HClO – хлорноватистая кислота. Ей соответствует кислотный оксид Cl 2 O. Соли называются гипохлоритами.

HClO 2 – хлористая кислота. Кислотный оксид Cl 2 O 3 не получен. Соли – хлориты.

HClO 3 – хлорноватая кислота. Кислотный оксид Cl 2 O 5 не получен. Соли – хлораты.

HClO 4 – хлорная кислота. Кислотный оксид - Cl 2 O 7 . Соли – перхлораты.

1) HClO – желтоватая жидкость. Существует только в растворах. Получается при взаимодействии хлора с водой (без нагревания):

Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO

Соли этой кислоты получаются при действии на щелочь хлора:

2KOH + Cl 2 = KClO + KCl + H 2 O

используется как отбеливатель в текстильной промышленности.

2) HClO 2 , HClO 3 – не имеют ангидридов (кислотных оксидов). Соли этих кислот применяют в пиротехнике и взрывных работах. Наибольшее значение имеет KClO 3 – хлорат калия (бертолетовая соль), получаемая насыщением горячей щелочи хлором:

3Cl 2 + 6KOH = KClO 3 + 5KCl + 3H 2 O

Хлораты - сильнейшие окислители. При ударе или нагревании взрываются.

3) Известен оксид ClO 2 , который можно получить по реакции:

2KClO 3 + H 2 C 2 O 4 = K 2 CO 3 + CO 2 ­ + H 2 O + 2ClO 2 ­

ClO 2 – зелено-желтый газ, при растворении в воде дает смесь кислот:

2ClO 2 + H 2 O = HClO 2 + HClO 3

4) Осторожным нагреванием хлораты можно перевести в перхлораты, из которых можно получить хлорную кислоту:

KClO 4 + H 2 SO 4 = HClO 4 + KHSO 4

Хлорная кислота HClO 4 – подвижная жидкость, очень взрывоопасная, самая сильная из всех известных кислот. Почти все ее соли хорошо растворимы в воде.

5) В ряду HClO - HClO 2 - HClO 3 - HClO 4 сила кислот растет, а окислительная способность падает.

Хлор находит широкое применение в химической промышленности для получения хлористого водорода и соляной кислоты, синтеза хлорорганических веществ, обеззараживания питьевой воды, в текстильной промышленности для отбеливания тканей, в производстве ядохимикатов.

Бром

Бром находится в виде калиевых и натриевых солей в воде морей. Производство основано на реакции:

2NaBr + Cl 2 = Br 2 + 2NaCl

Для этого раствор NaBr и органический растворитель (бензол или бензин) заливают в емкость и через смесь пропускают хлор. Бром переходит в органическую фазу, откуда затем отгоняется. Бром – жидкость темно-красного цвета, тяжелая, легколетучая, вызывает тяжелые ожоги.

Бром Br 2 химически менее активен, чем Cl 2 , однако вступает в те же реакции, что и хлор. Соли HBr носят название – бромиды.

Соль AgBr, используется в кино- и фотопромышленности как светочувствительный реактив. Соединения брома используются в медицине.

В природе встречается в виде KJ, NaJ в воде и морских водорослях. Водоросли сушатся, сжигаются и из золы извлекается иод по реакции:

2NaJ + Cl 2 = 2NaCl + J 2

Иод – твердое кристаллическое вещество, темно-фиолетового цвета, способное к сублимации или возгонке (переход из твердого состояния в газообразное при нагревании, минуя жидкую фазу).

При повышении ст .ок . хлора устойчивость кислот тоже растет .

Рост стабильности объясняется:

а) упрочнением связей в анионах за счет уменьшения числа НЭП у хлора,

б) увеличением отношения числа π-перекрываний к количеству σ-связей от 0/1 в ClO − до 3/4 в ClO − 4 . Сравните графические формулы кислот:

H – O - Cl , H - O - Cl = O, H – O – Cl = O Н – O – Cl = О

в) от НСlO к HClO 4 растет симметрия аниона (как за счет увеличения

числа атомов кислорода, так и в результате снижения поляризующего действия

водорода из-за ослабления его связи с анионом).

г) снижается угол атаки атома хлора (т.е. его пространственная доступность для взаимодействия).

Кислотные свойства гидроксидов галогенов. Кислотно-оснóвные свойства

любого гидроксида зависят от соотношения прочностей связей H − O и O − Э во

фрагменте H − O − Э. Очевидно, чем больше электроотрицательность элемента, тем в большей степени электронная плотность от связи H − O смещена на связь O – Э

(H − O − Э) и тем более кислотные свойства проявляет гидроксид.

Поэтому важным фактором является природа галогена. Так, при переходе от хлора к йоду в соответствие с уменьшением значения Э.О. кислотные свойства гидроксидов снижаются. Причем настолько, что йодноватистая кислота диссоциирует по кислотному типу в меньшей степени НIO → Н + + IO - (K d = 4 ∙10 − 13),

чем по основному: IOH → I + + OH − (K d = 3 ∙10 − 10).

Возможна даже реакция нейтрализации (но обратимая): IOH + HNO 3 → INO 3 + H 2 O .

Соли кислот хлора, как более устойчивые (чем кислоты) соединения, все

выделены в свободном состоянии, но и их активность увеличивается с понижением ст.ок. Cl. Так, KClO 3 (бертолетова соль) окисляет йодид-ионы лишь в кислой среде, а KClO - и в нейтральной.

2.8.1. Хлорноватистая кислота HCl +1 O H–O–Cl (гипохлориты)

Физические свойства. Существует только в виде разбавленных водных растворов.

Получение.

Cl 2 + H 2 O ↔ HCl + HClO

Химические свойства.

HClO - слабая кислота и сильный окислитель:

1) Разлагается, выделяя атомарный кислород

HClO – на свету → HCl + O HClO – об. усл. → H 2 O + Cl 2 O НClO --- t → НCl + НClO 3

2) Со щелочами дает соли - гипохлориты

HClO + KOH → KClO + H 2 O СаОСl 2 – белильная известь (хлорка)

СаОСl 2 + СО 2 + H 2 O → СаСО 3 + СаСl 2 + HClO (HCl + O)

3)с сильным восстановителем НI

2HI + HClO → I 2 ↓ + HCl + H 2 O

2.8.2. Хлористая кислота HCl +3 O 2 H–O–Cl=O (хлориты)

Физические свойства. Существует только в водных растворах.

Получение

Образуется при взаимодействии пероксида водорода с оксидом хлора (IV), который получают из бертоллетовой соли и щавелевой кислоты в среде H 2 SO 4:

2KClO 3 + H 2 C 2 O 4 + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + 2CO 2 + 2СlO 2 + 2H 2 O

2ClO 2 + H 2 O 2 → 2HClO 2 + O 2

Химические свойства

HClO 2 - слабая кислота и сильный окислитель.

1)HClO 2 + KOH → KClO 2 + H 2 O

KClO 2 + КI + H 2 SO 4 → I 2 +KCl + K 2 SO 4 + H 2 O

2) Неустойчива, при хранении разлагается

4HClO 2 → HCl + HClO 3 + 2ClO 2 + H 2 O

5HClO 2 ---t→ 3HClO 3 + Cl 2 + H 2 O

2.8.3. Хлорноватая кислота HCl +5 O 3 (хлораты)

Физические свойства: Устойчива только в водных растворах.

Получение: Ba (ClO 3) 2 + H 2 SO 4 → 2HClO 3 + BaSO 4 ↓

Химические свойства

HClO 3 - Сильная кислота и сильный окислитель; соли хлорноватой кислоты –

хлораты:

6P + 5HClO 3 → 3P 2 O 5 + 5HCl HClO 3 + KOH → KClO 3 + H 2 O

- KClO 3 - Бертоллетова соль ; ее получают при пропускании хлора через подогретый (40°C) раствор KOH: 3Cl 2 + 6KOH → 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O

Бертоллетову соль используют в качестве окислителя; при нагревании она разлагается:

4KClO 3 – без кат → KCl + 3KClO 4 2KClO 3 – MnO2 кат → 2KCl + 3O 2

2.8.4. Хлорная кислота HCl +7 O 4 (перхлораты)

Физические свойства: Бесцветная жидкость, t°кип. = 25°C, t°пл.= -101°C.

Получение: KClO 4 + H 2 SO 4 → KHSO 4 + HClO 4

Химические свойства:

HClO 4 - очень сильная кислота и очень сильный окислитель;

соли хлорной кислоты - перхлораты .

1) HClO 4 + KOH → KClO 4 + H 2 O

2) При нагревании хлорная кислота и ее соли разлагаются:

4HClO 4 – t° → 4ClO 2 + 3O 2 + 2H 2 O KClO 4 – t° → KCl + 2O 2

Бромистый водород HBr (БРОМИДЫ)

Физические свойства

Бесцветный газ, хорошо растворим в воде; t°кип. = -67°С; t°пл. = -87°С.

Получение

1) 2NaBr + H 3 PO 4 – t ° → Na 2 HPO 4 + 2HBr 2) PBr 3 + 3H 2 O → H 3 PO 3 + 3HBr

Химические свойства

Водный раствор бромистого водорода - бромистоводородная кислота еще более сильная, чем соляная. Она вступает в те же реакции, что и HCl

1) Диссоциация: HBr ↔ H+ + Br -

2) С металлами, стоящими в ряду напряжения до водорода:

Mg + 2HBr → MgBr 2 + H 2

3) с оксидами металлов:

CaO + 2HBr → CaBr 2 + H 2 O

4) с основаниями и аммиаком:

NaOH + HBr → NaBr + H 2 O Fe(OH) 3 + 3HBr → FeBr 3 + 3H 2 O NH 3 + HBr → NH 4 Br

5) с солями

MgCO 3 + 2HBr → MgBr 2 + H 2 O + CO 2

Качественая реакция: AgNO 3 + HBr → AgBr↓ + HNO 3

Образование нерастворимого в кислотах желтого осадка бромида серебра служит для обнаружения аниона Br - в растворе.

6) восстановительные свойства:

2HBr + H 2 SO 4 (конц.) → Br 2 + SO 2 + 2H 2 O 2HBr + Cl 2 → 2HCl + Br 2

Из кислородных кислот брома известны

Слабая бромноватистая HBr +1 O и

Сильная бромноватая HBr +5 O 3 .

Иодистый водород (йодиды)

Физические свойства: Бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворим в воде,

t°кип. = -35°С; t°пл. = -51°С.

Получение:

1) I 2 + H 2 S → S + 2HI 2) 2P + 3I 2 + 6H 2 O → 2H 3 PO 3 + 6HI

Химические свойства

1) Раствор HI в воде - сильная йодистоводородная кислота:

HI ↔ H + + I - 2HI + Ba(OH) 2 → BaI 2 + 2H 2 O

Соли йодистоводородной кислоты - йодиды (др. реакции HI см. св-ва HCl и HBr)

2) HI - очень сильный восстановитель:

2HI + Cl 2 → 2HCl + I 2

8HI + H 2 SO 4 (конц.) → 4I 2 + H 2 S + 4H 2 O

5HI + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5HIO 3 + 6MnSO 4 + 3K 2 SO4 + 9H 2 O

3) Качественая реакция: Образование нерастворимого в кислотах темно-желтый осадка йодида серебра, служит для обнаружения аниона йода в растворе.

NaI + AgNO 3 → AgI↓ + NaNO 3 HI + AgNO 3 → AgI↓ + HNO 3

3.0.1. Кислородные кислоты йода (йодаты)

а) Йодноватая кислота HI +5 O 3

Бесцветное кристаллическое вещество, t°пл.= 110°С, хорошо растворимое в воде.

Получают: 3I 2 + 10HNO 3 → 6HIO 3 + 10NO + 2H 2 O

HIO 3 - сильная кислота (соли - йодаты) и сильный окислитель.

б) Йодная кислота H 5 I +7 O 6

Кристаллическое гигроскопичное вещество, хорошо растворимое в воде,

t°пл.= 130°С. Слабая кислота (соли - перйодаты); сильный окислитель.

Лекция 3. Кислородные соединения галогенов

Оксиды галогенов.

Применение галогенов и их соединений.

1. Оксиды галогенов

Галогены образуют ряд соединений с кислородом. Но эти соединения неустойчивы, ∆G o >0, они легко взрываются при нагревании и в присутствии органических соединений. Их получают только косвенным путем.

Относительно устойчивы следующие кислородные соединения галогенов:

Свойства
Внешний вид при н.у.	Желтый газ	Желто-коричн. газ. Ядовит	Желто-зелен. газ.	Темно-красная жидкость	Бесцветная жидкость. Взрывоопасна	Бесцв. крист. вещество
Темп. пл., о С					(устойчивее остальных оксидов)	Разл. при t>350 o C
∆G o , кДж/моль
Строение молекул
	→ Усиление окислительной активности →

Также известны Cl 2 O 3 , Br 2 O 3 , BrO 2 , Br 2 O 5 , I 2 O 4 , I 2 O 6 .

Получение.

OF 2 (оксид фтора, или правильнее – фторид кислорода) – сильнейший окислитель. Его получают действиемF 2 на охлажденный разбавленный раствор щелочи:

Оксиды хлора и йода можно получить по реакциям:

Химические свойства:

Термически неустойчивы:

Все соединения галогенов с кислородом (кроме OF 2) – кислотные оксиды.

Cl 2 O,Cl 2 O 7 ,I 2 O 5 при взаимодействии с водой образуют кислоты:

ClO 2 ,Cl 2 O 6 (С.О.=+4, +6 – неустойчивы) при взаимодействии с водой диспропорционируют:

Оксиды галогенов – окислители:

OF 2 содержитO +2 – очень сильный окислитель:

Оксиды с промежуточной степени окисления галогена диспропорционируют:

Кислородсодержащие кислоты галогенов

Все кислородсодержащие кислоты галогенов хорошо растворимы в воде. HClO 4 ,HIO 3 иH 5 IO 6 известны в свободном виде, остальные нестойки, существуют только в разбавленный водных растворах. Наиболее стабильны соединения в С.О. -1 и +5.

		Внешний вид	Кисл.-осн. свойства		Названия кислот	Названия солей
		Существуют только в растворе	Слабые кислоты Амфотерное соед.		Фторноватистая Хлорноватистая Бромноватистая Иодноватистая	Гипофториты Гипохлориты Гипобромиты Гипоиодиты
			Кислота средн. силы		Хлористая
		Бесцв. кристаллы	Сильные кислоты		Хлорноватая Бромноватая Иодноватая
		Бесцв. жидкость Бесцв. кристаллы	Самая сильная кислота Слабая кислота		Ортоодная	Перхлораты Перброматы Периодаты

Сравнение силы кислот

Строение кислородных кислот хлора:

Изменение свойств в ряду кислородных кислот хлора можно показать схемой:

Эта закономерность характерна не только для хлора, но и для брома и иода.

При возрастании степени окисления галогена увеличивается заряд иона, это усиливает притяжение его к O 2- , и затрудняет диссоциацию по типу основания. Вместе с этим увеличивается отталкивание положительный ионовH + и Э n + , это облегчает диссоциацию по типу кислоты.

Рис. 1. Схема фрагмента молекулы Э(ОН) n

HOCl– амфотерное соединение: может диссоциировать и по типу кислоты, и по типу основания:

В ряду ClO - -ClO 2 - -ClO 3 - -ClO 4 - увеличивается устойчивость кислот и анионов. Это объясняется увеличением числа электронов, принимающих участие в образовании связей:

Кратность связи =1 Кратность связи=1,5

d(Cl-O)=0,170 нм d(Cl-O)=0,145 нм

С увеличением количества атомов кислорода в кислотах, увеличивается экранирование Cl, поэтому окислительная способность палает.

Таким образом, в ряду НClO→ НClO 2 → НClO 3 →HClO 4

усиливается сила кислот;

увеличивается устойчивость кислот;

уменьшается окислительная способность.

Сила кислородсодержащих кислот в ряду HOCl-HOBr-HOIуменьшается из-за увеличения ковалентного радиуса и ослабления связиO-Hal:

К д 5∙10 -8 2∙10 -9 2∙10 -10

Окислительные свойства уменьшаются

В ряду HCO-HBrO-HIOувеличивается устойчивость кислот. Например, при нагревании или действии света они разлагаются:

, ∆G о (кДж)HClO,HBrO,HIO

Получение.

Фторноватистую кислоту получают при помощи реакций:

. (при н.у.)!!!

Хлорноватистую кислоту получают гидролизом хлора (НСlудаляют действием СaCO 3):

Равновесие устанавливается, когда прореагирует 30% хлора.

HClOиHBrOполучают разложением гипохлоритов и гипобромитов:

2. HClO 2 получают из солей:

3. HHalO 3 получают:

Из солей:

Окислением галогенов сильными окислителями:

4. HClO 4 ,H 5 IO 6 из солей:

Химические свойства

Разлагаются при нагревании и на свету:

Сильные окислители (все кислоты - более сильные окислители, чем их соли):

Хлорная кислоты – слабый окислитель только в концентрированных растворах:

Соли оксокислот более устойчивы, чем кислоты. Их устойчивость растет с увеличением степени окисления.

Химические свойства солей:

1. Хлораты и перхлораты распадаются только при нагревании:

2. Они, как и кислоты, являются окислителями (но более слабыми, чем их кислоты):

Получение солей:

МеHalOполучают пропусканием галогегенов через холодный раствор щелочи, соды, поташа:

МеHalO 3 получают пропусканием галогенов через горячие (60-70 о С) растворы щелочей:

МеClO 4 и Ме 5 IO 6 окислением хлоратов и иодатов при электролизе или слабым нагреванием:

7. Применение

Фтор

Плавиковая кислота используется для травления стекла, удаления остатков песка с металлического литья, в химическом синтезе.

В ядерной промышленности применяют UF 6 .

В качестве хладагентов используютCF 2 Cl 2 .

В металлургии применяютCaF 2 .

Фторопроизводное этилена тетрафторэтилен в результате полимеризации дает ценный полимер – тефлон, устойчив к химическим реагентам и незаменим в производстве веществ особой чистоты, для изготовления аппаратуры.

Фторопроизводные материалы – в медицине, заменители кровеносных сосудов и сердечных клапанов. Изделия из фторопластов широко применяются в авиационной, электротехнической, атомной и др. отраслях.

Хлор

Хлор необходим для синтеза в органическом и полимерном синтезе. Методом хлорной металлургии получают кремний и тугоплавкие цветные металлы (титан, ниобий, тантал и др.).

Применяется как окислитель и для стерилизации питьевой воды.

Соляная кислота и галогениды используется в металлургической, текстильной и пищевой промышленности.

HClOприменяется как бактерицидное и отбеливающее средство. Выделяющийся при растворении кислоты атомарный кислород обесцвечивает красители и убивает микробы:

Жавелевая вода – это смесь хлорида и гипохлорита калия, ее получают действием щелочи на «хлорную воду», она обладает отбеливающими свойствами:

Белильная или хлорная известь – белый порошок с резким запахом, применяется как отбеливающее и дезинфицирующее средство:

Бром

Используется в органическом синтезе.

В фотографическом деле используетсяAgBr.

Соединения брома применяются для производства лекарств.

I 2 необходим для металлургии, его применяют как антисептическое и дезинфицирующее средство. Йод замещает атомы водорода в молекулах белков микроорганизмов, что приводит к их гибели:

Для деревообработки применяют KI.

Cоединения иода применяются для производства лекарств, в пищевых добавках (NaI), для синтеза и в химическом анализа (иодометрия).

Пособие-репетитор по химии

Продолжение. Cм. в № 22/2005; 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3, 4, 7, 10, 11, 21/2007;
2, 7, 11, 18, 19, 21/2008;
1, 3/2009

ЗАНЯТИЕ 29

10-й класс (первый год обучения)

Галогены и их важнейшие соединения

1. Положение в таблице Д.И.Менделеева, строение атома.

2. Происхождение названий.

3. Физические свойства.

4. Химические свойства (на примере хлора).

5. Нахождение в природе.

6. Основные методы получения (на примере хлора).

7. Хлороводород и хлориды.

8. Kислородсодержащие кислоты хлора и их соли.

Галогены («солероды») расположены в VIIа подгруппе периодической системы. K ним относятся фтор, хлор, бром, йод и астат. Все галогены относятся к р -элементам, имеют конфигурацию внешнего энергетического уровня ns 2 p 5 . Поскольку на внешнем уровне атомов галогенов находится 1 неспаренный р -электрон, характерная валентность равна I. Kроме фтора, у атомов всех галогенов в возбужденном состоянии может увеличиваться число неспаренных электронов, поэтому возможны валентности III, V и VII.

Cl: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 3d 0 (валентность I),

Cl*: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 3d 1 (валентность III),

Cl**: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 3d 2 (валентность V),

Cl***: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 3 (валентность VII).

Галогены являются типичными неметаллами, проявляют окислительные свойства. Степень окисления галогенов в соединениях с металлами и водородом –1; во всех кислородсодержащих соединениях галогены (кроме фтора) проявляют степени окисления +1, +3, +5, +7, например:

Вниз по подгруппе изменяется агрегатное состояние галогенов, уменьшается растворимость в воде, увеличивается радиус атома, уменьшаются электроотрицательность, неметаллические свойства и окислительная способность (фтор – самый сильный окислитель). Для соединений галогенов: от Cl – к I – увеличивается восстановительная способность галогенид-ионов. В ряду бескислородных и кислородсодержащих кислот происходит усиление кислотных свойств:

Название фтора произошло от греческого слова – разрушающий, поскольку плавиковая кислота, из которой пытались получить фтор, разъедает стекло. Хлор получил свое название благодаря окраске от греческого слова – желто-зеленый – цвет увядающей листвы. Бром назван по запаху жидкого брома от греческого слова – зловонный. Название йода произошло от греческого слова – фиолетовый – по цвету парообразного йода. Радиоактивный астат назван от греческого слова – неустойчивый.

По ф и з и ч е с к и м с в о й с т в а м фтор – трудносжижаемый газ светло-зеленого цвета, хлор – легко сжижающийся газ желто-зеленого цвета, бром – тяжелая жидкость красно-бурого цвета, йод – твердое кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета с металлическим блеском, легко подвергается возгонке (сублимации). Все галогены, кроме йода, обладают резким удушливым запахом, токсичны.

Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а

Все галогены проявляют высокую химическую активность, которая уменьшается при переходе от фтора к йоду. Химические свойства галогенов рассмотрим на примере хлора:

(F 2 – со взрывом; Br 2 , I 2 – на свету и при повышенной температуре.)

Металлы (+):

2Na + Cl 2 = 2NaCl;

2Fe + 3Cl 2 2FeCl 3 .

Неметаллы (+/–):*

N 2 + Cl 2 реакция не идет.

Основные оксиды (–).

Kислотные оксиды (–).

Основания (+/–):

Kислоты (+/–):

2HBr + Cl 2 = 2HCl + Br 2 ,

HCl + Br 2 реакция не идет.

Соли (+/–):

2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2 ,

KCl + Br 2 реакция не идет.

В п р и р о д е в свободном виде галогены не встречаются из-за высокой химической активности. Среди наиболее распространенных соединений хлора можно выделить каменную или поваренную соль (NaCl), сильвинит (KCl NaCl), карналлит (KCl MgCl 2). Большое количество хлоридов содержится в морской воде. Хлор входит в состав хлорофилла. Природный хлор состоит из двух изотопов 35 Cl и 37 Cl. Подчеркнем, что в случае хлора число нейтронов в атоме возможно рассчитать только для каждого изотопа в отдельности:

35 Cl, p = 17, e = 17, n = 35 – 17 = 18;

37 Cl, p = 17, e = 17, n = 37 – 17 = 20.

В п р о м ы ш л е н н о с т и хлор получают электролизом водного раствора или расплава хлорида:

Л а б о р а т о р н ы е м е т о д ы получения (действие концентрированной соляной кислоты на различные окислители):

MnO 2 + 4HCl (конц.) = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O,

2KMnO 4 + 16HCl (конц.) = 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 2KCl + 8H 2 O,

KClO 3 + 6HCl (конц.) = KCl + 3Cl 2 + 3H 2 O,

K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl (конц.) = 2CrCl 3 + 3Cl 2 + 2KCl + 7H 2 O,

Ca(ClO) 2 + 4HCl (конц.) = CaCl 2 + 2Cl 2 + 2H 2 O.

Х л о р о в о д о р о д и х л о р и д ы

Хлороводород (HCl) – бесцветный газ с резким запахом, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде (в 1 объеме воды растворяется 450 объемов хлороводорода). Молекула образована по типу ковалентной полярной связи. Водный раствор хлороводорода называется соляной кислотой. Kонцентрированная соляная кислота «дымит» на воздухе, максимальная концентрация хлороводорода в растворе составляет 35–36 %. Это сильная кислота, проявляющая все характерные свойства кислот:

HCl H + + Cl – ,

2HCl + Zn = ZnCl 2 + H 2 ,

HCl + Cu реакция не идет,

2HCl + CaO = CaCl 2 + H 2 O,

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O,

2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2 .

Kачественной реакцией на соляную кислоту и ее соли (хлориды) является реакция с раствором нитрата серебра:

Ag + + Cl – -> AgCl,

AgNO 3 + NaCl -> AgCl + NaNO 3 .

Хлороводород можно получить:

Прямым синтезом из водорода и хлора (синтетический способ):

Действием концентрированной серной кислоты на твердые хлориды – сульфатный способ (аналогично можно получить HF, но нельзя получить HBr и HI):

NaCl (тв.) + H 2 SO 4 (конц.) = HCl + NaHSO 4 .

С ростом степени окисления хлора сила кислот резко возрастает. Так, хлорноватистая кислота очень слабая (слабее угольной), а хлорная кислота – самая сильная из всех известных кислот.

K и с л о р о д с о д е р ж а щ и е к и с л о т ы х л о р а и и х с о л и

Kислотные оксиды	Cl 2 O	Cl 2 O 3	Cl 2 O 5	Cl 2 O 7
Kислоты	HClO Хлорноватистая	HClO 2 Хлористая	HClO 3 Хлорноватая	HClO 4 Хлорная
Графические формулы кислот	H–O–Cl	H–O–Cl=O
Названия и примеры солей	Гипохлорит натрия NaClO	Хлорит натрия NaClO 2	Хлорат натрия NaClO 3	Перхлорат натрия NaClO 4

Хлорноватистая кислота (HClO) – слабая, очень неустойчивая.

Соли этой кислоты (гипохлориты) являются очень сильными окислителями. Наибольшее применение находит смешанная соль соляной и хлорноватистой кислот – хлорид-гипохлорит кальция (хлорная известь):

Хлорноватая кислота (HClO 3) – существует только в разбавленных растворах. Сама кислота и ее соли (хлораты) являются сильными окислителями. Наиболее известной солью этой кислоты является хлорат калия (бертолетова соль).

5KClO 3 + 6P = 3P 2 O 5 + 5KCl,

KClO 3 + 3MnO 2 + 6KOH = KCl + 3K 2 MnO 4 + 3H 2 O,

4KClO 3 + 3K 2 S = 4KCl + 3K 2 SO 4 .

Многие соли кислородсодержащих кислот хлора термически неустойчивы, например:

2KClO 3 2KCl + 3O 2 ,

4KClO 3 3KClO 4 + KCl (без катализатора),

3KClO KClO 3 + 2KCl,

KClO 4 KCl + 2O 2 .

Тест по теме «Галогены и их важнейшие соединения»

1. Газ имеет плотность 3,485 г/л при давлении 1,2 атм и температуре 25 °С. Установите формулу газа.

а) Фтор; б) хлор;

в) бромоводород;

г) хлороводород.

2. Явление перехода вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое, называется:

а) конденсация; б) сублимация;

в) возгонка; г) перегонка.

3. Природный хлор представляет собой смесь изотопов с массовыми числами 35 и 37. Рассчитайте изотопный состав хлора, приняв его относительную атомную массу за 35,5.

а) 75 % и 25 %;

б) 24,4 % и 75,8 %;

в) 50 % и 50 %;

г) недостаточно данных для решения задачи.

4. Хлор можно получить, проводя электролиз:

а) расплава хлорида калия;

б) раствора хлорида калия;

в) расплава хлорида меди;

г) раствора хлорида меди.

5. Раствор фтороводорода в воде называют:

а) жавелевой водой;

б) плавиковой кислотой;

в) белильной известью;

г) фтороводородной кислотой.

6. Оксид хлора(V) является ангидридом следующей кислоты:

а) хлорноватистой; б) хлорноватой;

в) хлористой; г) хлорной.

7. При прокаливании бертолетовой соли в присутствии диоксида марганца в качестве катализатора образуются:

а) хлорид калия и кислород;

б) перхлорат калия и хлорид калия;

в) перхлорат калия и озон;

г) гипохлорит калия и хлор.

8. K подкисленному раствору, содержащему 0,543 г некоторой соли, в состав которой входят литий, хлор и кислород, добавили раствор йодида натрия до прекращения выделения йода. Масса выделившегося йода составила 4,57 г. Название исходной соли:

а) гипохлорит лития; б) хлорит лития;

в) хлорат лития; г) перхлорат лития.

9. В молекулах галогенов химическая связь:

а) ковалентная полярная;

б) ковалентная неполярная;

в) ионная;

г) донорно-акцепторная.

10. Хлор, в отличие от фтора , при определенных условиях может реагировать с:

а) водой; б) водородом;

в) медью; г) гидроксидом натрия.

Kлюч к тесту

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
б	б, в	а	а, б, в, г	б, г	б	а	в	б	г

Задачи и упражнения на галогены и их соединения

Ц е п о ч к и п р е в р а щ е н и й

1. Хлорид калия -> хлор -> хлороводород -> хлорид кальция -> хлороводород -> хлор -> хлорат калия.

2. Хлор -> бертолетова соль -> хлорид калия -> соляная кислота + диоксид марганца + вода -> хлор -> хлорид меди(II) -> хлор.

3. Хлорид калия -> хлор -> хлорат калия -> хлорид калия -> калий.

4. Хлорид калия -> хлор -> хлороводород -> хлор -> гипохлорит калия.

5. Хлорид натрия -> хлороводород -> хлор -> бертолетова соль -> хлорид калия -> гидроксид калия -> гипохлорит калия.

6. Хлорат калия -> А -> В-> С -> А -> нитрат калия (вещества А, В, С содержат хлор, первые три превращения – окислительно-восстановительные реакции).

7. Оксид кальция -> гидроксид кальция -> белильная известь -> хлорид кальция -> кальций.

8. Бромид натрия -> хлорид натрия -> хлор -> хлорная известь -> карбонат кальция -> гидрокарбонат кальция -> углекислый газ.

9. Йодид натрия -> йод -> йодид калия -> йодид серебра.

10. Гипохлорит калия -> хлорат калия -> перхлорат калия -> хлорид калия.

У р о в е н ь А

1. Сосуд с 200 г хлорной воды выдержали на прямом солнечном свету и собрали выделившийся газ, объем которого при н.у. составил 0,18 л. Определите состав хлорной воды (массовую долю хлора).

Ответ. 0,57 %.

2. Газ, полученный прокаливанием 9,8 г бертолетовой соли, смешан с газом, полученным на аноде в результате полного электролиза расплава 22,2 г хлорида кальция. Полученную смесь газов пропустили через 400 г 2%-го горячего раствора гидроксида натрия. Определите состав полученного раствора.

Ответ . 2,38 % NaCl; 0,84 % NaClO 3 .

3. Рассчитать массу соли и объем газа (н.у.), образовавшихся при разложении 17 г соли, окрашивающей пламя горелки в желтый цвет и содержащей 27,06 % металла, 16,47 % азота и 56,47 % кислорода. Kакая масса бертолетовой соли потребуется для получения такого же количества газа?

Ответ . 13,8 г NaNO 2 ; 2,24 л O 2 ; 8,13 г KClO 3 .

4. Kакой объем хлора (н.у.) можно получить из 1 м 3 раствора (плотность 1,23 г/см 3), содержащего 20,7 % хлорида натрия и 4,3 % хлорида магния?

Ответ . 61,2 м 3 .

5. Газ, выделившийся на аноде при электролизе 200 г 20%-го раствора хлорида натрия, пропустили через 400 г 30%-го раствора бромида калия. K полученному раствору добавили избыток раствора нитрата серебра. Определите количественный состав выпавшего осадка.

Ответ . 59,4 г AgBr; 98,154 г AgCl.

У р о в е н ь Б

1. Через трубку с порошкообразной смесью хлорида и йодида натрия массой 3 г пропустили 1,3 л хлора при температуре 42 °С и давлении 101,3 кПа. Полученное в трубке вещество прокалили при 300 °С, при этом осталось 2 г вещества. Определите массовые доли солей в исходной смеси.

Ответ . 45,3 % NaCl; 54,6 % NaI.

2. Смесь йодида магния и йодида цинка обработали избытком бромной воды, полученный раствор выпарили. Масса сухого остатка оказалась в 1,445 раза меньше массы исходной смеси. Во сколько раз масса осадка, полученного после обработки такой же смеси избытком карбоната натрия, будет меньше массы исходной смеси?

Ответ. В 2,74 раза.

3. Для окисления 2,17 г сульфита щелочно-земельного металла добавили хлорную воду, содержащую 1,42 г хлора. K полученной смеси добавили избыток бромида калия, при этом выделилось 1,6 г брома. Определите состав осадка, содержащегося в смеси, и рассчитайте его массу..

(BaSO 4) = (BaSO 3) = 0,01 моль,

m(BaSO 4) = (BaSO 4) M (BaSO 4) = 0,01 233 = 2,33 г.

Ответ . 2,33 г BaSO 4 .

4. Через 800 г 10%-го водного раствора хлорида натрия пропустили ток. После окончания процесса электролиза соли весь выделившийся на аноде газ поглотили горячим раствором, получившимся в результате электролиза. Определите состав раствора, полученного после поглощения газа.

Ответ . В растворе 8,35 % NaCl и
3,03 % NaClO 3 .

5. Плотность смеси хлора с водородом при давлении 0,2 атм и температуре 27 °С равна 0,0894 г/л. Хлороводород, полученный при взрыве 100 л (н.у.) такой смеси, растворили в 500 г 10%-й соляной кислоты. Найдите массовую долю хлороводорода в полученном растворе.

Ответ . 17 %.

K а ч е с т в е н н ы е з а д а ч и

1. Назовите вещества А, В и С, если известно, что они вступают в реакции, описываемые приведенными ниже схемами; напишите полные уравнения реакций этих схем:

А + Н 2 -> В,

А + Н 2 О В + С,

А + Н 2 О + SО 2 -> В + … ,

С -> В + … .

Ответ . Вещества: А – Сl 2 ,
B – HCl; С – HClO.

2. Газ А под действием концентрированной серной кислоты превращается в простое вещество В, которое реагирует с сероводородной кислотой с образованием простого вещества С и раствора исходного вещества А. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.

Ответ. Вещества: А – HBr; B – Br 2 ; С – S.

3. При пропускании хлора через раствор сильной кислоты А выделяется простое вещество В и раствор приобретает темную окраску. При дальнейшем пропускании хлора вещество В превращается в кислоту С и раствор обесцвечивается. Назовите вещества А, В и С, напишите уравнения реакций.

Ответ. Вещества: А – HI; B – I 2 , C – HIO 3 .

4. Приведите примеры реакций, в ходе которых происходит полное восстановление свободного брома: а) в кислом водном растворе; б) в щелочном водном растворе; в) в газовой фазе.

Ответ. Уравнения реакций:

5. Kакие вещества вступили в реакцию и при каких условиях, если в результате образовались следующие вещества (указаны все продукты без коэффициентов): а) хлорид бария и гидроксид калия; б) бромид кальция и бромоводород; в) хлорид калия и пентаоксид фосфора. Напишите полные уравнения реакций.

Ответ. Уравнения реакций:

а) Ba(ClO) 2 + 2KH = BaCl 2 + 2KOH;

б) CaH 2 + 2Br 2 = CaBr 2 + 2HBr;

в) 5KClO 3 + 6P 5KCl + 3P 2 O 5 .

6. Для дегазации необходимо 254 г хлорной извести. В лаборатории имеются: кальций, диоксид марганца, натрий, цинк, хлорид натрия, серная кислота, вода, фосфор, сера, сульфат бария. Kакие реагенты и в каком количестве потребуются? Напишите полные уравнения реакций.

Ответ. 142 г Ca; 830,7 г NaCl; 308,85 г MnO 2 ;
1391,6 г H 2 SO 4 .

Уравнения реакций:

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 ,

NaCl (тв.) + H 2 SO 4 (конц.) = HCl + NaHSO 4 ,

MnO 2 + 4HCl = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O,

2Cl 2 + 2Ca(OH) 2 Ca(ClO) 2 + CaCl 2 + 2H 2 O.

7. K водному раствору йодида калия по каплям приливают свежеприготовленную хлорную воду. Объясните, почему вначале появляющаяся окраска раствора затем исчезает. Подтвердите свой ответ уравнениями реакций.

Ответ. Уравнения реакций:

2KI + Cl 2 = 2KCl + I 2 ,

I 2 + 5Cl 2 + 6H 2 O = 2HIO 3 + 10HCl.

* Знак +/– означает, что данная реакция протекает не со всеми реагентами или в специфических условиях.

Продолжение следует

В табл. 16.12 приведены систематические и традиционные названия кислородсодержащих кислот хлора и их солей. Чем выше степень окисления хлора в этих кислотах, тем выше их термическая устойчивость и силакислоты:

5 - сильные кислоты, причем 6 одна из самых сильных среди всех известных кислот. Остальные две кислоты лишь частично диссоциируют в воде и

Таблица 16.12. Кислородсодержащие кислоты хлора и их анионы

существуют в водном растворе преимущественно в молекулярной форме. Среди кислородсодержащих кислот хлора только 7 удается выделить в свободном виде. Остальные кислоты существуют только в растворе.

Окислительная способность кислородсодержащих кислот хлора уменьшается с возрастанием егостепени окисления:

8 - особенно хорошие окислители. Например, кислый раствор 9:

1) окисляет ионы железа (II) до ионов железа (III):

2) на солнечном свету разлагается с образованием кислорода:

3) при нагревании приблизительно до 75 °С он диспропорционирует на хлорид-ионы и хлорат 10-ионы:

Соли кислородсодержащих кислот хлора

Эти соли обычно более устойчивы, чем сами кислоты. Исключением являются твердые соли хлораты (III), которые детонируют при нагревании и при соприкосновении с горючими материалами. В растворах окислительная способность кислородсодержащих солей хлора тем больше, чем больше в этих соляхстепень окисления хлора. Однако они не являются столь хорошими окислителями, как соответствующие кислоты. Натриевые и калиевые соли 11 имеют важное промышленное значение. Их производство и применения описаны в следующем разделе. Хлорат (V) калия обычно используют для лабораторного получения кислорода, в присутствии оксида 12 в качестве катализатора:

При нагревании этой соли до более низкой температуры в отсутствие катализатора происходит образование 13калия:

Иодат (V) калия 14 калия 15 сильные окислители, и в качестве окислителей они используются в количественном анализе.

Итак, повторим еще раз 1. Свойства галогенидов различных элементов при перемещении слева направо в пределах одного периода изменяются следующим образом: а) характер химической связи становится все более ковалентным и все менее ионным; б) водные растворы галогенидов становятся все более кислыми из-за гидролиза. 2. Свойства различных галогенидов одного и того же элемента при перемещении к нижней части VII группы изменяются следующим образом: а) характер химической связи галогенидов становится все более ковалентным: б) прочность связи в молекулах галогеноводородов уменьшается; в) кислотность галогеноводородных кислот уменьшается; г) легкость окисления галогеноводородов возрастает. 3. По мере возрастания степени окисления галогена происходят следующие изменения: а) термическая устойчивость его кислородсодержащих кислот возрастает; б) кислотность его кислородсодержащих кислот возрастает; в) окислительная способность его кислородсодержащих кислот уменьшается; г) окислительная способность солей его кислородсодержащих кислот возрастает. 4. Галогениды можно получать прямым синтезом из образующих их элементов. 5. Для получениигалогеноводородов может использоваться реакция вытеснения из галогенидной соли менее летучей кислотой. 6. Аномальные свойства соединений фтора: а) фторид серебра растворим в воде, а фторид кальция нерастворим; б) фтороводород имеет аномально высокие температуры плавления и кипения; в) водный раствор фтороводорода имеет низкую кислотность; г) фтор обнаруживает только одно устойчивое состояние окисления. Другие галогены обнаруживают множество состояний окисления, что объясняется промотированием их16 -электронов на легко доступные 17-орбитали, обладающие низков энергией.

===============================================================================

31. Кислород. Получение и свойства кислорода. Аллотропия кислорода. Озон, его свойства. Озон в природе. Кислород-элемент с порядковым номером 8, его относительная атомная масса=15,999.Находится во втором периоде, в главной подгруппе 6 группы.
В большинстве своих соединений кислород имеет степень окисление -2.В пероксидах водорода и металлов(Н2О2, Na2O, CaO2 и др.)степень окисления кислорода -1.Существует единственное соединение, в котором кислород имеет положительную степень окисления +2-это фтроид кислорода OF2 (фтор-единственный элемент, ЭО которого больше ЭО кислорода, равной 3,5). Обычный кислород О2-газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха. В воде малорастворим. Получение. Лабораторные методы получения О2 достаточно многочисленны. 1.Раздожение бертолетовой соли(хлората калия) при нагревании в присутствии оксида марганца(IV) в качестве катализатора: 2KClO3(t)(MnO2)=2KCl + 3O2
2.Термическое разложение перманганата калия: 2KMnO4(t)=K2MnO4 + MnO2 + O2
3.Термическое разложение нитратов щелочных металлов, например: 2NaNo3(t)=2NaNO2 + O2 4.Каталитическое разложение пероксида водорода: 2H2O2(MnO2)=2H2O + O2
5.Взаимодействие пероксидов щелочных металлов с углекислым газом: 2Na2O2 + 2CO2=2NaCO3 + O2 6.Электролиз водных растворов щелочей или солей кислородосодержащих кислот. Сущность происходящих при этом процессов сводится к разложению воды под действием электрического тока: 2H2O(электролиз)=2H2 + O2

В промышленности кислород получают из воздуха. Химические свойства.
Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме легких инертных газов(He, ne, Ar),причем со всеми простыми веществами, кроме фтора, хлора, золота и платиновых металлов, он взаимодействует непосредственно. Во всех реакциях O2играет роль окислителя. При взаимодействии кислорода с простыми веществами -металлами и неметаллами- обычно образуются оксиды; например: 4Li+O2=2LiO2 4P+5O2(60 градусов)=2P2O5 Почти все реакции с участием O2 экзотермичны, за редким исключением; например: N2+O2=2NO-Q Кислород может существовать в виде двух аллотропных видоизменений: кислород О2 и озон О3. Аллотропия (от греч. allos - другой и tropos - образ, способ) связана либо с разным числом атомов в молекуле, либо со строением. При сравнении физических свойств кислорода и озона целесообразно вспомнить, что это газообразные вещества, различающиеся по плотности (озон в 1,5 раза тяжелее кислорода), температурам плавления и кипения. Озон лучше растворяется в воде. Кислород в нормальных условиях - газ, без цвета и запаха, озон - газ голубого цвета с характерным резким, но приятным запахом. Есть отличия и в химических свойствах.
Озон химически активнее кислорода. Активность озона объясняется тем, что при его разложении образуется молекула кислорода и атомарный кислород, который активно реагирует с другими веществами. Например, озон легко реагирует с серебром, тогда как кислород не соединяется с ним даже при нагревании: Но в то же время и озон и кислород реагируют с активными металлами, например с калием К. Получение озона происходит по следующему уравнению: Реакция идет с поглощением энергии при прохождении электрического разряда через кислород, например во время грозы, при сверкании молнии. Обратная реакция происходит при обычных условиях, так как озон - неустойчивое вещество. В природе озон разрушается под действием газов, выбрасываемых в атмосферу, например фреонов, в процессе техногенной деятельности человека. Результатом является образование так называемых озоновых дыр, т. е. разрывов в тончайшем слое, состоящем из молекул озона.
Химические свойства : озон – сильный окислитель, он окисляет все металлы, в том числе золото – Au и платину – Pt (и металлы платиновой группы). Озон воздействует на блестящую серебряную пластинку, которая мгновенно покрывается черным пероксидом серебра – Аg2О2; бумага, смоченная скипидаром, воспламеняется, сернистые соединения металлов окисляются до солей серной кислоты; многие красящие вещества обесцвечиваются; разрушает органические вещества – при этом молекула озона отщепляет один атом кислорода, и озон превращается в обыкновенный кислород. Атакже большинство неметаллов, переводит низшие оксиды в высшие, а сульфиды их металлов – в их сульфаты: Йодид калия озон окисляет до молекулярного йода: Но с пероксидом водорода Н2О2 озон выступает в качестве восстановителя: В химическом отношении молекулы озона неустойчивы – озон способен самопроизвольно распадаться на молекулярный кислород:

Нахождение в природе : в атмосфере озон образуется во время электрических разрядов. Применение: будучи сильным окислителем озон уничтожает различного рода бактерии, поэтому широко применяется в целях очищения воды и дезинфекции воздуха, используется как белящее средство.

================================================================================

32) . Пероксид водорода, его строение и свойства.