Учебники Рудзитис / 9

вии растворов хлорида алюминия и сульфида калия выделяется сероводород и выпадает осадок гидроксида алюминия:

2AlCl3 + 3K2S + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S + 6KCl

Гидролиз соли — обратимая реакция. Гидролиз усиливается при нагревании и разбавлении раствора.

Гидролиз солей

1.Какие соли подвергаются гидролизу и почему? Объясните это на примерах нитрата цинка, сульфата калия и сульфида натрия.

2.Напишите уравнения гидролиза солей: карбоната калия, хлорида меди(II), нитрата свинца(II), фосфата натрия.

3.Техническую соду, массовая доля примесей в которой составляет 10 %, обработали соляной кислотой. При этом выделилось 4 моль оксида углерода(IV). Вычислите массу технической соды, вступившей в реакцию с кислотой.

1. Фиолетовый лакмус окрасится в красный цвет в водном растворе

Я умею определять характер среды растворов солей по их составу.

40

Решение экспериментальных задач по теме «Свойства кислот, оснований и солей как электролитов»

"Вспомните правила техники безопасности при работе в химическом кабинете.

"Составьте план работы.

"Определите перечень необходимых реактивов и оборудования.

Для решения задачи берите не всё вещество, а порцию (пробу) — примерно 1 см3.

Чтобы не перепутать пробы, ставьте пробирки с растворами одну за другой в штатив для пробирок и нумеруйте с помощью специального карандаша.

Задание 1

Вариант 1. Налейте в пробирку 1—2 мл разбавленной 1 : 4 серной кислоты и опустите в неё кусочек цинка. Составьте уравнение реакции в молекулярном, ионном и сокращённом ионном виде, покажите пе-

реход электронов и объясните, что в этой реакции является окислителем. Вариант 2. Налейте в пробирку 1—2 мл соляной кислоты и опусти-

те в неё несколько стружек магния. Составьте уравнение реакции в молекулярном, ионном и сокращённом ионном виде, покажите переход электронов и объясните, что в этой реакции является окислителем.

Задание 2

Вариант 1. В трёх пробирках дан раствор хлорида магния. В первую пробирку прилейте раствор гидроксида натрия, во вторую — карбоната натрия, в третью — нитрата цинка. Составьте уравнения реакций, иду-

щих до конца, в молекулярном, ионном и сокращённом ионном виде. Вариант 2. В трёх пробирках дан раствор хлорида магния. В первую

пробирку прилейте раствор фосфата калия, во вторую — сульфида натрия, в третью — нитрата калия. Составьте уравнения реакций, идущих до конца, в молекулярном, ионном и сокращённом ионном виде.

Задание 3

Вариант 1. Даны растворы: а) карбоната калия и соляной кислоты; б) сульфида натрия и серной кислоты; в) хлорида цинка и азотной кислоты. Слейте попарно эти растворы, осторожно понюхайте и опре-

41

делите, в каких случаях реакции идут до конца и почему. Составьте уравнения соответствующих реакций в молекулярном, ионном и сокра-

щённом ионном виде.

Вариант 2. Даны растворы: а) сульфита натрия и соляной кислоты; б) сульфата меди(II) и азотной кислоты; в) карбоната натрия и серной кислоты. Слейте попарно эти растворы, осторожно понюхайте и определите, в каких случаях реакции идут до конца и почему. Составьте уравнения соответствующих реакций в молекулярном, ионном и сокращённом ионном виде.

Задание 4

Вариант 1. Осуществите реакции, соответствующие сокращённым ионным уравнениям:

а) Ca2+ + CO23– = CaCO3

б) SO23– + 2H+ = SO2 + H2O в) OH– + H+ = H2O

Вариант 2. Осуществите реакции, соответствующие сокращённым ионным уравнениям:

а) Fe3+ + 3OH– = Fe(OH)3 б) CO23–+ 2H+ = CO2 + H2O в) Ag+ + Cl– = AgCl

Задание 5

Вариант 1. Пользуясь растворами, находящимися на столе, получите: а) гидроксид железа(III); б) сульфид меди(II). Составьте молекулярные, ионные и сокращённые ионные уравнения соответствующих реак-

ций.

Вариант 2. Пользуясь растворами, находящимися на столе, получите: а) оксид серы(IV); б) карбонат кальция. Составьте молекулярные, ионные и сокращённые ионные уравнения соответствующих реакций.

Отчёт о работе выполните в произвольной форме.

Яумею проводить качественные реакции на ионы.

Ямогу записывать ионные уравнения реакций в полном и сокращённом виде.

42

ГЛАВА III

ГАЛОГЕНЫ

"Какие естественные семейства элементов вы знаете?

"Как с увеличением порядковых номеров изменяются свойства химических элементов в А-группах периодической таблицы?

Положение галогенов в периодической таблице и строение их атомов. Галогены (от греч. «халос» — соль и «генес» — рождающий, рождённый) находятся в VIIА-группе периодической таблицы. Это эле-

менты фтор, хлор, бром, иод и не имеющий стабильных изотопов радиоактивный астат. Схемы строения их атомов даны в таблице 7.

Таблица 7

Строение атомов галогенов

На наружном энергетическом уровне атомов галогенов находится семь электронов. До восьми электронов (октета) на наружном энергетическом уровне, т. е. до устойчивого состояния атомов, характерного для благородных газов, атомам галогенов недостаёт одного электрона. К тому же атомы галогенов по сравнению с атомами металлов того же периода обладают бóльшим зарядом ядра, меньшим атомным радиусом и имеют один неспаренный электрон. Поэтому атомы всех галогенов (особенно фтора и хлора) энергично присоединяют недостающий электрон:

Г0 + е Г–, где Г — галоген.

43

Галогены — сильные окислители. Чем меньше атомный радиус галогена, тем выше его окислительная активность. Для галогенов характерна степень окисления –1.

Галогены могут образовывать соединения с кислородом, в которых их атомы проявляют положительную степень окисления, например

Cl2O, Cl2O7, KClO3.

Но фтор в соединениях всегда проявляет степень окисления –1, даже в соединении с кислородом OF2; фтор более электроотрицательный элемент, чем кислород. Фтор — самый активный из галогенов. Он самый

активный и среди всех неметаллов.

Нахождение в природе. Из-за высокой окислительной активности галогены в природе в свободном состоянии не встречаются. Важнейшие природные соединения галогенов показаны на схеме 2.

Схема 2

Галогены в природе

44

Физические свойства. Молекулы галогенов состоят из двух атомов: F2, Cl2, I2, Br2. С увеличением относительных атомных масс возрастают температуры кипения галогенов и сгущается их окраска (табл. 8).

Галогены сравнительно малорастворимы в воде. Например, при обыч-

ных условиях в одном литре воды растворяется 7,8 г хлора, а иода — всего только 0,02 г. Раствор хлора в воде называют хлорной водой, раствор брома в воде — бромной водой, раствор иода в воде — иодной

водой. Фтор уже при обычных условиях бурно реагирует с водой, и поэтому его раствор в воде получить нельзя.

В органических растворителях (бензине, керосине, спирте и др.) галогены растворяются лучше, чем в воде. Например, если к иодной воде прилить бензин и встряхнуть, то после отстаивания видно, что весь иод перешёл в бензин.

При нагревании иода он превращается в фиолетовые пары, которые постепенно конденсируются в виде блестящих кристалликов.

Переход вещества из твёрдого состояния (без плавления) в газообразное называют ВОЗГОНКОЙ (СУБЛИМАЦИЕЙ).

45

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твёрдое называют КОНДЕНСАЦИЕЙ.

Возгонкой и конденсацией часто пользуются для получения иода и

других веществ в чистом виде.

Получение. Галогены в природных соединениях проявляют степень окисления –1, поэтому для получения в свободном состоянии надо окислить их ионы: Г– – е Г0. С этой целью в промышленности используют пропускание электрического тока через раствор или расплав элек-

тролита (совокупность протекающих при этом реакций называют электролизом), а в лабораториях применяют различные окислители.

Чтобы понять, как можно получить в свободном состоянии галогены,

надо выяснить способность галогенид-ионов удерживать электроны. Оказывается, слабее всего удерживают избыточные электроны те ионы, радиус которых больше, т. е. иодид-ионы I–. В этом можно убе-

диться на практике. Фторид-ионы F– можно окислить (получить свободный фтор) только в процессе электролиза. Хлорид-ионы Сl– можно окислить не только в процессе электролиза, но и соединениями марганца, в которых он находится в степени окисления +4 или +7, например:

–1 +4 t +2 0

4HCl(конц.) + MnO2 = MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Бромид-ионы Вr– и иодид-ионы I– можно окислить не только упомянутыми выше соединениями марганца, но и свободным хлором, а иодид-ионы I– также и бромом.

Более активные галогены вытесняют менее активные галогены из их соединений.

Так, если к растворам бромида калия и иодида калия прилить раствор хлора в воде (хлорную воду) и к раствору иодида калия прилить раствор брома в воде (бромную воду), то по изменению цвета можно обнаружить выделение свободных брома и иода согласно уравнениям

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2

2KI + Br2 = 2KBr + I2

Лабораторный опыт. Вытеснение галогенами друг друга из растворов их соединений

1)В первую пробирку налейте 3—4 мл водного раствора бромида калия или бромида натрия, а во вторую и третью — столько же иодида калия или иодида натрия.

2)В первую и вторую пробирки добавьте 1—2 мл хлорной воды,

ав третью — столько же бромной воды.

О чём свидетельствует изменение цвета раствора в пробирках? Напишите уравнения соответствующих химических реакций и поясните, в какой последовательности галогены вытесняют друг

друга из соединений.

Способность более активных галогенов вытеснять менее активные галогены из их соединений используют на практике. Так, например, бром

и иод получают при действии хлора на их соединения.

Химические свойства. Химическая активность галогенов объясняется способностью их атомов присоединять электроны и превращаться в отрицательно заряженные ионы. Так как атомные радиусы галогенов возрастают от фтора к иоду, то наиболее

сильно притягивать к себе электроны должен атом фтора, т. е. фтор химически наиболее активен, а иод наименее активен. В этом мы уже убедились, наблюдая вытеснение галогенами друг друга из их солей: химическая активность, т. е. окислительная

способность, галогенов в ряду F, Cl, Вr, I закономерно уменьшается. Химическая же активность ионов в ряду F–, Сl–, Вr–, I– увеличивается, так как она связана не с присоединением, а с отдачей электронов. Другие

химические свойства галогенов сходны с химическими свойствами хло-

ра (см. схему 3, § 13).

Применение. Наиболее широкое применение имеет хлор и его соединения (см. § 13). Второе место по применению занимает фтор. Его используют для получения фторсодержащих органических веществ (тефлон и др.).

Соединения иода используют в медицине. Например, иодная настойка (раствор иода в спирте) служит для дезинфекции ран, а иодид калия используют для профилактики и лечения заболеваний щитовидной железы.

47

Галогены. Хлорная вода. Бромная вода. Иодная вода. Возгонка (сублимация). Конденсация

1.Начертите схемы распределения электронов по энергетическим уровням в атомах галогенов. Поясните, какой из галогенов и почему должен быть самым сильным окислителем.

2.Изобразите строение молекул фтора и фтороводорода с помощью структурных и электронных формул. Укажите вид химической связи в молекулах этих веществ.

3.Чем различаются вещества фтор, фтороводород, фторид натрия: а) по виду химической связи; б) по строению кристаллической решётки; в) по химическим свойствам?

4.Охарактеризуйте способы получения галогенов. Какие из галогенов труднее, а какие легче выделить в свободном состоянии?

5.К водному раствору иодида калия добавили раствор крахмального клейстера. Затем через этот раствор пропустили хлор. Как изменился цвет раствора и почему?

1.Наиболее сильным окислителем является галоген

2. Нельзя практически осуществить химическую реакцию

1)KI + Br2

2)KI + Cl2

4)F2 + H2O

3)KCl + Br2

Прочитайте рассказ «Загадка Вултонской тюрьмы» в книге Т. Уоддела, Т. Райболта «Химические приключения Шерлока Холмса» из серии «Твой кругозор» (М.: Просвещение, 2010).

Я могу характеризовать галогены по их положению в периодической системе Д. И. Менделеева.

48

"Как можно получить хлор?

"Что такое хлорная вода?

Физические свойства. Хлор при обычных условиях — газ жёлтозелёного цвета с резким удушливым запахом, почти в 2,5 раза тяжелее воздуха. При комнатной температуре в одном объёме воды растворяется 2,5 объёма хлора с образованием так называемой хлорной воды. Хлор ядовит!

Под давлением около 0,6 МПа хлор уже при комнатной температуре превращается в жидкость. В таком виде хлор обычно хранят и транспор-

тируют в стальных баллонах или цистернах.

Химические свойства. Основные химические свойства хлора показаны на схеме 3.

I. Взаимодействие хлора с простыми веществами

1. Хлор реагирует почти со всеми металлами с образованием солей.

Эти реакции являются окислительно-восстановительными. Так, например, хлор реагирует с натрием (опыт проводят в вытяжном шкафу!):

2Na + Cl2 = 2NaCl

При повышенной температуре хлор реагирует также с медью, железом и некоторыми другими металлами (рис. 9, а, б):

Cu + Cl2 = CuCl2

хлорид

меди(II)

*К галогенидам относят соединения галогенов с металлами.

49