* Общая характеристика неметаллов. Галогены

*
Общая характеристика
неметаллов.
Галогены
9 класс
Положение неметаллов в ПСХЭ
группы
I
III
IV
V
VI
VII
VIII
периоды
1
2
3
4
5
6
H
He
B
C
N
O
F
Ne
Si
P
S
Cl
Ar
As
Se
Br
Kr
Te
I
Xe
At
Rn
Особенности атомного строения
неметаллов
Небольшой атомный радиус
На внешнем уровне 4-8 электронов
Располагаются только в главных подгруппах
Характерно высокое значение ЭО
Агрегатное состояние
Газы
Жидкие
Твердые
Не, N2, Н2,
Cl2, O2, O3
Br2
I2, P4, C,
Si, B, S8
Цвет неметаллов
ЧЕРНЫЙ
БЕЛЫЙ
ФОСФОР
ФОСФОР
ГРАФИТ
ЖЕЛТО-ЗЕЛЕНЫЙ
ХЛОР
Цвет неметаллов
КРАСНЫЙ
ФОСФОР
ЖЕЛТЫЙ
ФИОЛЕТОВЫЙ
СЕРА
ЙОД
БЕСЦВЕТНЫЙ
УГЛЕРОД
Температура плавления
• 3 8000 С – у графита
• - 2100 С - азота
Типы кристаллических решеток
Частицы в
узлах
решетки
Связь между
частицами
Примеры
Физические
свойства
Молекулярная решетка
Атомная решетка
Молекулы
Атомы
Слабые межмолекулярные
взаимодействия
Прочная ковалентная связь
Кислород Азот
Фосфор
Сера
Йод
Углерод (алмаз)
Кремний
Бор
Малая прочность
Низкие температуры кипения
и плавления
Высокая летучесть
Высокие температуры
кипения и плавления
Аллотропия
• Разное типы кристаллических решеток
Р - фосфор
Красный фосфор - атомная
Белый фосфор - молекулярная
Аллотропия
• Разная структура кристаллических решеток
С - углерод
Тетраэдр
Слоистая
Аллотропия
• Разный состав молекул
О - кислород
Кислород
Озон
Озон О3
• Светло - синий газ с сильным запахом
• Имеет запах свежести
• Появляется после грозы
Озон в природе
Содержится в воздухе сосновых лесов и
морского побережья
Получение озона в лаборатории
• Получают в специальных приборах –
озонаторах при действии на кислород
электрическим разрядом без искр
• К элементам VII группы, главной подгруппы относятся
фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I, астат At
• Общее название - галогены (греч. «солеобразующие») большинство их соединений с металлами представляют собой
типичные соли (KCl, NaCl и т.д.).
• В свободном виде не встречаются
Флюорит
CaF2
Галит NaCl
Cильвинит
KCl NaCl
• Иод — элемент редкий
Иодиды в морской воде
• 20 — 30 мг на тонну морской воды
В живых организмах, больше всего
в водорослях
• 5 кг на тонну высушенной морской капусты
(ламинарии)
F
+9
))
2s22р5
Br
+35
Иод
I
+53
Астат
At
+85
Бром
2 8 7
))))
4s24p5
2 8 18 7
)))))
2 8 18 18 7
5s25p5
)))))) 6s 6p
2 8 18 32 18 7
2
5
Окислительные свойства
Cl
3s23p5
Электроотрицательность
)))
+17
Хлор
Радиус атома
2 7
Неметаллические свойства
Фтор
Галоген
Агрегатное
состояние
Цвет
Tемпература Температура
кипения
плавления
F2
Cl2
Br2
I2
Жидкость
Краснокоричневая
ТёмноКристаллы фиолетовые
с металл.
блеском
59,2
-7,3
185,5
113,6
9
18,998
7
2
• Название "фтор" (от греческого phthoros разрушение, гибель)
• В свободном состоянии фтор был получен
26 июня 1886 г. французским химиком
Муассаном.
• Это зеленовато-желтый газ, немного
тяжелее воздуха, с характерным
запахом и необыкновенной химической
активностью.
• Ни один из химических элементов не
принес химикам столько трагических
событий, как фтор.
17
35,453
7
8
2
• Хлор был открыт шведским химиком
Карлом Шееле в 1774 г.
• в 1810 году сэр Гемфри Дэви назвал газ
"хлорином"(Chlorine), от греческого "зелёный".
• Этот термин используется в английском
языке,
а в других языках закрепилось
название "хлор".
• Газ желто-зеленого цвета с резким
запахом, ядовит
• в 2,5 раза тяжелее воздуха
• в 1 объеме воды при 20 °С
растворяется около 2 объемов
хлора
35
79,9
7
18
8
2
79Вr
(50,56%)
81Вr
(49,44%)
• от греч. bromos – зловоние
• единственный неметалл, жидкий при
комнатной температуре
• тяжелая
красно-бурая
жидкость
с
неприятным запахом
• пары брома имеют желто-бурый цвет
• при температуре –7,25° C бром затвердевает,
превращаясь в красно-коричневые игольчатые
кристаллы со слабым металлическим блеском
53
126,9
7
18
18
8
2
• от греч. iodes—имеющий фиалковый цвет
• в парообразное состояние переходит при
комнатной t°, не плавясь (сублимация);
• пары -фиолетового цвета
Иод был открыт в 1811 г. Куртуа в золе
морских водорослей, а с 1815 г. ГейЛюссак стал рассматривать его как
химический элемент
Известны 37 изотопов иода с
массовыми числами от 108 до 144.
• Превращение в пары, минуя жидкое
состояние
• Молекулы галогенов состоят из двух атомов.
Cl + Cl → Cl Cl
• Связь – ковалентная неполярная
• Галогены – типичные окислители
0
Hal2 + 2e
-1
2Hal
• Окислительные и неметаллические свойства
атомов уменьшаются от фтора к иоду
е-
2 7
)))
Cl
+17
Br
+35
Иод
I
+53
Астат
At
+85
Бром
2 8 7
))))
е-
2 8 18 7
)))))
е-
2 8 18 18 7
))))))
2 8 18 32 18 7
е-
Радиус атома
Хлор
е-
Неметаллические свойства
F
))
+9
Окислительные свойства
Фтор
• Ионы галогенов являются типичными восстановителями
-1
0
2Hal - 2e
Hal2
• С водородом галогены образуют летучие водородные
соединения
• Устойчивость галогеноводородов уменьшается в ряду:
HF
HCl
HBr
HI
• Cила галогеноводородных кислот увеличивается в ряду:
HF
HCl
HBr
HI
1. Взаимодействие с металлами
Хлор непосредственно реагирует почти со
всеми металлами (с некоторыми только в
присутствии влаги или при нагревании):
-1
2Na + Cl2
2NaCl
2Fe + 3Cl2
-1
2FeCl3
2. Взаимодействие с неметаллами
C неметаллами (кроме углерода, азота,
кислорода и инертных газов), образует
соответствующие хлориды.
Cl2 + H2
5Cl2 + 2P
-1
2HCl
-1
2PCl5
3. Взаимодействие с водой
с образованием смеси кислот
0
Cl2 + H2О
-1
+1
HCl + HClO
соляная
хлорноватистая
4. Взаимодействие с солями других галогенов
более активные галогены вытесняют менее активные из
0
-1
-1
0
растворов их солей
Cl2 + 2NaBr
2NaCl + Br2
5. Взаимодействие с растворами щелочей
с образованием солей
2NaOH + Cl2
6NaOH + 3Cl2
NaCl + NaClO + H2O
t
5NaCl + NaClO3 + 3H2O
1. В промышленности: электролиз расплава или
раствора хлорида натрия
2NaCl
2Na + Cl2
2. В лаборатории:
4 HСl + MnO2
16 HСl + 2KMnO4
MnCl2 + Cl2 + 2H
H2O
2KСl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
обеззараживание
питьевой
воды
производство
лекарственных
средств
ядохимикаты
производство
соляной
кислоты
отбеливание
бумаги и тканей
пластмассы
каучуки
В медицине
- 5 % спиртовой раствор йода используется для
дезинфекции кожи вокруг повреждения
- В рентгенологических и томографических
исследованиях применяются йодсодержащие
контрастные препараты
В технике
- Галоге́нная ла́мпа — лампа накаливания, в
баллон которой добавлены пары галогенов
(брома или йода)
Лазерный
термоядерный
синтез
иодорганические соединения применяются для
производства сверхмощных газовых лазеров на
возбужденных атомах
Определите степени окисления атомов неметаллов в указанных
соединениях: AlBr3, Na2O, MgI2, P2O5, H2Se, SF6, PCl3, CaH2.
+3 -1
+1 -2
AlBr3
Na2O
+2 -1
+5 -2
MgI2
P2O5
+1 -2
+6 -1
H2Se
SF6
+3 -1
PCl3
+2 -1
CaH2
Среди
приведенных
уравнений
выберите
уравнения
окислительновосстановительных реакций, укажите окислитель и восстановитель, а также
составьте схемы перехода электронов от восстановителя к окислителю:
А) CaO + CO2 = CaCO3;
Б) 3H2 + N2 = 2NH3;
В) 2SO2 + O2 = 2SO3.
+2 -1
+4 -2
+2 +4 -2
А) CaO + CO2 = CaCO3;
6 ∙ 1e
0
0
-3 +1
Б) 3H2 + N2 = 2NH3
в-ль
ОВР
ок-ль
2 ∙ 2e
+4 -2
0
+6 -2
В) 2SO2 + O2 = 2SO3
в-ль
ок-ль
ОВР
Рассчитайте массу воды, образующейся при взрыве смеси водорода массой
2 г и кислорода массой 12 г.
Дано
m(H2)=2 г
m(O2)=12 г
m(Н2О)-?
n=m:M
m=n∙M
Решение
0,375моль
х
2H2 + O2 = 2H2O
1 моль 2 моль
M(H2)=2 ∙ 1= 2 г/моль
n(H2)= 2 г : 2 г/моль = 1 моль
M(О2)=2 ∙ 16= 32 г/моль
n(О2)= 12 г : 32 г/моль = 0, 375 моль
Расчет происходит по кислороду, т.к. он в недостатке
0,375 = х
1
2
х = 0,375 ∙ 2: 1 = 0,75 моль Н2О
m(H2O)= 0,75 моль ∙ 18 г/моль= 13,5 г
Ответ: 13,5 г Н2О
Рассчитайте химическое количество и объем (н. у.) кислорода, который
потребуется для сжигания металлического кальция массой 100 г.
Дано
m(Ca)=100 г
n(O2)-?
V(О2)-?
n=m:M
V = Vm ∙ n
Решение
2,5моль х
2Ca + O2 = 2CaO
2моль 1моль
M(Ca)= 40 г/моль
n(Ca)= 100 г : 40 г/моль = 2,5 моль
2,5 = х
2
1
х = 2,5 ∙ 1: 2 = 1,25 моль О2
V(O2)= 1,25 моль ∙ 22,4 дм3/моль= 28 дм3
Ответ: 1,25 моль О2, 28 дм3 О2
Назовите следующие соединения: CaCl2, FeO, Al2S3, KI. Рассчитайте массовую
долю неметалла в каждом из них.
Дано
CaCl2
FeO
Al2S3
KI
w(немет.)-?
Решение
w(A) =
Ar(A) ∙ x
Mr(AxBy)
w(Cl)= 35,5 ∙ 2 : (35,5∙2 + 40) = 71: 111= 0,64 (64%)
w(O)= 16 : (56 + 16) = 16: 72= 0,22 (22%)
w(S)= 32 ∙ 3 : (27∙2 + 32 ∙3) = 96: 150= 0,64 (64%)
w(I)= 127 : (39 + 127) = 127: 166= 0,765 (76,5%)
Ответ: 64% Cl, 22% O, 64% S , 76,5%
Определите степени окисления атомов в указанных бинарных соединениях.
Назовите эти соединения: I2O5, CS2, CaS, PCl5.
+5 -2
I2O5
оксид иода
+4 -2
CS2
сульфид углерода (IV)
+2 -2
CaS
сульфид кальция
+5 -1
PCl5
хлорид фосфора (V)
Запишите уравнение реакции хлора с иодидом натрия. Укажите окислитель
и восстановитель. Определите массу иодида натрия, который вступит в
реакцию с хлором объемом 11,2 дм3 (н. у.).
Дано
V(Cl2)=11,2 дм3
m(NaI)-?
Решение
0,5моль х
Cl2 + 2NaI = 2NaCl + I2
1моль 2моль
ок-ль в-ль
V(Cl2)= 11,2 дм3 : 22,4 дм3/моль = 0,5 моль
n = V : Vm
m=n∙M
0,5 = х
1
2
х = 0,5 ∙ 2: 1 = 1 моль О2
M(NaI)= 23 + 127 = 150г/моль
m(NaI)= 1 моль ∙ 150 г/моль= 150 г
Ответ: 150 г NaI
Какой объем при н.у. занимает хлор химическим количеством 4 моль?
Сколько молекул хлора находится в этом объеме?
Дано
n(Cl2)=4 моль
V(Cl2)-?
N(Cl2)-?
Решение
V = Vm ∙ n
N = NA ∙ n
V(Cl2)= 22,4 дм3 ∙ 4моль = 89,6 дм3
23
-
23
N(Cl2)= 4 моль ∙ 6,02 ∙ 10 моль = 24,08 ∙10 молекул
23
Ответ: 89,6 дм3, 24,08 ∙10 молекул Cl2
Определите степени окисления галогенов в указанных соединениях: HF, OF2,
NCl3, KClO3, NaBrO4, H5IO6.
-1
HF
-1
OF2
-1
NCl3
+5
KClO3
+7
NaBrO4
+7
H5IO6.
При нагревании алюминия в токе хлора был получен хлорид алюминия массой
26,7 г. Рассчитайте химическое количество хлора, который вступит в реакцию.
Дано
m(AlCl3)=26,7 г
n(Cl2)-?
Решение
Х
0,2 моль
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3
3моль 2моль
M(AlCl3)= 27 + 35,5 ∙ 3 = 133,5 г/моль
n=m:M
n(AlCl3)= 26,7 г : 133,5 г/моль= 0,2 моль
x = 0,2
3
2
х = 0,2 ∙ 3: 2 = 0,3 моль Cl2
Ответ: 0,3 моль Cl2
Можно ли вывести пятно иода на ткани, обработав его раствором поваренной
соли? Почему?
Нет, т.к.
I2 + NaCl →
Рассчитайте объем (н. у.) хлора, который необходим для полного вытеснения
всего иода из раствора иодида калия объемом 200 см3 (плотность раствора
1,23 г/см3) и массовой долей соли, равной 25,6%.
Дано
V(KI)=200 см3
ρ(KI)=1,23г/см3
w(KI)=25,6%
V(Cl2)-?
m=ρ∙V
m(в-ва) = m(р-ра) ∙ w(в-ва)
n=m:M
Решение
0,38моль
х
2KI + Cl2 = 2KCl + I2
2моль 1моль
m(р-р KI)= 200см3 ∙ 1,23 г/см3 = 246 г
M(KI)=39 + 127= 166 г/моль
m(KI)= 246 г ∙ 0,256 = 63 г
n(KI)= 63 г : 166 г/моль = 0, 38 моль
0,38 = х
2
1
х = 0,38 ∙ 1: 2 = 0,19 моль Cl2
V(Cl2)= 22,4дм3/ моль ∙ 0,19 моль= 4,256 дм3
Ответ: 4,256 дм3 Cl2
Составьте уравнения реакций, иллюстрирующих следующие превращения:
NaI → NaBr → Br2 →FeBr3. Укажите в каждой реакции окислитель и
восстановитель.
-1
0
-1
0
1) 2NaI + Br2 = 2NaBr + I2
в-ль
ок-ль
-1
0
-1
0
2) 2NaBr + Cl2 = 2NaCl + Br2
в-ль
0
ок-ль
0
+3 -1
3) 3Br2 + 2Fe = 2FeBr3
ок-ль
ок-ль
Составьте молекулярные и сокращенные ионные уравнения реакций между
соляной кислотой и: а) магнием; б) оксидом кальция; в) гидроксидом
алюминия; г) нитратом свинца (II).
А) 2HCl + Mg = MgCl2 +H2↑
+
0
2+
0
2H + Mg = Mg + H2↑
Б) 2HCl + CaO = CaCl2 + H2O
+
2+
2H + CaO = Ca + H2O
В) 6HCl + 2Al(OH)3 = 2AlCl3 + 6H2O
+
3+
6H + 2Al(OH)3 = 2Al + 6H2O
Г) 2HCl + Pb(NO3)2 = PbCl2↓ + 2HNO3
2+
-
Pb + 2Cl = PbCl2↓
Рассчитайте объемы (н.у.) водорода и хлора, необходимые для получения
хлороводорода объемом 72,4 дм3.
Дано
V(HCl)=72,4 дм3
V(H2)-?
V(Cl2)-?
Решение
х
у
3,232моль
H2 + Cl2 = 2HCl
1моль 1моль 2моль
n(KI)= 72,4дм3 : 22,4дм3/моль = 3,232 моль
n = V : Vm
V = Vm ∙ n
х = 3,232
1
2
х = 3,232 ∙ 1: 2 = 1,616 моль H2
y = 3,232
1
2
х = 3,232 ∙ 1: 2 = 1,616 моль Cl2
V(H2)= 22,4дм3/ моль ∙ 1,616 моль= 36,2 дм3
V(Cl2)= 22,4дм3/ моль ∙ 1,616 моль= 36,2 дм3
Ответ: 36,2 дм3 H2 , 36,2 дм3 Cl2
Массовая доля хлороводорода в желудочном соке составляет 3%. Рассчитайте
объем (н. у.) хлороводорода, который потребуется для приготовления такого
раствора массой 500г.
Дано
m(р-ра HCl)=500г
w(HCl)=3 %
V(HCl)-?
Решение
V = Vm ∙ n
n=m:M
m(в-ва) = m(р-ра) ∙ w(в-ва)
m(HCl)= 500г ∙ 0,03 = 15 г
M(HCl)= 1 + 35,5= 36,5 г/моль
n(HCl)= 15 г : 36,5 = 0,41 г
V(HCl)= 22,4дм3/ моль ∙ 0,41 моль= 9,184 дм3
Ответ: 9,184 дм3 HCl
Рассчитайте массу соляной кислоты с массовой долей HCl 15% , необходимой для
нейтрализации раствора, содержащего NaOH массой 100 г. Вычислите химическое
количество хлороводорода, который содержится в указанном растворе.
Дано
m(NaOH)=100г
w(HCl)=15 %
m(р-ра HCl)-?
n(HCl)-?
Решение
x
2,5моль
HCl + NaOH = NaCl + H2O
1моль
n=m:M
m=n∙M
1моль
M(NaOH)=23 + 16 + 1= 40 г/моль
n(NaOH)= 100 г : 40 г/моль = 2,5 моль
x = 2,5
1
1
х = 2,5 ∙ 1: 1 = 2,5 моль HCl
m(р-ра) = m(в-ва) : w(в-ва)
M(HCl)=1 + 35,5=36,5 г/моль
m(HCl)= 2,5 моль ∙ 36,5 г/моль= 91,25 г
m(р-ра HCl)= 91,25 : 0,15= 608,3 г
Ответ: 608,3 г НCl
Составьте уравнения реакций, которые необходимо провести, чтобы осуществить
превращения: Cl2 → HCl → CuCl2 → FeCl2 → AgCl.
1) H2 + Br2 = 2HCl
2) 2HCl + CuO = CuCl2 + H2O
3) CuCl2 + Fe = FeCl2 + Cu
4) FeCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl↓ + Fe(NO3)2
Рассчитайте массу простого вещества фтора, который можно получить из
минерала флюорита массой 160 г.
Дано
m(CaF2)=160 г
m(F2)-?
Решение
2,05моль
CaF2 = Ca + F2
1моль
n=m:M
1моль
M(CaF2)=40 + 19 ∙ 2= 78 г/моль
n(CaF2)= 160 г : 78 г/моль = 2,05 моль
2,05 = x
1
1
m=n∙M
x
х = 2,05 ∙ 1: 1 = 2,05 моль F2
M(F2)=19 ∙ 2=38 г/моль
m(F2)= 2,05 моль ∙ 38 г/моль= 77,9 г
Ответ: 608,3 г НCl
В водном растворе массой 120 г содержится CaCl2 химическим количеством 0,1
моль. Определите массовую долю ионов хлора в этом растворе.
Дано
m(р-ра CaCl2)=120г
n(CaCl2)=0,1 моль
w(HCl)-?
Решение
w(в-ва) = m(в-ва)
m(р-ра)
0,1моль
2+
x -
CaCl2 = Ca + 2Cl
1моль
0,1 = x
1
2
2моль
-
х = 0,2 ∙ 1: 1 = 0,2 моль Cl
-
M(Cl)=35,5 г/моль
m(Cl)= 0,2 моль ∙ 3,5 г/моль= 7,1 г
w(Cl)= 7,1г : 120 г = 0,059 (5,9%)
Ответ: 5,9 % Cl
Рассчитайте массу иода, необходимого для приготовления иодной настойки
массой 560 г, если массовая доля вещества в растворе составляет 0,08.
Дано
m(I2 настойка)=560 г
w(I2)=0,08
m(I2)-?
Решение
m(в-ва) = m(р-ра) ∙ w(в-ва)
m(I2)= 560 г ∙ 0,08 = 44,8 г
Ответ: 44,8 г I2