Условие задачи
Химический элемент галлий Ga сходен с элементом алюминием Al, а селен Se – с серой S. Напишите формулы оксидов, гидроксидов и солей, в состав которых входят эти элементы. Составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства соответствующих соединений.
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по неорганической химии, где используют периодические закономерности (подобность элементов в секторе таблицы Менделеева). Галлий (Ga) ведёт себя подобно алюминию (Al), а селен (Se) – по аналогии с серой (S). Это означает, что их оксиды, гидроксиды и соли имеют схожие формулы с соответствующими соединениями алюминия и серы, соответственно.
Рассмотрим по порядку.
──────────────────────────────
1. Соединения галлия (Ga):
А) Оксид галлия
У алюминия известен оксид Al₂O₃, соответственно, у галлия при валентности +3 образуется оксид
Ga₂O₃
Характеристика: оксид является амфотерным, то есть может реагировать как с кислотами, так и с основаниями.
Примеры реакций:
• Реакция с кислотой (например, соляной кислотой):
Ga₂O₃ + 6 HCl → 2 GaCl₃ + 3 H₂O
• Реакция с щёлочью (например, гидроксидом натрия) в избытке воды:
Ga₂O₃ + 2 NaOH + 3 H₂O → 2 Na[Ga(OH)₄]
(при этом образуется тетраоксогидрокомплекс натриевого галлата)
Б) Гидроксид галлия
Как и гидроксид алюминия, гидроксид галлия имеет формулу
Ga(OH)₃
Он также амфотерен.
Примеры реакций:
• При добавлении кислоты:
Ga(OH)₃ + 3 HCl → GaCl₃ + 3 H₂O
• При избытке щёлочи:
Ga(OH)₃ + NaOH → Na[Ga(OH)₄]
В) Соли галлия
Наиболее характерной солью можно считать хлорид галлия
GaCl₃
Который образуется, например, при реакции между оксидом или гидроксидом галлия и соляной кислотой (см. реакции выше). Кроме того, можно получить соли с другими анионами, например, нитрат галлия (Ga(NO₃)₃) или сульфат галлия Ga₂(SO₄)₃, если учитывать валентность Ga³⁺.
──────────────────────────────
2. Соединения селена (Se):
Селен, сходный по химическим свойствам с серой, образует кислородсодержащие соединения, аналогичные оксидам и оксоанионам серы.
А) Оксид селена
Наиболее распространённым оксидом селена является
SeO₂
Он, как и оксид серы(IV) (SO₂ или SO₃ в зависимости от степени), является кислым оксидом.
Реакция с водой приводит к образованию соответствующей кислоты:
SeO₂ + H₂O → H₂SeO₃
Получается селеновысменная (селени́евая) кислота, аналогичная сернистой кислоте (H₂SO₃).
Б) Гидроксиды
Сам по себе элемент селен не даёт простого «гидроксида» в том же виде, как металлы. Однако через образование кислоты можно рассматривать водные растворы, в которых вследствие гидратации SeO₂ образуется кислота H₂SeO₃. Прямого аналога гидроксида для неметалла сложно привести, поэтому принято рассматривать гидрокислоты и их соли.
В) Соли селена
Из селеновысменной кислоты H₂SeO₃ можно получать соли – селениты. Пример – селенит натрия:
Na₂SeO₃
Приведём пример реакции нейтрализации:
H₂SeO₃ + 2 NaOH → Na₂SeO₃ + H₂O
Также селена может давать кислоты с более высокой степенью окисления – селеновую (селени́евую) кислоту H₂SeO₄, образуя, например, селенат натрия Na₂SeO₄, но классическим аналогом для серы является именно селеновысменная кислота H₂SeO₃ и её соли.
──────────────────────────────
Итоговое решение задачи:
1. Для галлия (Ga):
• Оксид: Ga₂O₃
Ga₂O₃ + 6 HCl → 2 GaCl₃ + 3 H₂O
Ga₂O₃ + 2 NaOH + 3 H₂O → 2 Na[Ga(OH)₄]
• Гидроксид: Ga(OH)₃
Ga(OH)₃ + 3 HCl → GaCl₃ + 3 H₂O
Ga(OH)₃ + NaOH → Na[Ga(OH)₄]
• Соль: GaCl₃ (также можно получать Ga(NO₃)₃ или Ga₂(SO₄)₃)
2. Для селена (Se):
• Оксид: SeO₂
SeO₂ + H₂O → H₂SeO₃
• Гидрокислота (аналог гидроксида для неметалла): H₂SeO₃, образующаяся при гидратации SeO₂.
• Соль: селенит натрия Na₂SeO₃, получаемый при нейтрализации H₂SeO₃
H₂SeO₃ + 2 NaOH → Na₂SeO₃ + H₂O
Таким образом, задачи составлены с использованием основных закономерностей неорганической химии: аналогия Ga с Al приводит к образованию амфотерных оксидов и гидроксидов, а у Se – к образованию кислых оксидов, которые при взаимодействии с водой дают кислоты, на базе которых синтезируют соли.
Это и является подробным решением задачи с приведением химических реакций, характеризующих химические свойства соответствующих соединений.