Схема превращений веществ
Схема превращений веществ показывает, как одно вещество последовательно превращается в другое. Чтобы решить такую задачу, нужно распознать тип каждой реакции, подобрать реагенты и записать уравнения с правильными коэффициентами.
Что показывает схема превращений
В цепочке обычно даны исходное вещество, несколько стрелок и конечный продукт. Над стрелкой указывают реагент, под стрелкой — условие реакции. Неизвестные вещества обозначают буквами \(X\), \(Y\), \(Z\). Иногда известны только реагенты или конечные продукты, поэтому вещества приходится определять по свойствам и возможным реакциям.
Схема превращений — последовательность реакций, в которой продукт одной реакции является исходным веществом следующей. Неизвестные вещества определяют по месту в цепочке, реагентам, условиям и химическим свойствам.
Перед решением полезно повторить уравнение химической реакции и правила определения степеней окисления. Для каждой стрелки задайте вопрос: какая реакция может пройти между данным веществом и указанным реагентом?
Алгоритм решения
- Определите типы веществ: металл, неметалл, оксид, кислота, основание, соль, углеводород или производное углеводорода.
- Найдите наиболее информативную стрелку: с известным реагентом, характерным условием или очевидным конечным продуктом.
- Предположите неизвестное вещество и проверьте, может ли оно образоваться на предыдущем шаге.
- Определите тип реакции: соединение, разложение, замещение, обмен, нейтрализация или окислительно-восстановительная реакция.
- Запишите молекулярное уравнение, расставьте коэффициенты и проверьте атомы и заряды.
- Перейдите к следующей стрелке. В конце проверьте всю цепочку в обратном направлении.
Каждый промежуточный продукт должен одновременно удовлетворять двум условиям: образовываться из вещества слева и вступать в реакцию с реагентом над следующей стрелкой. Если выполнено только одно условие, вещество выбрано неверно.
В ОВР дополнительно сравнивают степени окисления элементов. Если степень окисления повышается, частица окисляется и является восстановителем; если понижается — восстанавливается и является окислителем. В цепочках с серой полезно знать степени окисления серы и свойства концентрированной серной кислоты: окислительные свойства концентрированной серной кислоты.
Типичные цепочки неорганических веществ
В неорганических цепочках часто встречаются превращения металла в соль, соли в осадок, оксида в кислоту или основания. Нужно учитывать растворимость, ряд активности металлов и признаки реакции: газ, осадок или вода.
| Ситуация | Что проверить | Пример результата |
|---|---|---|
| Металл + кислота | Стоит ли металл левее водорода в ряду активности | \(\mathrm{ZnSO_4}\) и \(\mathrm{H_2}\) |
| Соль + щёлочь | Образуется ли нерастворимый гидроксид | \(\mathrm{Fe(OH)_3}\)↓ |
| Карбонат + кислота | Выделяется ли углекислый газ | \(\mathrm{CO_2}\)↑ |
| Оксид + вода | Является ли оксид основным или кислотным | \(\mathrm{H_2SO_4}\) или \(\mathrm{NaOH}\) |
| Галоген + соль галогенида | Может ли более активный галоген вытеснить менее активный | \(\mathrm{I_2}\) из иодида |
В задании вида «в схеме превращений \(\mathrm{H_2SO_4}\) конц. → \(\mathrm{SO_2}\) → \(\mathrm{NaHSO_3}\)» сначала распознают восстановление серы из степени окисления \(+6\) до \(+4\), а затем образование кислой соли.
Какой продукт образуется при пропускании \(\mathrm{SO_2}\) через раствор \(\mathrm{NaOH}\) при избытке щёлочи?
Цепочки органических превращений
В органических схемах определяйте функциональную группу и изменение углеродного скелета. Алкены присоединяют воду, водород и галогены; спирты окисляются до карбонильных соединений или кислот; карбоновые кислоты реагируют со спиртами с образованием сложных эфиров. Полезно повторить окислительно-восстановительные превращения органических веществ.
| Исходное вещество | Реагент или условие | Продукт |
|---|---|---|
| Алкен | \(\mathrm{H_2O}\), кислота | Одноатомный спирт |
| Первичный спирт | Окислитель | Альдегид, затем кислота |
| Вторичный спирт | Окислитель | Кетон |
| Карбоновая кислота + спирт | Кислота, нагревание | Сложный эфир |
| Соль карбоновой кислоты | Щёлочь, нагревание | Углеводород с меньшим числом атомов углерода |
Если задана схема «\(X \rightarrow Y \rightarrow\) этиленгликоль», ищите реакции, которые приводят к двухатомному спирту. Этиленгликоль имеет формулу \(\mathrm{HOCH_2CH_2OH}\); его можно получить гидролизом 1,2-дигалогенэтана водным раствором щёлочи.
Разобранный пример
Дана цепочка: \(\mathrm{CaC_2 \rightarrow X \rightarrow Y \rightarrow CH_3COOH}\). Реагенты: вода, окислитель.
Показать итоговую цепочку решение
Не путайте условия реакции и реагенты: вода сама по себе не окисляет альдегид. Не записывайте \(\mathrm{NaHSO_3}\) при избытке щёлочи. В органических цепочках проверяйте число атомов углерода: обычное окисление не уменьшает углеродный скелет, а декарбоксилирование уменьшает его на один атом. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот разобрано на странице декарбоксилирование солей карбоновых кислот.
Заполняйте цепочку не слева направо, а с наиболее узнаваемого конца. Например, этиленгликоль сразу указывает на 1,2-дизамещённое производное этана, а \(\mathrm{SO_2}\) — на восстановление соединения серы со степенью окисления \(+6\).
Быстрая проверка решения
Проверьте себя
Главное
- Определяйте неизвестные вещества по соседним реакциям, реагентам и условиям.
- Для каждой стрелки выбирайте тип реакции и записывайте уравнение с коэффициентами.
- В ОВР отслеживайте изменение степеней окисления и роли окислителя и восстановителя.
- В органических цепочках распознавайте функциональные группы и изменение углеродного скелета.
- Проверяйте каждое промежуточное вещество в прямом и обратном направлении.