Свойства средних солей и способы их получения нужны для успешного решения заданий ЕГЭ по химии. Ошибки в этой теме обычно возникают из-за непонимания закономерностей реакций ионного обмена и окислительно-восстановительных процессов. Разберём необходимую теорию, отработаем на конкретных примерах сложные реакции разложения и гидролиза, а также научимся обходить типичные ловушки экзамена.
В каких заданиях ЕГЭ встречается тема
Знание этой темы потребуется в нескольких номерах КИМ:
- задания 6 и 7: предсказание возможности протекания реакций между неорганическими веществами;
- задание 8: установление соответствия между исходными веществами и продуктами реакции;
- задание 9: мысленное осуществление цепочки превращений;
- задание 24: качественные реакции на ионы;
- задание 29: окислительно-восстановительные реакции;
- задание 30: реакции ионного обмена;
- задание 31: написание уравнений реакций по текстовому описанию.
Особые трудности обычно вызывают реакции совместного гидролиза, взаимодействие сульфидов с кислотами-окислителями и специфические случаи термического разложения нитратов.
Общие представления о средних солях
Средние соли представляют собой продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла или катион аммония. В их составе присутствуют только катионы металла или аммония и анионы кислотного остатка.
Обычно это твёрдые кристаллические вещества с высокими температурами плавления. Растворимость в воде сильно варьируется. В растворе или расплаве эти вещества проводят электрический ток. Цвет солей зависит от природы катиона и аниона.
| Вещество или ион | Окраска водного раствора или осадка |
|---|---|
| соли $Cu^{2+}$ | растворы голубые; $CuS$ чёрный |
| соли $Fe^{2+}$ | растворы бледно-зелёные |
| соли $Fe^{3+}$ | растворы жёлто-бурые |
| хроматы ($CrO_4^{2-}$) | жёлтые |
| дихроматы ($Cr_2O_7^{2-}$) | оранжевые |
| сульфиды ($Ag_2S$, $PbS$, $CuS$) | чёрные осадки |
| $AgCl$, $BaSO_4$, $CaCO_3$ | белые осадки |
| $AgI$, $AgBr$, $Ag_3PO_4$, $PbI_2$ | жёлтые осадки |
Характерные химические свойства средних солей
Перейдём к основным типам химических реакций.
Взаимодействие с простыми веществами
С металлами
Более активный металл, стоящий в электрохимическом ряду напряжений левее, вытесняет менее активный из водного раствора его соли. Обязательное условие: оба металла не должны быть щелочными или щёлочноземельными, иначе они вступят в реакцию с водой, а не с солью.
С неметаллами
Более активные галогены вытесняют менее активные галогены или серу из галогенидов и сульфидов.
Углерод при нагревании способен восстанавливать сульфаты до сульфидов.
Реакции с водой (гидролиз сульфидов)
Средние соли, образованные слабыми основаниями и слабыми кислотами (например, сульфиды алюминия и хрома(III)), в водной среде подвергаются полному необратимому гидролизу. В таблице растворимости на их месте стоит прочерк.
Реакции с оксидами
- С основными оксидами реакции не протекают.
- С амфотерными оксидами в водных растворах реакции не протекают.
Однако при сплавлении амфотерные оксиды реагируют с карбонатами и сульфитами щелочных металлов, вытесняя летучий оксид.
- С кислотными оксидами в водных растворах соли реагируют только с образованием кислых солей.
При сплавлении менее летучий кислотный оксид (например, диоксид кремния) вытесняет более летучий.
Реакции с кислотами-неокислителями
Более сильная кислота вытесняет более слабую. Реакция идёт до конца, если образуется осадок, выделяется газ или получается другой слабый электролит (например, слабая кислота).
Сероводород может вытеснять более сильные кислоты из солей, если соль образована металлом, стоящим после железа в ряду активности. В результате реакции образуются осадки так называемых суровых сульфидов.
Реакции с кислотами-окислителями
Концентрированная серная кислота и концентрированная или разбавленная азотная кислота вступают в окислительно-восстановительные реакции с солями, содержащими восстановитель (ионы $S^{2-}$, $I^{-}$, $Br^{-}$, $Fe^{2+}$).
С концентрированной серной кислотой
Иодиды восстанавливают серу до степени окисления $-2$, в реакциях с другими восстановителями получается оксид серы (IV).
Соли с хлоридным ионом окисляются с трудом, в реакциях с твёрдыми хлоридами происходит обмен с выделением газообразного хлороводорода.
С азотной кислотой
Продукты восстановления зависят от концентрации кислоты. Чем разбавленнее азотная кислота, тем глубже идёт процесс восстановления азота.
Реакции с основаниями
Соли реагируют только с растворимыми основаниями (щелочами). Исходная соль при этом тоже должна быть растворимой. Реакция идёт, если образуется осадок или выделяется газ.
Качественная реакция на ион аммония:
Реакции с амфотерными гидроксидами
Средние соли не вступают в реакцию с амфотерными гидроксидами.
Реакции с другими солями
Две растворимые соли вступают в реакцию ионного обмена, если среди продуктов есть осадок.
Совместный гидролиз
Если смешать растворы соли, образованной слабым основанием ($Al^{3+}$, $Fe^{3+}$, $Cr^{3+}$), и соли, образованной слабой летучей кислотой (карбонаты, сульфиты, сульфиды), происходит взаимное усиление гидролиза. Продуктами выступают гидроксид слабого металла, газ и новая средняя соль.
При смешивании растворов сульфитов или сульфидов с солями железа(III) происходит окислительно-восстановительная реакция.
Реакции разложения солей
Карбонаты
Нерастворимые карбонаты разлагаются при нагревании на оксид металла и углекислый газ.
Сульфиты
Нерастворимые сульфиты разлагаются аналогично карбонатам.
Нитраты
Продукты термического разложения нитратов зависят от активности металла.
Таблица 2. Правила термического разложения нитратов
| Положение металла в электрохимическом ряду | Схема разложения | Пример реакции |
|---|---|---|
| левее $Mg$ (кроме $Li$) | соль $\rightarrow$ нитрит + кислород | $2KNO_3 \xrightarrow{t} 2KNO_2 + O_2\uparrow$ |
| от $Mg$ до $Cu$ включительно и $Li$ | соль $\rightarrow$ оксид + $NO_2$ + кислород | $2Cu(NO_3)_2 \xrightarrow{t} 2CuO + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$ $4LiNO_3 \xrightarrow{t} 2Li_2O + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$ |
| правее $Cu$ (благородные) | соль $\rightarrow$ металл + $NO_2$ + кислород | $2AgNO_3 \xrightarrow{t} 2Ag + 2NO_2\uparrow + O_2\uparrow$ |
Отдельное внимание нужно уделить особым случаям на экзамене, например, разложению нитратов железа(II) и марганца(II). Происходит окисление металла выделяющимся кислородом.
Разложение солей аммония
Реакции протекают индивидуально в зависимости от природы кислотного остатка.
Разложение дихромата аммония (реакция «химический вулкан»):
Разложение бертолетовой соли (хлората калия)
В присутствии катализатора $MnO_2$:
Без катализатора процесс идёт через диспропорционирование:
Способы получения солей
Взаимодействие простых веществ (получение бинарных солей)
Реакции ионного обмена
Сюда относятся классические реакции нейтрализации и взаимодействия солей друг с другом.
Кислота + основание $\rightarrow$ соль + вода:
Кислота + соль $\rightarrow$ новая кислота + новая соль:
Щёлочь + соль $\rightarrow$ нерастворимый гидроксид + новая соль:
Соль + соль $\rightarrow$ новая соль + новая соль:
Другие реакции обмена:
Кислота + основный оксид $\rightarrow$ соль + вода:
Щёлочь + кислотный оксид $\rightarrow$ соль + вода (при избытке щёлочи):
Реакции между оксидами
Основный оксид взаимодействует с кислотным с образованием соли. Реакция характерна для оксидов активных металлов или протекает при сплавлении.
Взаимосвязи основных неорганических классов можно представить в виде обобщающей таблицы.
Таблица 3. Генетические связи, приводящие к образованию средних солей
| Исходные реагенты | Продукт реакции | Условия |
|---|---|---|
| металл + неметалл | бинарная соль | часто требует нагревания |
| металл + кислота | соль + водород | металл должен стоять до водорода |
| основный оксид + кислотный оксид | соль | для амфотерных применяется сплавление |
| кислота + основание | соль + вода | реакция нейтрализации |
| соль + соль | две новые соли | обе соли растворимы, нужен осадок |
Типичные ошибки на ЕГЭ
Разберём основные ловушки, в которые часто попадают на экзамене при работе со свойствами солей.
- Ловушка с щелочным металлом и раствором соли. Применяют в лоб правило «активный вытесняет менее активный» и пишут реакцию $2Na + CuSO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + Cu$. В водном растворе натрий вступит в реакцию с водой. Начнётся выделение водорода, и только образовавшаяся щёлочь прореагирует с медью. Происходят следующие процессы:
- Ловушка с термическим разложением нитрата железа(II). Часто в продуктах записывают $FeO$, так как следуют общей схеме таблицы без учёта способности кислорода окислять железо в момент выделения. В продуктах обязательно нужно указывать оксид железа(III).
- Ловушка с нерастворимыми солями. Соли вступают в реакцию с щелочами, только если исходная соль растворима в воде. Поэтому реакция $BaSO_4 + 2KOH \rightarrow Ba(OH)_2 + K_2SO_4$ невозможна. Сульфат бария нерастворим.
- Игнорирование совместного гидролиза. Ошибочно записывают продукт $Cr_2(CO_3)_3$ при смешивании хлорида хрома(III) и карбоната калия. Карбонат хрома(III) не существует в водной среде. Протекает совместный гидролиз с выпадением амфотерного гидроксида и выделением пузырьков углекислого газа.
Примеры заданий ЕГЭ с пошаговым решением
Закрепим теорию на примерах заданий формата ЕГЭ.
Пример 1. Установление реакционной способности (задание 7)
Установите соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым из которых это вещество может взаимодействовать. Дано вещество: $Na_2CO_3$. Варианты реагентов:
1. $HNO_3$, $CO$, $H_2$.
2. $NH_3$, $KOH$, $Fe$.
3. $H_2$, $O_2$, $Cl_2$.
4. $BaCl_2$, $H_2SO_4$, $SiO_2$.
5. $Fe_2O_3$, $H_2S$, $N_2$.
Заданное вещество — растворимая средняя соль слабой летучей кислоты. Проверим предложенные ряды.
В первом ряду есть газы: угарный газ и водород. Карбонат натрия с ними не реагирует.
Второй ряд содержит щёлочь $KOH$. Для протекания реакции обмена со щёлочью нужен осадок или газ. $Na_2CO_3 + KOH$ не даёт осадка, значит, реакция не идёт.
Третий ряд содержит кислород и водород. Карбонаты не реагируют с водородом и простыми неметаллами в растворах.
Проверим четвёртый ряд:
$Na_2CO_3 + BaCl_2 \rightarrow BaCO_3\downarrow + 2NaCl$ (ионный обмен с выпадением белого осадка).
$Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + CO_2\uparrow + H_2O$ (сильная кислота вытесняет слабую).
$Na_2CO_3 + SiO_2 \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + CO_2\uparrow$ (при сплавлении нелетучий диоксид кремния вытесняет углекислый газ).
Пятый ряд не подходит, так как содержит азот, с которым карбонаты не реагируют.
Ответ: 4.
Пример 2. Реакции из текстового описания (задание 31)
Нитрат бария добавили к раствору сульфата железа(III). Образовавшийся при этом осадок отделили, а к фильтрату добавили раствор карбоната натрия. Опишите весь процесс уравнениями.
Шаг 1. Взаимодействие нитрата бария и сульфата железа(III). У нас есть две растворимые соли. При обмене катионов выпадает осадок сульфата бария, что является качественной реакцией.
$3Ba(NO_3)_2 + Fe_2(SO_4)_3 \rightarrow 3BaSO_4\downarrow + 2Fe(NO_3)_3$
Шаг 2. Анализ фильтрата. Фильтрат — это жидкая часть, оставшаяся после отделения осадка. В данном случае это раствор нитрата железа(III).
Шаг 3. Взаимодействие $Fe(NO_3)_3$ с карбонатом натрия. Это соли слабого основания и слабой кислоты. Реакция пойдёт по пути совместного полного гидролиза.
$2Fe(NO_3)_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_3\downarrow + 3CO_2\uparrow + 6NaNO_3$
Заключение
Теперь ты знаешь, как средние соли взаимодействуют с другими классами неорганических веществ и какие продукты при этом образуются. Самая частая ошибка — забывать про условия полного совместного гидролиза и реакции окисления-восстановления при участии азотной и серной кислот. Запомни эти исключения, чтобы не терять баллы во второй части ЕГЭ. Чтобы закрепить тему, рекомендуем решить 8–10 заданий на разобранную тему в «100балльном банке».
