Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
экзамен 2.0.docx
Скачиваний:
6
Добавлен:
14.01.2025
Размер:
1.92 Mб
Скачать
  1. Водород. Строение атома и молекулы. Положение водорода в Периодической Системе Д.И.Менделеева. Химические свойства водорода. Методы получения водорода промышленные и лабораторные. Степени окисления.

Водород расположен в главной подгруппе I группы и в первом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Как простое вещество водород при нормальных условиях представляет собой двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Атом водорода содержит на внешнем энергетическом уровне один неспаренный электрон в основном энергетическом состоянии. Молекула водорода двухатомна. Структура решётки-Гексагональная

Характерные степени окисления -1(гидриды металлов NaH, CaH2), 0, +1(кислоты H2SO4, H2S, HCl, вода H2O , летучие водородные соединения (HCl, HBr), кислые соли (NaHCO3), основания NaOH, Cu(OH)2,основные соли (CuOH)2CO3)

промышленности

лаборатории

CH4 + H2O → CO + H2 при t = 1000 °C

Fe + HCl → FeCl2 + H2↑ Вытес H2 из кислот

C + H2O → CO + H2

CaH2 + H2O → Ca(OH)2 + H2↑ гидр гидридов

H2O → H2↑ + O2↑Эл-з р-р щелочей

Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2↑ акт Ме+ H2O

CH4 + O2 → CO + H2 непол ок-е

Al + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] + H2

В реакциях водород проявляет себя как восстановитель и окислитель.

  1. Как восстановитель реагирует с кислородом, галогенами, азотом, серой, оксидами металлов. При комнатной температуре из перечисленных реакция идет только со фтором.

H2 + O2 → (t) H2O

H2 + N2 → NH3 под давлением в присутствии катализатора

H2 + F2 → HF (со взрывом в темноте)

H2 + S → H2S

H2 + Cl2 → (t) HCl (со взрывом только на свету)

H2 + ZnO → Zn + H2O

 Водород не реагирует с кремнием.

  1. Как окислитель реагирует с металлами С активными металлами водород реагирует с образованием гидридов:

2Na  +  H2  → 2NaH

Ca  +  H2  → CaH2

Восстанавливает металлы из основных и амфотерных оксидов. , расположенные в электрохимическом ряду напряжений после алюминия

ZnO + H2 → Zn + H2O СuO + H2 → Cu + H2O

Водород восстанавливает оксиды некоторых неметаллов. N2O  +  H =  N2  +  H2O

С органическими веществами водород вступает в реакции присоединения (реакции гидрирования).

2H2+CO → CH3OH

  1. Соединения водорода и их свойства. Гидриды, гидрид-ион как лиганд.

Оксид водорода, H2O - вода - бесцветная жидкость, без цвета, без запаха, без вкуса. чистая вода почти не проводит электрический ток, реагирует с металлами и неметаллами.

Н2O + СаО = Са(OH)2

Са3Р2 + 6Н2О → 3Са(ОН)2 + 2РН3↑

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

PCl5 + 4H2O → H3PO4 + 5HCl

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 акт Ме

при кипячении:Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2

металлы, расположенные в ряду активности от после Н, не реагируют с водой: Ag + Н2O ≠

алюминий не реагирует с водой, так как покрыт оксидной плёнкой. Алюминий, очищенный от оксидной плёнки:2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 +3H2

металлы от Al до Н, реагируют с водяным паром при высокой температуре: Fe + 4Н2O → Fe3O4 + 4Н2

Пероксид водорода - H2O2 - бесцветная жидкость, без цвета, без запаха, с неприятным вкусом. В концентрированных растворах пероксид водорода неустойчив, разлагается на воду и кислород со взрывом. Вызывает сильные ожоги.Обычно применяется в виде разбавленных (3%-30%) растворов.

2Н2O2 = 2Н2O + O2↑

Н2O2 + Ва(ОН)2 = ВаO2 + 2Н2O

ЗН2O2 + 2NH3 = N2 + 6Н2O

4Н2O2 + H2S = H2SO4 + 4Н2O

Гидриды ионные - MHx - соединения водорода с щелочными и щелочноземельными металлами, где водород имеет степень окисления -1.

Гидриды металлов можно получить:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

NaH + H2O → NaOH + H2

NaH + HCl → NaCl + H2

NaH + Cl2 = NaCl + HCl

восст св-ва + с окислителями (кислород, галогены и др.) 2NaH + O2 = 2NaOH

Гидриды ковалентные - HxX - соединения водорода с неметаллами, где водород имеет степень окисления +1. Газы, многие ядовиты. Восстановители за счет неметалла.

CH4 метан

NH3 аммиак

H2O вода

HF

горючи

образуют соответ

оксиды

SiH4 силан

PH3 фосфин

H2S сероводород

HCl

AsH3 арсин

H2Se селеноводород

HBr

основные с-ва

H2Te теллуроводород

HI

инертные св-ва

кислотные

Силан

Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4

Аммиак

2NH4Cl + Са(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2Н2O

Ca3N2 + 6H2O → ЗСа(OH)2 + 2NH3

N2 + 3Н2 ⇄ 2NH3

Фосфин

Ca3P2 + 6H2O → 3Са(ОН)2 + 2PH3

Mg3P2 + 6HCl → 3MgCl2 + 2PH3↑

4P + 3KOH + 3H2O → 3KH2PO2 + PH3↑


Лиганды - нейтральные молекулы ионы или радикалы, связанные с центральным атомом комплексного соединения донорно - акцепторной связью и имеющие одну или несколько неподелённых электронных пар.

Гидрид-ион выступает в качестве донорного лиганда при образовании гидридных комплексов. Гидрид-ион реагирует с акцепторами электронов, имеющими свободную орбиталь. Устойчивость получающихся соединений падает в ряду B>Al>Ga, что соответствует изменению кислотности по Льюису соединений. Гидрид-ионы реагируют с комплексами металлов так же, как Молекулярный водород.

  1. Кислород. Строение атома и молекулы кислорода. Химические свойства кислорода. Получение кислорода в промышленности и лаборатории. Оксиды основные, кислотные и амфотерные. Гидроксиды и гидроксокомплексы.

Кислород расположен в главной подгруппе VI группы и во втором периоде. Газ без цвета, без запаха, составляет 21% воздуха. Молекула кислорода состоит из двух атомов,О2. Механизм образования-ковалентный неполярный. Связь между молекулами - ковалентная и неполярная, двойная, тк атом кислорода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 2 неподеленные электронные пары. Нет возбужденного состояния.

промышленность

из сжиженного воздуха

кислородные установки, мембрана которых устроена как фильтр, отсеивающие кислород (мембранная технология)

лаборатория

KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑

бертолетовой соли

KClO3 → KCl + O2↑ при нагревании

H2O2 → (кат. - MnO2) H2O + O2

На подводных лодках: Na2O2 + CO2 → Na2CO3 + O2↑

2HgO → 2Hg + O2

2KNO3 → 2KNO2 + O2

Св-ва: образует бинарные соединения со всеми элементами кроме гелия, неона, аргона. Чаще всего реакции с кислородом экзотермичны (горение), ускоряются при повышении температуры.

Реакции с неметаллами

Кроме со фтором, кислород проявляет себя в качестве окислителя.

NO + O2 → (t) NO2

2C + O2 = (t) 2CO (неполное окисление)

S + O2 → (t) SO2

C + O2 = (t) CO2 (полное окисление)

F + O2 → OF2

Реакции с металлами

Li + O2 → Li2O (оксид)

Na + O2 → Na2O2 (пероксид)

K + O2 → KO2 (супероксид)

Горение воды

F2 + H2O → HF + O2

Окисление органических веществ

Все органические вещества сгорают с образованием углекислого газа и воды.C3H7 + O2 = CO2 + H2O

Со сложными веществами:

4FeS + 7O2→  2Fe2O3 + 4SO2

4NH3 + 5O2→  4NO + 6H2O

Al4C3 + 6O2→  2Al2O3 + 3CO2

CS2 + 3O2→  CO2 + 2SO2

Ca3P2 + 4O2→  3CaO + P2O5

2CO + O2→  2CO2

2H2S + 3O2→  2H2O + 2SO2

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

4NH3 + 3O2→  2N2 + 6H2O

2HNO2 + O2 → 2HNO3

ОКСИДЫ солеобразующие

основные CaO, Na2O

кислотные SO3, SO2, Mn2O7

амфотерные

со степенью окисления +1 и +2

 со степенью окисления +5, +6 и +7, а также атомами неметаллов.

со степенью окисления +3 и +4, а и +2: ZnO, PbO, SnO и BeO.

реагируют с водой, образуя основания; с кислотами и кислотными оксидами образуют соли

реагируют с водой, образуя кислоты; с основаниями и основными оксидами - образуют соли

в зависимости от условий проявляют свойства и кислотных, и основных оксидов

+водой: СаО + Н2O → Са(ОН)2

+кислотами и кислотными оксидами:Na2O + СО2  → Na2CO3

+водой: SO2 + Н2O → Н2SO3

+основаниями и основными оксидами: Мn2O7 + 2КOН → 2КМnO+ Н2O

+кислотами:

ZnO + 2НСl → ZnCl2 + Н2O

+щелочами:

ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]

ОСНОВАНИЯ

щелочи

нерастворимые основания

амфотерные гидроксиды 

фенолфталеин — малиновый цвет, метилоранж — желтый цвет, лакмус — синий цвет

диссоциация:NaOH→Na+ +ОН-

Основание+кислота→соль+вода 2КОН + 2НСl → 2КСl + Н2О

Щелочь + кислотный оксид→соль +вода Ва(ОН)+ СO2 → ВаСО+ Н2O

Щелочь+соль1→соль2+основание 2KOH + CuSO4 → K2SO+ Cu(OH)2

Основание+кислота→соль+вода

2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6Н2O

Основание t°→  оксид + вода

2Fe(OH)3 → t°→ Fe2O3 + ЗН2O,

Си(ОН)2 → t°→ СuО + Н2O

гидроксид+кислота→соль + вода

Zn(OH)2 + 2НСl → ZnCl2 + 2Н2O

гидроксид+щелочь→соль+вода

Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO+ 2Н2O

Взаимодействие металлов или их оксидов с водой

2Na + 2Н2O→2NaOH + Н2

К2O + Н2O→2КOН

Действие щелочей на водные растворы солей

FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + Na2SO

Промышленный способ получения КОН и NaOH Электролиз растворов солей

2KCl + 2H2O → I, графит, электроды → 2KOH + + H2↑ + Cl2

Гидроксокомплексы – комплексные соединения, содержащие в качестве лигандов гидроксид-ионы OH-. Гидроксокомплексы образуются в реакциях протолиза из аквакомплексов:

[Al(H2O)6]3+ + H2 [Al(H2O)5(OH)]2+ + H3O+

либо при растворении амфотерных гидроксидов в водных растворах гидроксидов щелочных металлов:

Zn(OH)2 + 2 OH- = [Zn(OH)4]2-

Водные растворы гидроксокомплексов имеют щелочную реакцию. Появление гидроксид-ионов в растворе вызвано замещением во внутренней сфере комплексов гидроксидных лигандов на молекулы воды:

[Zn(OH)4]2- + H2O   [Zn(H2O)(OH)3]- + OH-

Гидроксокомплексы устойчивы только в сильнощелочных растворах. В нейтральной, а тем более в кислой среде, а также при нагревании растворов они разрушаются:

[Al(OH)4]- + CO2 = Al(OH)3¯ + HCO3-

[Be(OH)4]2- + 2NH4+ = Be(OH)2¯ + 2NH3 . H2O

[Zn(OH)4]2- + 4 H3O+ = [Zn(H2O)4]2+ + 4 H2O

Na[Al(OH)4] = NaAlO2¯ + 2 H2O (при нагревании)

39.Вода. Строение молекулы воды. Ассоциация молекул воды. Вода как растворитель. Электролитическая диссоциация воды. Химические свойства воды. Аквокомплексы и кристаллогидраты.

  • Молекулы воды связаны водородными связями: nH2O = (Н2O)n, поэтому вода жидкая в отличие от ее газообразных аналогов H2S, H2Se и Н2Те. Молекула-диполь.

электронная

структурная

пространственное

В жидкой воде происходит ассоциация молекул: соединение их в более сложные агрегаты за счёт водородной связи(прочная).

электролитическая диссоциация – это процесс распада молекул веществ на ионы под действием полярных молекул растворителя, а также при их расплавлении

Водородная связь→растворение→ зависит и от способности соединения давать водородные связи с растворителем→ сахар, глюкоза, спирты, карбоновые кислоты(ОН-группы) растворимы

Вода является слабым электролитом,подвергается расщеплению под действием соседних молекул с образованием иона водорода и иона гидроксила:

Аквакомплекс-лиганды-вода[Co(H2O)6]2+, [Ni(H2O)6]2+Аквакомплексы неустойчивы, получаются при выделении солей из водных р-ов в виде кристаллогидратов AlCl3∙6H2O=[Al(H2O)6]Cl3

Н2O + СаО = Са(OH)2

Са3Р2 + 6Н2О → 3Са(ОН)2 + 2РН3↑

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

PCl5 + 4H2O → H3PO4 + 5HCl

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 акт Ме

при кипячении:Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2

металлы, расположенные в ряду активности от после Н, не реагируют с водой: Ag + Н2O ≠

алюминий не реагирует с водой, так как покрыт оксидной плёнкой. Алюминий, очищенный от оксидной плёнки:2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 +3H2

металлы от Al до Н, реагируют с водяным паром при высокой температуре: Fe + 4Н2O → Fe3O4 + 4Н2

40.Пероксид водорода, его получение и химические свойства. Пероксид водорода как окислитель и восстановитель.

BaO2+H2SO4=BaSO4+H2O2

H2S2O8+2H2O=2H2SO4+H2O2

O3+H2O=H2O2+O2

H2O=H2O2+1/2H2 эл ток

Н2O2 - слабая кислота

Н2O2 = Н+ + HO2-дисс = 1,5 * 10-12 при 20°С)

Н2O2 + Ва(ОН)2 = ВаO2 + 2Н2O

Молекула Н2O2 содержит в своем составе пероксидный анион O2-2 . Каждый атом кислорода образует 2 ковалентные связи, но имеет степень окисления, равную -1.

бесцветная ж-ть, без цвета, без запаха, с неприятным вкусом. В конц растворах Н2O2 неустойчив, разлагается на воду и кислород со взрывом. Вызывает сильные ожоги.Обычно применяется в виде разбавленных (3%-30%) растворов.

Разложение Н2O2 (диспропорционирование)

2O2 = 2Н2O + O2

2O-1 - 2e- → O20

2O-1 +2e- → 2О-2

При Т > 90° С разлагается практически полностью

Гидролиз пероксидов металлов

пероксиды -свойствами солей. В водных растворах полностью гидролизуются К2O2 + 2Н2O = 2КОН + Н2O2

Получение Н2O2 из пероксидов металлов

Н2O2 вытесняется из своих солей сильными кислотами, слабыми ВаO2 + H2SO4 = Н2O2 + BaSO4

ВаO2 + СO2 + Н2O = Н2O2 + ВаСO3

Н2O2 сильный окислитель-пероксид водорода проявляет очень сильные окислительные свойства, особенно в кислой среде:

Н2O-2 + 2H+ + 2e- → 2Н2O-2

Пероксиды щел. Me - очень сильные окислители

4Na2O2 + СН3СООН = 2Na2CO3 + 4NaOH

Na2O2 + SO2 = Na2SO4

2Na2O2 + 2СO2 = 2Na2CO3 + O2

Окисление органических веществ

2O2 + CH3COOH = 2CO2↑ + 6Н2O

Н2O2 + Н2С2O4 = 2СO2↑ + 2Н2O

ЗН2O2 + 2NH3 = N2 + 6Н2O

2O2 + H2S = H2SO4 + 4Н2O

Н2O2 + 2HI = I2 + 2Н2O

2O2 + PbS = PbSO4 + 4Н2O

ЗН2O2 + 2СrСl3 + 10КОН = 2К2СrO4 + 6KCl + 8Н2O

Н2O2 + 2FeSO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2Н2O

Н2O2 - слабый восстановитель (в реакциях с очень сильными окислителями)

Окисление пероксида водорода:2Н2O-2 - 2e- → O02↑ + 2H+

2O2 + 2КМnO4 + 3H2SO4 = 5O2↑ + 2MnSO4 + K2SO4 + 8Н2O

ЗН2O2 + К2Сr2O7 + 4H2SO4 = 3O2↑ + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7Н2O

2O2 + KClO3 = 3O2↑ + KCl + 3Н2O

2O2 + 2AuCl3 = 3O2↑ + 2Au + 6HCl