- Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O
- NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃ — белый творожистый осадок
8. Al → AlCl₃ → Al(OH)₃ → Al₂O₃ и Al(OH)₃ → Na[Al(OH)₄]
- 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑
- AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl — щёлочь добавляют по каплям
- 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O t°
- Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄] — в избытке щёлочи осадок растворяется (опыт «Гидроксид алюминия»)
Цепочки с неизвестным веществом X
Если в цепочке вместо формулы стоит X, определите его по соседям: что можно получить из предыдущего вещества и из чего получается следующее. В цепочке Cu → X → Cu(OH)₂ вещество X — растворимая соль меди(II): из неё щёлочь осаждает гидроксид. Получить её из меди можно хлором или концентрированной серной кислотой, но не разбавленными кислотами: Cu + Cl₂ → CuCl₂ t° или Cu + 2H₂SO₄ (конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O t°. Часто подходят несколько вариантов, и годится любой химически верный.
Цепочки превращений по органической химии: 10 класс
Органические цепочки строят на взаимных превращениях классов: алканы → алкены и алкины → галогенпроизводные и спирты → альдегиды → кислоты → сложные эфиры. Внимательно следите за условиями: от них часто зависит продукт. Хлорэтан с водным раствором щёлочи даёт спирт, а со спиртовым — этилен (C₂H₅Cl + KOH → C₂H₄↑ + KCl + H₂O).
1. CH₄ → C₂H₂ → C₂H₄ → C₂H₅OH → CH₃CHO
- 2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ 1500 °C
- C₂H₂ + H₂ → C₂H₄ t°, кат.
- C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH t°, p, H₃PO₄ — гидратация
- C₂H₅OH + CuO → CH₃CHO + Cu + H₂O t° — окисление спирта
2. CaC₂ → C₂H₂ → C₆H₆ → C₆H₅NO₂ → C₆H₅NH₂
- CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂↑
- 3C₂H₂ → C₆H₆ t°, активированный уголь — тримеризация ацетилена
- C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O H₂SO₄ (конц.) — нитрование
- C₆H₅NO₂ + 3H₂ → C₆H₅NH₂ + 2H₂O t°, кат. — восстановление нитробензола
3. C₂H₆ → C₂H₅Cl → C₂H₅OH → C₂H₄ → C₂H₄Br₂
- C₂H₆ + Cl₂ → C₂H₅Cl + HCl hν
- C₂H₅Cl + NaOH → C₂H₅OH + NaCl водный раствор
- C₂H₅OH → C₂H₄↑ + H₂O H₂SO₄ (конц.), t > 140 °C
- C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂ — обесцвечивание бромной воды
4. (C₆H₁₀O₅)ₙ → C₆H₁₂O₆ → C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ → CH₃COONa
- (C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ H⁺, t° — гидролиз крахмала
- C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂↑ дрожжи — спиртовое брожение
- C₂H₅OH + CH₃COOH ⇄ CH₃COOC₂H₅ + H₂O H₂SO₄ (конц.), t° — этерификация
- CH₃COOC₂H₅ + NaOH → CH₃COONa + C₂H₅OH t° — щелочной гидролиз эфира
Проведите опыт онлайн
Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.
Оксид меди(II) из гидроксида
Голубой осадок Cu(OH)₂ при нагревании на спиртовке чернеет — образуется CuO.
Ионы меди(II)
Щёлочь к раствору медного купороса — голубой осадок гидроксида меди(II).
Гидроксид алюминия
Щёлочь к хлориду алюминия — белый студенистый осадок, в избытке растворяется.
Получение водорода
Металл в кислоте, сбор газа над водой в пробирку и проба горящей лучиной — хлопок.
Читайте также
- Уравнения химических реакций
- Типы и классификация химических реакций
- Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
- Оксиды: основные, кислотные и амфотерные
- Органическая химия
- Химия 9 класс: реакции, диссоциация, ОВР — уроки и опыты онлайн
- Химия 10 класс: органическая химия онлайн (базовый и углублённый)
- ОГЭ по химии: задания, теория и химический эксперимент онлайн
Частые вопросы
Как решать цепочки превращений по химии?
Пронумеруйте стрелки, для каждой пары веществ определите классы и степени окисления, подберите реагент по свойствам класса, проверьте возможность реакции по таблице растворимости и ряду активности, затем запишите и уравняйте уравнение с условиями.
Что делать, если в цепочке есть вещество X?
Определите X по соседям: оно должно получаться из предыдущего вещества и превращаться в следующее. Например, в цепочке Cu → X → Cu(OH)₂ подойдёт CuCl₂ или CuSO₄.
Можно ли получить Cu(OH)₂ из CuO в одну стадию?
Нет. Оксид меди(II) с водой не реагирует, поэтому сначала его растворяют в кислоте, а затем к раствору соли добавляют щёлочь: CuO → CuCl₂ → Cu(OH)₂.
Как получить FeCl₃ из железа?
Нагреть железо в хлоре: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ t°. С соляной кислотой железо даёт только хлорид железа(II) FeCl₂, который потом можно окислить хлором до FeCl₃.