2.4. Галогеноводородные соединения и галогениды

203. Выпишите из справочной литературы характеристики химических связей (энергию, длину, дипольный момент) в молекулах HF, HCl, HBr, HI и объясните закономерности их изменения. Объясните образование этих молекул методом валентных связей.

204. По разности электроотрицательностей атомов определите степень ионности химических связей в молекулах HF, HCl, HBr и HI. Можно ли сделать вывод, что степень ионности связи в однотипных соединениях является периодическим свойством?

205. Выпишите из справочной литературы температуры плавления и кипения и энтальпии плавления и кипения HF, HCl, HBr и HI. Объясните закономерность изменения этих свойств данных соединений.

206. Определите плотность по водороду, по воздуху и абсолютную плотность (массу одного литра) всех галогеноводородов.

207. Мольный объем идеального газа равен 24,41383 л. Сравните с ним мольный объем хлороводорода (22,345 л), бромоводорода (22,198 л) и йодоводорода (22,096 л). Почему у всех галогеноводородов мольный объем отличается от мольного объема идеального газа в сторону меньших значений и почему наибольшее отклонение наблюдается у йодоводорода?

208. Вычислите энергию Гиббса и константу равновесия процесса атомизации галогеноводородов при 273 К и 1000 К. По результатам вычислений сделайте вывод. Данные для вычислений:

Молекулы и атомы	HF(г)	HCl(г)	HBr(г)	HI(г)	F(г)	Cl(г)	Br(г)	I(г)	H(г)
DHºf, кДж/моль	–270,9	–91,8	–34,1	26,6	79,5	121,3	111,8	106,3	218,0
Sº, Дж/(моль×К)	173,7	186,8	198,6	206,5	158,7	165,1	186,9	179,8	114,6

209. Как и почему изменяется растворимость в воде HCl, HBr и HI? Почему водные растворы этих соединений - кислоты, какова сила этих кислот и как она изменяется в ряду HCl - HBr - HI?

210. Почему распад молекул HCl на атомы в газовой фазе и диссоциация на ионы в растворе характеризуется разными по величине и знаку тепловыми эффектами:

HCl(г) = H(г) + Cl(г); DHº = 431,1 кДж,

HCl(р) = H⁺(р) + Cl^–(р); DHº = –0,3 кДж?

211. Опишите свое отношение к различным названиям соединения хлора с водородом, которые можно встретить в химической литературе: а) хлороводород; б) хлористый водород; в) хлорид водорода; г) гидрид хлора; д) соляная кислота; е) хлороводородная кислота.

212. При 0 ºС в 100 г воды растворяется 82,3 г HCl, 221 г HBr и 250 г HI. Определите массовую долю образующихся концентрированных кислот.

213. Какой объем хлороводорода, измеренный при н.у., требуется растворить в одном литре воды, чтобы получить 10%-ю соляную кислоту? В каком объеме воды растворяют 20 г хлороводорода при получении 5 %-ной соляной кислоты?

214. В одном литре воды растворили 100 л (н.у.) бромоводорода. Определите массовую долю и молярную концентрацию полученной кислоты.

215. В одном литре воды растворили 200 л (н.у.) иодоводорода. Определите массовую долю полученной кислоты и ее молярную концентрацию.

216. Какое количество и какая масса хлороводорода в чистом виде содержится в 0,1 л 20%-й соляной кислоты (r = 1100 кг/м³)?

217. Предположим, что в 1 л соляной кислоты содержится 232 г хлороводорода (r = 1,105). Определите массовую долю (%) кислоты, ее молярную и эквивалентную концентрацию.

218. К 100 мл 37%-й соляной кислоты (r = 1,19) прибавили один литр воды. Как изменилась массовая доля кислоты?

219. Какие объемы 30%-й соляной кислоты (r = 1,15) и воды потребуются для приготовления 250 мл однонормальной соляной кислоты?

220. В каком соотношении смешиваются 37%-я соляная кислота и вода при получении 10 л 15,5%-й HCl?

221. Какой объем 10,52%-й соляной кислоты (r = 1,05) потребуется для нейтрализации 200 мл 2 М раствора гидроксида натрия?

222. Из 500 мл бесцветного раствора кислоты добавлением раствора AgNO₃ было получено 188 г светло-желтого осадка. Какая кислота находилась в растворе и чему была равна ее молярная концентрация?

223. Чему равна молярная концентрация соляной кислоты, при взаимодействии 100 мл которой с избытком раствора AgNO₃ образуется один грамм осадка хлорида серебра?

224. Для определения концентрации соляной кислоты был взят её объем 10 мл и разбавлен до 200 мл. Из разбавленного раствора было взято три пробы по 10 мл для титрования. На титрование проб израсходовано 12,6 мл, 12,4 мл и 12,5 мл децимолярного раствора NaOH. Чему равна молярная концентрация исходной соляной кислоты?

225. Соляную кислоту в промышленности получают взаимодействием водорода с хлором и растворением образующегося хлороводорода в воде. Какие массы и объемы H₂, Cl₂ и H₂O теоретически необходимы для получения одной тонны продажной соляной кислоты (w = 37 %, r = 1,19)? Сколько тепла выделяется при этом на стадии получения хлороводорода и на стадии его растворения в воде?

226. Лабораторный метод получения хлороводорода и соляной кислоты основан на взаимодействии твердого хлорида натрия с концентрированной серной кислотой. Напишите уравнения этого двухстадийного процесса и указать условия их осуществления. Можно ли вместо твердого хлорида натрия использовать его растворы, а вместо концентрированной серной кислоты – разбавленную? Можно ли серную кислоту заменить ортофосфорной или азотной?

227. Какой объем 37%-й соляной кислоты (r = 1,19) можно получить из 100 кг технической поваренной соли, содержащей 5 % примесей? Какой объем 96%-й серной кислоты (r = 1,84) потребуется для реакции?

228. Бромоводородную кислоту получают гидролизом бромида фосфора (III). Вычислите массу PBr₃, необходимую для получения 100 кг 40%-й HBr (r = 1,377). Как получают бромид фосфора (III) для этого процесса?

229. Иодоводородную кислоту получают гидролизом иодида фосфора (III). Вычислите массу PI₃, необходимую для получения 100 кг 50%-й HI (r = 1,56). Как получают иодид фосфора (III) для этого процесса?

230. Лабораторный метод получения бромоводорода и иодоводорода основан на взаимодействии твердых KBr и KI с концентрированной ортофосфорной кислотой. Напишите уравнения реакций. Можно ли вместо твердых солей использовать их растворы, а вместо концентрированной кислоты- разбавленную? Можно ли вместо H₃PO₄ использовать серную кислоту, а вместо бромида (иодида) калия - бромид (иодид) кальция?

231. Иодоводородную кислоту можно получить, пропуская сероводород в водную суспензию йода. Напишите уравнение реакции, имея в виду, что в ней также образуется сера. Вычислите объем H₂S (н.у.) и массу иода, необходимых для получения этим методом 1 кг иодоводородной кислоты с массовой долей HI 50% и плотностью 1560 кг/м³.

232. Бромоводородную кислоту можно получить по схеме:

BaS + Br₂ + H₂O ® BaSО₄¯ + HBr

Напишите уравнение этой реакции. Вычислите массы сульфида бария и брома, необходимые для получения 1 кг 40%-й HBr (r = 1,377).

233. В каком смысле соляную кислоту относят к кислотам – неокислителям? Опишите её взаимодействие с металлами. Почему она не взаимодействует со свинцом? Насколько обосновано утверждение о том, что концентрированная HCl может взаимодействовать с висмутом и медью, расположенными в ряду напряжений после водорода?

234. На 10 г железа подействовали 250 мл 20,4%-й соляной кислоты (r = 1,10). Какое вещество образовалось в растворе и чему равна его масса в чистом виде? Какой объем водорода при 20 ºС и 100 кПа выделился из раствора? Какое вещество - железо или соляная кислота было взято в избытке и чему равна масса избытка этого вещества?

235. Смесь порошков алюминия и меди массой 15 г обработали избытком соляной кислоты: при этом выделилось 5,25 л водорода (н.у.). Определите массовые доли металлов в смеси.

236. Образец латуни массой 2,0 г обработали избытком соляной кислоты, при этом выделилось 300 мл водорода при 18 ^оС и 98600 Па. Определите состав латуни в массовых процентах.

237. Почему HCl, HBr и HI обладают восстановительными свойствами, тогда как HF восстановителем не может быть? Как изменяются восстановительные свойства в ряду HCl - HBr - HI? Напишите уравнения реакций:

1) HCl + KMnO₄ = 2) HBr + K₂Cr₂O₇ = 3) HI + FeCl₃ =

238. Увеличение восстановительных свойств в ряду HCl - HBr - HI объясняют так: а) увеличивается радиус атомов галогенов; б) уменьшается электроотрицательность галогенов; в) возрастает молекулярная масса веществ; г) увеличивается длина и уменьшается энергия связи в молекулах; д) уменьшается значение окислительно-восстановительного потенциала; е) увеличивается сила этих кислот. Какие аргументы (и почему?) в этом объяснении неправильные?

239. Какой объем газообразного хлороводорода (измеренный при н.у.) надо пропустить через 0,1 л одномолярного KМnO₄ для обесцвечивания раствора? Какой объем 35,2 %-й соляной кислоты (r = 1,175) потребуется для этой же цели?

240. Восстановительные свойства галогеноводородов сравнивают по их взаимодействию с кислородом:

1) 4HF(г) + O2 = 2F2(г) + 2H2O(г) 2) 4HCl(г) + O2 = 2Cl2(г) + 2H2O(г)

3) 4HBr(г) + O2 = 2Br2(г) + 2H2O(г) 4) 4HI(г) + O2 = 2I2(г) + 2H2O(г)

Вычислите энергию Гиббса и константу равновесия этих реакций при стандартных условиях и сделайте выводы. Как будет влиять повышение температуры и давления на смещение равновесия этих реакций?

241. Восстановительные свойства галогеноводородов сравнивают по их взаимодействию с концентрированной серной кислотой: HF и HCl серную кислоту не восстанавливают, HBr восстанавливает до SO₂, а HI – до серы и даже до сероводорода. Напишите уравнения соответствующих реакций.

242. Что происходит с иодоводородной кислотой при ее хранении в негерметичной посуде в темноте? На свету? Сравните ее «поведение» с другими галогеноводородными кислотами, напишите уравнения ракций.

243. К какому типу реакций относится взаимодействие HCl с NH₃ при получении хлорида аммония? По какому механизму образуется химическая связь в NH₄Cl? Какие объемы газообразного хлороводорода и аммиака (при н.у.) необходимы для получения одного килограмма хлорида аммония? Какие объемы 26%-го раствора NH₃ (r = 0,94) и 30%-й соляной кислоты (r = 1,15) потребуются для этой же цели?

244. Соляную кислоту используют для «травления» металлов, т.е. для снятия с их поверхности пленок оксидов перед пайкой или сваркой. Напишите уравнения реакций соляной кислоты с железной окалиной, в состав которой входят оксиды железа FeO, Fe₂O₃ и Fe₃O₄.

245. «Паяльную» кислоту готовят взаимодействием избытка цинка с концентрированной соляной кислотой. Какую массу цинка необходимо ввести в один литр 37%-й HCl (r = 1,19), чтобы его избыток был не менее 20 % по сравнению со стехиометрическим?

246. Хлороводородная, бромоводородная и иодоводородная кислоты образуют с водой азеотропные растворы. Какие растворы называются азеотропными? Каков их состав применительно к данным кислотам?

247. Галогениды натрия растворимы в воде и их растворимость (она указана в скобках в граммах на 100 г воды при 20 ºС) увеличивается: NaCl (35,9), NaBr (90,8), NaI (179,3). Галогениды серебра, напротив, молорастворимы и их растворимость (в скобках после формул приведены значения ПР при 20 ºС) уменьшается: AgCl (1,8∙10^–10), AgBr (5,3∙10^–13), AgJ (8,3∙10^–17). Объясните эти справочные данные.

248. Какая масса NaCl и какой объем воды требуются для приготовления одной тонны насыщенного раствора поваренной соли при 100 ºС? Какая масса соли выпадает в осадок при охлаждении этого раствора до 0 ºС, если растворимость хлорида натрия при 0 ºС равна 35,7, а при 100 ºС - 39,4?

249. На примере хлорида натрия, хлорида калия, хлорида кальция, бромида серебра и йодида калия покажите широкое применение галогенидов в различных областях человеческой деятельности.

250. Каким образом из хлорида натрия получают хлор, гидроксид натрия, карбонат натрия, металлический натрий и соляную кислоту? Почему хлорид натрия в большом количестве используется в пищевой промышленности?

251. Иодид калия используется как восстановитель. Напишите уравнения окислительно-восстановительных реакций с его участием:

1) KI + KMnO4 + H2SO4 = I2 + … 2) KI + KMnO4 + H2O = I2 + … 3) KI + KMnO4 + H2O = KIO3 + …

4) KI + MnO2 + H2SO4 = I2 + … 5) KI + K2Cr2O7 + H2SO4 = I2 + … 6) KI + KNO2 + H2SO4 = I2 + …

Сравните реакции 2 и 3 по значениям окислительно-восстановительных потенциалов и определите, какая из них более вероятна при стандартных условиях.

252. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно обнаружить в растворе анионы Cl^–, Br^–, I^–. Как называются эти реакции?