Справочники / Репетитор по химии - Белов Н.В.

Взаимодействие с простыми веществами

Как сильный окислитель хлор реагирует: а) с водородом:

hv

Сl2 + Н2 = 2НСl

хлороводород

(hv — кванты света, в темноте реакция не идет); б) с металлами:

в) с некоторыми менее электроотрицательными неметал-

С кислородом и азотом хлор непосредственно не взаимодействует.

Взаимодействие со сложными веществами

а) Реакция взаимодействия хлора с водой идет в две стадии.

На первой стадии процесса образуются две кислоты — соляная НСl и хлорноватистая НСlO:

–1 +1

Сl20 + Н2O НСl + НСlO

Затем происходит разложение хлорноватистой кислоты:

hv

НСlO = НСl + [О] атомарный кислород

Образованием атомарного кислорода объясняется окисляющее и отбеливающее действие хлора в воде. В хлорной воде погибают микроорганизмы. Органические красители, по-

мещенные в хлорную воду, обесцвечиваются.

б) Обратите внимание, что с кислотами хлор не реагирует.

380

в) Взаимодействие хлора с растворами щелочей происходит по-разному в зависимости от условий протекания

реакции:

–1 +1

на холоду: Сl20 + 2NaOH = NaCl + NaClO + Н2О;

Хлорат

калия

г) Хлор взаимодействует с бромидами и иодидами металлов: Сl3 + 2КBr = 2КСl + Br2

Сl2 + 2KI = 2КСl + I2

С фторидами металлов хлор не реагирует, так как его окисли-

тельная способность ниже окислительной способности фтора: д) Хлор легко взаимодействует со многими органическими

веществами, например с метаном, бензолом и др.:

hv

Сl2 + СН4 СН3Сl + НСl

Хлористый

метил

AlCl3

Сl2 + С6Н6 C6H5Cl + НСl

Хлорбензол

Хлороводород и соляная кислота

Химическая связь в молекуле HCl является ковалентной

полярной связью:

δ+ σ δ–

Н — Сl

Хлороводород НСl — бесцветный газ с резким запахом, в воде хорошо растворяется, при 0 °С в 1 л воды растворяется около 400 л НСl. Раствор хлороводорода в воде имеет кислую реакцию и называется хлороводородной или соляной кислотой. Соляная кислота является сильной кислотой, обладает всеми общими свойствами кислот. Электролитическая диссоциация НСl выражается уравнением

HCI H+ + Сl–

381

Соляная кислота — активный химический реагент, она взаимодействует:

1) с основаниями и амфотерными гидроксидами: НСl + NaOH = NaCl + Н2О

2НСl + Zn(OH)2 = ZnCl2 + 2Н2О

2) с основными и амфотерными оксидами: 2НСl + MgO=MgCl2 + Н2О

6НСl + Al2O3 = 2AlCl3 + 3Н2О

3)с металлами, которые находятся в ряду напряжений до водорода:

Mg0 + 2HCl = MgCl2 + Н20

2Аl0 + 6НСl = 2АlСl3 + 3H20

4) с солями:

2НСl + Na2CO3 = 2NaCl + СО2 + Н2О

HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3

Сl– + Ag+ = AgCl

Белый осадок

Последняя реакция является качественной реакцией на хлорид-ион.

Хлороводород можно получать:

а) прямым синтезом из водорода и хлора (см. § 8.2); б) действием концентрированной серной кислоты на

твердые хлориды, например:

NaCl (тв.) + Н2SO4 (конц.) = HCl + NaHSO4

(Отметим, что аналогичным способом можно получать НF, но нельзя получить НBr и HI, так как они являются сильными восстановителями и окисляются серной кислотой до свободных брома и йода.)

Применение хлора и хлороводорода. Физиологическая роль соляной кислоты в организме человека

Хлор используется для отбеливания бумаги и тканей, в производстве пластмасс, для дезинфекции питьевой воды. Хлор является исходным веществом при получении таких

382

важнейших продуктов, как хлорная известь, фосген, хлороформ, определенные виды моющих средств, ядохимикатов, каучуков и т. д. Огромное количество хлора используется для синтеза хлороводорода, растворением которого в воде получают соляную кислоту.

В организме человека соляная кислота вырабатывается клетками слизистой желудка. Она играет важную физиологическую роль, так как способствует перевариванию белков и убивает различные болезнетворные бактерии.

Вопросы для контроля

1.Назовите элементы-галогены и укажите их положение в периодической системе Д. И. Менделеева.

2.Охарактеризуйте физические свойства простых веществ-галогенов.

3.Какие валентности и степени окисления характерны для атомов галогенов в различных соединениях?

4.Как изменяются радиусы атомов, сродство к электрону и электроотрицательность галогенов в подгруппе?

5.Какой из галогенов является самым активным и какой — наименее активным окислителем?

6.Какие свойства — окислительные или восстановительные — проявляют галогенид-ионы?

7.Какой галогенид-ион является самым активным восстановителем?

8.Назовите все галогеноводороды и охарактеризуйте их физические свойства.

9.Какими свойствами обладают водные растворы галогеноводородов? 10. Напишите формулы известных оксидов хлора и назовите их. Напи-

шите формулы кислот, соответствующих этим оксидам. Назовите кислоты.

11. Приведите примеры солей, образованных кислородсодержащими кислотами хлора. Назовите эти соли.

12. Охарактеризуйте физические свойства и физиологическое действие хлора.

13. В виде каких соединений хлор встречается в природе?

14. Как получают хлор в промышленности, в лабораториях?

15. С какими простыми веществами взаимодействует хлор? Какие свойства проявляет хлор в этих реакциях?

16. Как называется раствор хлора в воде?

17. К какому типу окислительно-восстановительных реакций относится взаимодействие хлора с водой?

18. Взаимодействует ли хлор с кислотами?

383

19.Что образуется при взаимодействия хлора со щелочами на холоду

ипри нагревании?

20.Почему хлор взаимодействует с бромидами и йодидами металлов

ине взаимодействует с фторидами металлов?

21.Охарактеризуйте физические свойства хлороводорода.

22.Как называется раствор хлороводорода в воде?

23.Охарактеризуйте химические свойства хлороводородной (соляной) кислоты.

24.Какая реакция является качественной реакцией на хлорид-ион?

25.Какова физиологическая роль соляной кислоты в организме человека?

Задачи и упражнения для самостоятельной работы

1.Во сколько раз фтор, хлор тяжелее воздуха?

2.Какова масса 1 л фтора, 1 л хлора (н. у)?

3.Напишите уравнения реакций между водородом и галогенами: а) фтором, б) хлором, в) бромом.

4.Напишите уравнения реакций между натрием и фтором, кальцием и хлором, барием и бромом, алюминием и йодом. Назовите полученные соли.

5.Закончите уравнения реакций:

7.Как получить хлор, если имеются:

а) оксид свинца (IV) PbО2 и соляная кислота HCl;

б) оксид марганца (IV), хлорид калия и серная кислота? Напишите уравнения реакций.

8.Смешали 1 л хлора и 2 л водорода (н. у). Сколько граммов хлороводорода можно получить из такой смеси? Чему будет равен объем смеси после реакции?

9.Какой объем хлора может быть получен при взаимодействии 2 моль хлороводорода и 3 моль оксида марганца (IV)?

10.Какой объем хлороводорода может быть получен при взаимодействии с водородом 20 л хлора?

11.Применяемая в медицине йодная настойка является 5 %-м раствором кристаллического йода в спирте. Какой объем спирта, плотность которого равна 0,8 г/мл, требуется для приготовления 250 г такого раствора?

384

Тест № 13 по теме: «Общая характеристика неметаллов.

Водород. Галогены»

(Число правильных ответов — 15)

Вариант I

1. Какие из указанных элементов относятся к неметаллам?

.А Zn .Б Cl .В Pb .Г H .Д Mg

2.Какую конфигурацию внешнего электронного слоя имеют атомы элементов главной подгруппы V группы?

3.Какие из указанных неметаллов образуют двухатомные молекулы?

4.В какой из указанных реакций сера играет роль окислителя?

5.Какой из указанных неметаллов образует водородное соединение типа ЭН2?

385

8.С какими из указанных веществ реагирует соляная кислота (НСl)?

9.С какими из указанных веществ реагирует молекулярный водород (Н2)?

Вариант II

1. Какие из указанных элементов относятся к неметаллам?

2.Какую конфигурацию внешнего электронного слоя имеют элементы главной подгруппы VI группы?

3.Какие из указанных неметаллов образуют двухатомные молекулы?

4.В какой из указанных реакций углерод играет роль окислителя?

5.Какой из указанных неметаллов образует водородное соединение типа ЭН?

386

6. Какой из указанных оксидов образует кислоты типа

Н3ЭО4?

7. С какими из указанных веществ реагирует хлор?

8.С какими из указанных веществ реагирует соляная кислота (НСl)?

9.С какими из указанных веществ реагирует молекулярный водород (Н2)?

§8.4. Халькогены (элементы главной подгруппы VI группы). Кислород, его получение и свойства

Вглавной подгруппе шестой группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева находятся элементы: кислород О, сера S, селен Se, теллур Те и полоний Ро. Эти элементы имеют общее название «халькогены», что означает «образующие руды».

Элементы-халькогены при обычных условиях образуют

следующие простые вещества: кислород О2 — бесцветный газ; сера S — твердое кристаллическое вещество желтого цвета; селен, теллур и полоний — твердые вещества с металлическим блеском.

Аналогично галогенам в подгруппе халькогенов сверху вниз с увеличением заряда ядра атома закономерно изменяются свойства элементов: уменьшается их неметаллический характер и усиливаются металлические свойства. Так, кислород — типичный неметалл, а полоний — металл (радиоактивен).

387

На внешнем электронном слое атомов халькогенов (табл. 42) содержится шесть электронов, конфигурация внешнего слоя ns2np4. Расположение электронов на последнем слое можно изобразить электронно-графической формулой:

Эта формула показывает, что атомы элементов данной подгруппы в невозбужденном состоянии имеют два неспаренных электрона на р-подуровне, и поэтому характерная валентность этих элементов равна двум:

Для кислорода валентность II является постоянной. Это объясняется так: кислород — элемент второго периода, на внешнем энергетическом уровне (n = 2) атома кислорода отсутствует d-подуровень, и поэтому невозможно возбуждение атома в пределах второго энергетического уровня, а для перехода спаренных e#-нов второго уровня на третий требуется затрата очень большого количества энергии.

388

Удругих элементов данной подгруппы (серы, селена

ителлура) спаренные электроны s- и p-орбиталей легко возбуждаются и могут переходить на соответствующие d-ор- битали. При этом увеличивается число неспаренных электронов, а значит, и валентность элементов до четырех (IV) и шести (VI).

В табл. 43 схематически показано строение внешнего электронного слоя атомов халькогенов (серы, селена, теллу-

ра) в основном и возбужденном состояниях.

Халькогены — окислители, но более слабые, чем галогены. Для завершения октета атомы халькогенов присоединяют по два недостающих электрона и в соединениях с металлами и водородом имеют отрицательную степень окисления –2:

Э0 + 2e# = Э–2

атом халькогена (окислитель)

389