Взаимодействие с водой
Многие неметаллы взаимодействуют с водой с образованием оксидов (и/или других соединений). Реакции идут при сильном нагревании.
С + H 2 O → CO + H 2
6B + 6H 2 O → 2H 3 B 3 O 3 (бороксин)+ 3H 2
4P + 10H 2 O → 2P 2 O 5 + 5H 2
3S + 2H 2 O → 2H 2 S + SO 2
Галогены при взаимодействии с водой диспропорционируют (образуют из соединения с одной степенью окисления соединения с различными степенями окисления)- кроме F 2 . Реакции идут при комнатной температуре.
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO
Br 2 + H 2 O → HBr + HBrO
2F 2 + 2H 2 O → 4HF + O 2
Взаимодействие с неметаллами
Взаимодействие с кислородом.
Большинство неметаллов (кроме галагенов, благородных газов) взаимодействуют с кислородом с образованием оксидов, а при определенных условиях (температура, давление, катализаторы) – высших оксидов.
N 2 + O 2 → 2NO (реакция идет при температуре 2000°C или в электрической дуге)
С + O 2 → СO 2
4B + 3O 2 → 2B 2 O 3
S + O 2 → SO 2
Взаимодействие с фтором
Большинство неметаллов (кроме N 2 , С (алмаз), некоторые благородные газы) взаимодействуют с фтором с образованием фторидов.
O 2 +2F 2 → 2OF 2 (при пропускание электрического тока)
C + 2F 2 → CF 4 (при температуре 900°C)
S +3F 2 → SF 6
2.3 Взаимодействие с галогенами (Cl 2 , Br 2)
C неметаллами (кроме углерода, азота, фтора, кислорода и инертных газов), образует соответствующие галогениды (хлориды и бромиды).
2S + Cl 2 → S 2 Cl 2
2S + Br 2 → S 2 Br 2
2P + 5Cl 2 → 2PCl 5 (сжигание в атмосфере хлора)
Cl 2 + Br 2 → 2BrCl
Cl 2 + I 2 → 2ICl (нагрев до 45°C))
Br 2 + I 2 → 2IBr
Взаимодействие с оксидами
Углерод и кремний восстанавливают металлы и неметаллы из их оксидов. Реакции идут при нагревании.
SiO 2 +C=CO 2 +Si
MnO2 + Si → Mn + SiO 2.
Взаимодействие со щелочами
Большинство неметаллов (кромеF 2 , Si) диспропорционируют при взаимодействии со щелочами. Благородные газы, O 2 , N 2 и некоторые другие металлы не взаимодействуют со щелочами
Cl 2 + 2NaOH → NaCl + NaClO
3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + H 2 O (при нагревании)
3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O (присплавлении)
P + NaOH → Na 3 PO 3 + PH 3
Si +2NaOH+ H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2
4F 2 + 6NaOH → OF 2 + 6NaF + 3H 2 O + O 2
Взаимодействие с кислотами-окислителями
Все неметаллы (кроме галогенов, благородных газов, N 2 , O 2 , Si) взаимодействуют с кислотами – окислителями с образованием соответсвующей кислородсодержащей кислоты (или оксида).
C + 2 H 2 SO 4 → CO 2 + 2SO 2 +2H 2 O
B + 3HNO 3 → H 3 BO 3 + 3NO 2
S + 6HNO 3 → H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
Взаимодействие с солями
Более электроотрицательный галоген вытесняет менее электроотрицательный реагент из его соли или водородного соединения
2NaBr + Cl 2 → 2NaCl + Br 2
Химические свойства неоксидных бинарных соединений различно. Большинство из них (кроме галогенидов) при взаимодействии с кислородом образуют два оксида (в случае аммиака необходимо использовать катализаторы).
Химические свойства основных оксидов
Взаимодействие с водой
Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов взаимодействуют с водой с образованием растворимых (малорастворимых) соединений – щелочи
Na 2 O + H 2 O → 2NaOH
Взаимодействие с оксидами
Основные оксиды взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами с образованием солей.
Na 2 O + SO 3 → Na 2 SO 4
CaO + Al 2 O 3 → CaAl 2 O 4 (сплавление)
Взаимодействие с кислотами
Основные оксиды взаимодействуют с кислотами
CaO + 2HCl→ CaCl 2 + H 2 O
FeO + 2HCl→ FeCl 2 + H 2 O
Основные оксиды элементов с переменной степенью окисления могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях
FeO + 4HNO 3 →Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
2MnO + O 2 → 2MnO 2
Химические свойства амфотерных оксидов
Взаимодействие с оксидами
Амфотерные оксиды взаимодействуют с основными, кислотными и амфотерными оксидами с образованием солей.
Na 2 O + Al 2 O 3 → 2NaAlO 2
3SO 3 + Al 2 O 3 → 2Al 2 (SO 4) 3
ZnO + Al 2 O 3 → ZnAl 2 O 4 (сплавление)
Взаимодействие с кислотами и основаниями
Амфотерные оксиды взаимодействуют с основаниями и кислотами
6HCl + Al 2 O 3 → 2AlCl 3 + 3H 2 O
ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O (при нагревании)
Взаимодействие с солями
Малолетучие амфотерные оксиды вытесняют более летучие кислые оксиды из их солей
Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2NaAlO 2 + CO 2
Окислительно – восстановительные реакции
Амфотерные оксиды элементов с переменной степенью окисления могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях.
MnO 2 + 4HCl→ MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
Химические свойства кислотных оксидов
1. Взаимодействие с водой
Большинство кислотных оксидов растворяется в воде с образованием соответствующей кислоты (оксиды металлов с высшими степенями окисления и SiO 2 не растворяются в воде).
SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4
P 2 O 5 + 3H 2 O → 2H 3 PO 4
Взаимодействие с оксидами
Кислотные оксиды взаимодействуют с основными и амфотерными оксидами с образованием солей.
Тема № 3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕМЕТАЛЛОВ
План
1. Основные химические свойства неметаллов.
2.Оксиды неметаллических элементов.
3.Распространение неметаллических элементов в природе.
4.Применение неметаллов.
1. Основные химические свойства неметаллов
Неметаллы (за исключением инертных газов) химически активные вещества.
В реакциях с металлами атомы неметаллических элементов присоединяют электроны, а в реакциях с неметаллами образуют совместные электронные пары.
Узнать, к какому атому смещаются общие электронные пары, помогает ряд электроотрицательности:
F, O, N, Cl, Br, I, S, C, Se, H, P, As, B, Si
электроотрицательность уменьшается
- Взаимодействие неметаллов с металлами :
2Mg + O 2 = 2MgO (магний оксид)
6Li + N 2 = 2Li 3 N (литий нитрид)
2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (алюминий хлорид)
Ca + H 2 = CaH 2 (кальций гидрид)
Fe + S = FeS (ферум (II) сульфид )
При взаимодействии неметаллов с металлами образуются бинарные соединения с ионной химической связью.
2 . Взаимодействие неметаллов с кислородом :
С + О 2 = СО 2 (карбон (IV) оксид)
S + O 2 = SO 2 (c ульфур (IV) оксид )
Продуктами взаимодействия неметаллов с кислородом являются бинарные соединения с ковалентной полярной связью оксиды , в которых кислород имеет степень окисления - 2.
3. Взаимодействие неметаллов с водородом :
H 2 + Cl 2 = 2HCl (гидроген хлорид или хлороводород)
H 2 + S = H 2 S (гидроген сульфид или сероводород)
При взаимодействии неметаллов с водородом образуются летучие (газообразные или жидкие) бинарные соединения с ковалентной полярной связью.
4. Взаимодействие неметаллов с другими неметаллами :
С + 2S = CS 2 (карбон (IV) сульфид)
Si + 2Cl 2 = SiCl 4 (силиций (IV) хлорид)
Продуктами взаимодействия двух неметаллов являются вещества с различным агрегатным состоянием, которые имеют ковалентный тип химической связи.
- Оксиды неметаллических элементов
Оксиды неметаллических элементов делят на:
а) солеобразующие (их большинство) и
б) несолеобразующие (СО, NO, N 2 O, H 2 O).
Среди оксидов есть газообразные вещества (СО, СО 2 , SO 2 ), твердые вещества (Р 2 О 5 ), жидкости (H 2 O, Сl 2 O 7 ).
Во всех без исключения оксидах атомы неметаллических элементов, соединенные с Оксигеном, имеют положительные степени окисления.
Большинство оксидов неметаллических элементов кислотные . Они взаимодействуют:
- с водой с образованием кислот,
- с основными и амфотерными оксидами с образованием солей,
- с основаниями и амфотерными гидроксидами с образованием солей и воды.
- Распространение неметаллических элементов в природе
Неметаллы более распространены в природе, чем металлы.
В состав воздуха входят: азот, кислород, инертные газы.
Месторождения самородной серы в Прикарпатье одни из крупнейших в мире.
Промышленным месторождением графита в Украине является Завальевское месторождение, сырье которого использует Мариупольский графитовый комбинат.
В Житомирской области, на Волыни обнаружены залежи пород, которые могут содержать алмазы, однако промышленные месторождения пока еще не открыты.
Атомы неметаллических элементов образуют различные сложные вещества, среди которых доминируют оксиды, соли.
- Применение неметаллов
Кислород:
Процессы дыхания,
Горение,
Обмен веществ и энергии,
Производство металлов.
Водород:
Производство аммиака,
Хлоридной кислоты,
Метанола,
Превращение жидких жиров в твердые,
Сварка и резка тугоплавких металлов,
Восстановление металлов из руд.
Сера:
Получение сульфатной кислоты,
Изготовление резины из каучука,
Производство спичек,
Черного пороха,
Изготовление лекарственных препаратов.
Бор:
Составляющая нейтронопоглощающих материалов ядерных реакторов,
Защита поверхностей стальных изделий от коррозии,
В полупроводниковой технике,
Изготовление преобразователей тепловой энергии в электрическую.
Азот:
Газообразный:
Для производства аммиака,
Для создания инертной среды при сварке металлов,
В вакуумных установках,
Электрических лампах,
Жидкий :
В качестве хладагента в морозильных установках,
Медицине.
Фосфор:
Белый - для производства красного фосфора,
Красный - для производства спичек.
Кремний:
В электронике и электротехнике для изготовления:
Схем,
Диодов,
Транзисторов,
Фотоэлементов,
Для изготовления сплавов.
Хлор:
Производство хлоридной кислоты,
Органических растворителей,
Лекарств,
Мономеров для производства пластмасс,
Отбеливателей,
Как дезинфицирующее средство.
Углерод:
Алмаз:
Изготовление инструментов для бурения и резки,
Абразивный материал,
Ювелирные украшения,
Графит:
Литейное, металлургическое, радиотехническое производство,
Изготовление аккумуляторов,
В нефтегазодобывающей промышленности для буровых работ,
Изготовление антикоррозионных покрытий,
Замазок, уменьшающих силу трения,
Адсорбция.
Адсорбция способность некоторых веществ (в частности углерода) удерживать на своей поверхности частицы других веществ (газа или растворенного вещества).
На адсорбционной способности углерода базируется его использование в медицине в лечебных целях это таблетки или капсулы активированного угля. Их применяют внутрь при отравлении.
Чтобы вернуть адсорбенту способность к адсорбции и изъять адсорбированное вещество, достаточно нагрева.
Адсорбционную способность углерода использовал М.Д. Зелинский в изобретенном им в 1915 угольном противогазе средстве индивидуальной защиты органов дыхания, лица и глаз человека от воздействия вредных веществ. В 1916 было налажено промышленный выпуск противогазов, что спасло жизнь сотен тысяч солдат во время Первой мировой войны. Усовершенствованный противогаз применяется и сейчас.
Домашнее задание
Напишите реакции взаимодействия: а) кремния с кислородом; б) кремния с водородом; в) цинка с хлором; г) фосфора с хлором. Назовите полученные соединения.
Соль19 Соль
1. Металл + Неметалл. В данное взаимодействие не вступают инертные газы. Чем выше электроотрицательность неметалла, тем с большим числом металлов он будет реагировать. Например, фтор реагирует со всеми металлами, а водород – только с активными. Чем левее в ряду активности металлов находится металл, тем с большим числом неметаллов он может реагировать. Например, золото реагирует только с фтором, литий – со всеми неметаллами.
2. Неметалл + неметалл. При этом более электроотрицательный неметалл выступает окислителем, менее ЭО – восстановителем. Неметаллы с близкой электроотрицательностью плохо взаимодействуют между собой, например, взаимодействие фосфора с водородом и кремния с водородом практически не возможно, так как равновесие этих реакций смещено в сторону образования простых веществ. Не реагируют с неметаллами гелий, неон и аргон, остальные инертные газы в жестких условиях могут реагировать с фтором. Не взаимодействуют кислород с хлором, бромом и йодом. Со фтором кислород может реагировать при низких температурах.
3. Металл + кислотный оксид. Металл восстанавливает неметалл из оксида. После этого избыток металла может реагировать с получившимся неметаллом. Например:
2Mg + SiO 2 = 2MgO + Si (при недостатке магния)
2Mg + SiO 2 = 2MgO + Mg 2 Si (при избытке магния)
4. Металл + кислота. Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, реагируют с кислотами с выделением водорода.
Исключение составляют кислоты – окислители (серная концентрированная и любая азотная), которые могут реагировать с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода, в реакциях не выделяется водород, а получается вода и продукт восстановления кислоты.
Нужно обратить внимание на то, что при взаимодействии металла с избытком многоосновной кислоты может получиться кислая соль: Mg +2H 3 PO 4 = Mg(H 2 PO 4) 2 + H 2 .
Если продуктом взаимодействия кислоты и металла является нерастворимая соль, то металл пассивируется, так как поверхность металла защищается нерастворимой солью от действия кислоты. Например, действие разбавленной серной кислоты на свинец, барий или кальций.
5. Металл + соль. В растворе в данную реакцию вступают металл, стоящий в ряду напряжений правее магния, включая сам магний, но левее металла соли. Если металл активнее магния, то он реагирует не с солью, а с водой с образованием щелочи, которая в дальнейшем реагирует с солью. При этом исходная соль и получающаяся соль должны быть растворимыми. Нерастворимый продукт пассивирует металл.
Однако, из этого правила бывают исключения:
2FeCl 3 + Cu = CuCl 2 + 2FeCl 2 ;
2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 . Так как железо имеет промежуточную степень окисления, то его соль в высшей степени окисления легко восстанавливается до соли в промежуточной степени окисления, окисляя даже менее активные металлы.
В расплавах ряд напряжений металлов не действует. Определить, возможна ли реакция между солью и металлом, можно только с помощью термодинамических расчетов. Например, натрий может вытеснить калий из расплава хлорида калия, так как калий более летучий: Na + KCl = NaCl + K (эту реакцию определяет энтропийный фактор). С другой стороны алюминий получали вытеснением из хлорида натрием: 3Na + AlCl 3 = 3NaCl + Al. Этот процесс экзотермический, его определяет энтальпийный фактор.
Возможен вариант, что соль при нагревании разлагается, и продукты ее разложения могут реагировать с металлом, например нитрат алюминия и железо. Нитрат алюминия разлагается при нагревании на оксид алюминия, оксид азота (IV) и кислород, кислород и оксид азота будут окислять железо:
10Fe + 2Al(NO 3) 3 = 5Fe 2 O 3 + Al 2 O 3 + 3N 2
6. Металл + основный оксид. Также, как и в расплавах солей, возможность этих реакций определяется термодинамически. В качестве восстановителей часто используют алюминий, магний и натрий. Например: 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe реакция экзотермическая, энтальпийный фактор);2 Al + 3Rb 2 O = 6Rb + Al 2 O 3 (рубидий летучий, энтальпийный фактор).
7. Неметалл + основный оксид. Здесь возможно два варианта: 1) неметалл – восстановитель (водород, углерод): CuO + H 2 = Cu + H 2 O; 2) неметалл – окислитель (кислород, озон, галогены): 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 .
8. Неметалл + основание. Как правило, реакция идет между неметаллом и щелочью.Не все неметаллы могут реагировать с щелочами: нужно помнить, что в это взаимодействие вступают галогены (по-разному в зависимости от температуры), сера (при нагревании), кремний, фосфор.
2KOH + Cl 2 = KClO + KCl + H 2 O (на холоде)
6KOH + 3Cl 2 = KClO 3 + 5KCl + 3H 2 O (в горячем растворе)
6KOH + 3S = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O
2KOH + Si + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2
3KOH + 4P + 3H 2 O = PH 3 + 3KPH 2 O 2
9. Неметалл+ кислотный оксид. Здесь также возможно два варианта:
1) неметалл – восстановитель (водород, углерод):
СО 2 + С = 2СО;
2NO 2 + 4H 2 = 4H 2 O + N 2 ;
SiO 2 + C = CO 2 + Si. Если получившийся неметалл может реагировать с металлом, использованным в качестве восстановителя, то реакция пойдет дальше (при избытке углерода) SiO 2 + 2C = CO 2 + SiС
2) неметалл – окислитель (кислород, озон, галогены):
2СO + O 2 = 2СО 2 .
СO + Cl 2 = СОCl 2 .
2NO + O 2 = 2NО 2 .
10. Кислотный оксид + основный оксид . Реакция идёт, если получающаяся соль в принципе существует. Например, оксид алюминия может реагировать с серным ангидридом с образованием сульфата алюминия, но не может реагировать с углекислым газом, так как соответствующей соли не существует.
11. Вода + основный оксид . Реакция возможна, если образуется щелочь, то есть растворимое основание (или мало растворимое, в случае кальция). Если основание нерастворимое или мало растворимое, то идёт обратная реакция разложения основания на оксид и воду.
12. Основный оксид + кислота . Реакция возможна, если образующаяся соль существует. Если получающаяся соль нерастворима, то реакция может пассивироваться из-за перекрытия доступа кислоты к поверхности оксида. В случае избытка многоосновной кислоты возможно образование кислой соли.
13. Кислотный оксид + основание . Как правило, реакция идет между щелочью и кислотным оксидом. Если кислотный оксид соответствует многоосновной кислоте, может получиться кислая соль: CO 2 + KOH = KHCO 3 .
Кислотные оксиды, соответствующие сильным кислотам, могут реагировать и с нерастворимыми основаниями.
Иногда с нерастворимыми основаниями реагируют оксиды, соответствующие слабым кислотам, при этом может получиться средняя или основная соль (как правило, получается менее растворимое вещество): 2Mg(OH) 2 + CO 2 = (MgOH) 2 CO 3 + H 2 O.
14. Кислотный оксид + соль. Реакция может идти в расплаве и в растворе. В расплаве менее летучий оксид вытесняет из соли более летучий. В растворе оксид, соответствующий более сильной кислоте, вытесняет оксид, соответствующий более слабой кислоте. Например, Na 2 CO 3 + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + CO 2 , в прямом направлении эта реакция идет в расплаве, углекислый газ более летучий, чем оксид кремния; в обратном направлении реакция идет в растворе, угольная кислота сильнее кремниевой, к тому же оксид кремния выпадает в осадок.
Возможно соединение кислотного оксида с собственной солью, например, из хромата можно получить дихромат, и сульфата – дисульфат, из сульфита – дисульфит:
Na 2 SO 3 + SO 2 = Na 2 S 2 O 5
Для этого нужно взять кристаллическую соль и чистый оксид, или насыщенный раствор соли и избыток кислотного оксида.
В растворе соли могут реагировать с собственными кислотными оксидами с образованием кислых солей: Na 2 SO 3 + H 2 O + SO 2 = 2NaHSO 3
15. Вода + кислотный оксид . Реакция возможна, если образуется растворимая или мало растворимая кислота. Если кислота нерастворимая или мало растворимая то идёт обратная реакция разложения кислоты на оксид и воду. Например, для серной кислоты характерна реакция получения из оксида и воды, реакция разложения практически не идёт, кремниевую кислоту нельзя получить из воды и оксида, но она легко разлагается на эти составляющие, а вот угольная и сернистая кислоты могут участвовать как в прямых, так и обратных реакциях.
16. Основание + кислота. Реакция идет, если хотя бы одно из реагирующих веществ растворимо. В зависимости от соотношения реагентов могут получаться средние, кислые и основные соли.
17. Основание + соль. Реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит (осадок, газ, вода).
18. Соль + кислота. Как правило,реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит (осадок, газ, вода).
Сильная кислота может реагировать с нерастворимыми солями слабых кислот (карбонатами, сульфидами, сульфитами, нитритами), при этом выделяется газообразный продукт.
Реакции между концентрированными кислотами и кристаллическими солями возможны, если при этом получается более летучая кислота: например, хлороводород можно получить действием концентрированной серной кислоты на кристаллический хлорид натрия, бромоводород и йодоводород – действием ортофосфорной кислоты на соответствующие соли. Можно действовать кислотой на собственную соль для получения кислой соли, например: BaSO 4 + H 2 SO 4 = Ba(HSO 4) 2 .
19. Соль + соль. Как правило,реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит.
Особо обратим внимание на те случаи, когда образуется соль, которая в таблице растворимости показана прочерком. Здесь возможны 2 варианта:
1) соль не существует, потому что необратимо гидролизуется . Это большинство карбонатов, сульфитов, сульфидов, силикатов трехвалентных металлов, а так же некоторые соли двухвалентных металлов и аммония. Соли трехвалентных металлов гидролизуются до соответствующего основания и кислоты, а соли двухвалентных металлов – до менее растворимых основных солей.
Рассмотрим примеры:
2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 = Fe 2 (CO 3) 3 + 6NaCl (1)
Fe 2 (CO 3) 3 + 6H 2 O = 2Fe(OH) 3 + 3H 2 CO 3
H 2 CO 3 разлагается на воду и углекислый газ, вода в левой и правой части сокращается и получается: Fe 2 (CO 3) 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) 3 + 3CO 2 (2)
Если теперь объединить (1) и (2) уравнения и сократить карбонат железа, мы получим суммарное уравнение, отражающее взаимодействие хлорида железа (III) и карбоната натрия: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl
CuSO 4 + Na 2 CO 3 = CuCO 3 + Na 2 SO 4 (1)
Подчеркнутая соль не существует из-за необратимого гидролиза:
2CuCO 3 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3 +CO 2 (2)
Если теперь объединить (1) и (2) уравнения и сократить карбонат меди, мы получим суммарное уравнение, отражающее взаимодействие сульфата (II) и карбоната натрия:
2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3 + CO 2 + 2Na 2 SO 4
2) Соль не существует за счёт внутримолекулярного окисления-восстановления , таким солям относятся Fe 2 S 3 , FeI 3 , CuI 2 . Как только они получаются, тут же разлагаются: Fe 2 S 3 = 2FeS+ S; 2FeI 3 = 2FeI 2 +I 2 ; 2CuI 2 = 2CuI + I 2
Например; FeCl 3 + 3KI = FeI 3 + 3KCl (1),
но вместо FeI 3 нужно записать продукты его разложения: FeI 2 +I 2.
Тогда получится: 2FeCl 3 + 6KI = 2FeI 2 +I 2 + 6KCl
Это не единственный вариант записи данной реакции, если йодид был в недостатке, то может получиться йод и хлорид железа (II):
2FeCl 3 + 2KI = 2FeCl 2 +I 2 + 2KCl
В предложенной схеме ничего не сказано про амфотерные соединения и соответствующие им простые вещества. На них мы обратим особое внимание. Итак, амфотерный оксид в данной схеме может занять место и кислотного и основного оксидов, амфотерный гидроксид – место кислоты и основания. Нужно помнить, что, выступая в качестве кислотных, амфотерные оксиды и гидроксиды образуют в безводной среде обычные соли, а в растворах – комплексные соли:
Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O (сплавление)
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na (в растворе)
Простые вещества, соответствующие амфотерным оксидам и гидроксидам, реагируют с растворами щелочей с образованием комплексных солей и выделением водорода: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3Н 2
ЗАДАНИЕ
Обсудите возможность взаимодействия… Это значит, что Вы должны решить:
1) возможна ли реакция;
2) если возможна, то при каких условиях (в растворе, в расплаве, при нагревании и т.п.), если не возможна, то почему;
3) могут ли получиться разные продукты при разных (каких) условиях.
После этого Вы должны записать все возможные реакции.
Например: 1. обсудите возможность взаимодействия магния с нитратом калия.
1) Реакция возможна
2) Она может происходить в расплаве (при нагревании)
3) В расплаве реакция возможна, так как нитрат разлагается с выделением кислорода, который окисляет магний.
KNO 3 + Mg = KNO 2 + MgO
2. обсудите возможность взаимодействия серной кислоты с хлоридом натрия.
1) Реакция возможна
2) Она может происходит между концентрированной кислотой и кристаллической солью
3) В качестве продукта может получаться сульфат натрия и гидросульфат натрия (в избытке кислоты, при нагревании)
H 2 SO 4 + NaCl = NaHSO 4 + HCl
H 2 SO 4 + 2NaCl = Na 2 SO 4 + 2HCl
Обсудите возможность протекания реакции между:
1. Ортофосфорной кислотой и гидроксидом калия;
2. Оксидом цинка и гидроксидом натрия;
3. Сульфитом калия и сульфатом железа (III);
4. Хлоридом меди (II) и йодидом калия;
5. Карбонатом кальция и оксидом алюминия;
6. Углекислым газа и карбонатом натрия;
7. Хлоридом железа (III) и сероводородом;
8. Магнием и сернистым газом;
9. Дихроматом калия и серной кислотой;
10. Натрием и серой.
Проведем небольшой анализ примеров С2
Щелочными металлами (ЩМ) называют все элементы IA группы таблицы Менделеева, т.е. литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr.
У атомов ЩМ на внешнем электронном уровне находится только один электрон на s- подуровне, легко отрывающийся при протекании химических реакций. При этом из нейтрального атома ЩМ образуется положительно заряженная частица – катион с зарядом +1:
М 0 – 1 e → М +1
Семейство ЩМ является наиболее активным среди прочих групп металлов в связи с чем в природе обнаружить их в свободной форме, т.е. в виде простых веществ невозможно.
Простые вещества щелочные металлы являются крайне сильными восстановителями.
Взаимодействие щелочных металлов с неметаллами
с кислородом
Щелочные металлы реагируют с кислородом уже при комнатной температуре, в связи с чем их требуется хранить под слоем какого-либо углеводородного растворителя, такого как, например, керосина.
Взаимодействие ЩМ с кислородом приводит к разным продуктам. С образованием оксида, с киcлородом реагирует только литий:
4Li + O 2 = 2Li 2 O
Натрий в аналогичной ситуации образует с кислородом пероксид натрия Na 2 O 2:
2Na + O 2 = Na 2 O 2 ,
а калий, рубидий и цезий – преимущественно надпероксиды (супероксиды), общей формулы MeO 2:
Rb + O 2 = RbO 2
с галогенами
Щелочные металлы активно реагируют с галогенами, образуя галогениды щелочных металлов, имеющих ионное строение:
2Li + Br 2 = 2LiBr бромид лития
2Na + I 2 = 2NaI иодид натрия
2K + Cl 2 = 2KCl хлорид калия
с азотом
Литий реагирует с азотом уже при обычной температуре, с остальными же ЩМ азот реагирует при нагревании. Во всех случаях образуются нитриды щелочных металлов:
6Li + N 2 = 2Li 3 N нитрид лития
6K + N 2 = 2K 3 N нитрид калия
с фосфором
Щелочные металлы реагируют с фосфором при нагревании, образуя фосфиды:
3Na + P = Na 3 Р фосфид натрия
3K + P = K 3 Р фосфид калия
с водородом
Нагревание щелочных металлов в атмосфере водорода приводит к образованию гидридов щелочных металлов, содержащих водород в редкой степени окисления – минус 1:
Н 2 + 2K = 2KН -1 гидрид калия
Н 2 + 2Rb = 2RbН гидрид рубидия
с серой
Взаимодействие ЩМ с серой протекает при нагревании с образованием сульфидов:
S + 2K = K 2 S сульфид калия
S + 2Na = Na 2 S сульфид натрия
Взаимодействие щелочных металлов со сложными веществами
с водой
Все ЩМ активно реагируют с водой с образованием газообразного водорода и щелочи, из-за чего данные металлы и получили соответствующее название:
2HOH + 2Na = 2NaOH + H 2
2K + 2HOH = 2KOH + H 2
Литий реагирует с водой довольно спокойно, натрий и калий самовоспламеняются в процессе реакции, а рубидий, цезий и франций реагируют с водой с мощным взрывом.
с галогенпроизводными углеводородов (реакция Вюрца):
2Na + 2C 2 H 5 Cl → 2NaCl + C 4 H 10
2Na + 2C 6 H 5 Br → 2NaBr + C 6 H 5 –C 6 H 5
со спиртами и фенолами
ЩМ реагируют со спиртами и фенолами, замещая водород в гидроксильной группе органического вещества:
2CH 3 OH + 2К = 2CH 3 OК + H 2
метилат калия
2C 6 H 5 OH + 2Na = 2C 6 H 5 ONa + H 2
фенолят натрия
К щелочным металлам относятся металлы IA группы Периодической системы Д.И. Менделеева – литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr). На внешнем энергетическом уровне щелочных металлов находится один валентный электрон. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочных металлов – ns 1 . В своих соединениях они проявляют единственную степень окисления равную +1. В ОВР являются восстановителями, т.е. отдают электрон.
Физические свойства щелочных металлов
Все щелочные металлы легкие (обладают небольшой плотностью), очень мягкие (за исключением Li легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу), имеют низкие температуры кипения и плавления (с ростом заряда ядра атома щелочного металла происходит понижение температуры плавления).
В свободном состоянии Li, Na, K и Rb – серебристо-белые металлы, Cs – металл золотисто-желтого цвета.
Щелочные металлы хранят в запаянных ампулах под слоем керосина или вазелинового масла, поскольку они обладают высокой химической активностью.
Щелочные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью, что обусловлено наличием металлической связи и объемоцентрированной кристаллической решетки
Получение щелочных металлов
Все щелочные металлы возможно получить электролизом расплава их солей, однако на практике таким способом получают только Li и Na, что связано с высокой химической активностью K, Rb, Cs:
2LiCl = 2Li + Cl 2
2NaCl = 2Na + Cl 2
Любой щелочной металл можно получить восстановлением соответствующего галогенида (хлорида или бромида), применяя в качестве восстановителей Ca, Mg или Si. Реакции проводят при нагревании (600 – 900С) и под вакуумом. Уравнение получения щелочных металлов таким способом в общем виде:
2MeCl + Ca = 2Mе + CaCl 2 ,
где Ме – металл.
Известен способ получения лития из его оксида. Реакцию проводят при нагревании до 300°С и под вакуумом:
2Li 2 O + Si + 2CaO = 4Li + Ca 2 SiO 4
Получение калия возможно по реакции между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием. Реакцию проводят при нагревании до 440°С:
KOH + Na = K + NaOH
Химические свойства щелочных металлов
Все щелочные металлы активно взаимодействуют с водой образуя гидроксиды. Из-за высокой химической активности щелочных металлов протекание реакции взаимодействия с водой может сопровождаться взрывом. Наиболее спокойно с водой реагирует литий. Уравнение реакции в общем виде:
2Me + H 2 O = 2MeOH + H 2
где Ме – металл.
Щелочные металлы взаимодействуют с кислородом воздуха образую ряд различных соединений – оксиды (Li), пероксиды (Na), надпероксиды (K, Rb, Cs):
4Li + O 2 = 2Li 2 O
2Na + O 2 =Na 2 O 2
Все щелочные металлы при нагревании реагируют с неметаллами (галогенами, азотом, серой, фосфором, водородом и др.). Например:
2Na + Cl 2 =2NaCl
6Li + N 2 = 2Li 3 N
2Li +2C = Li 2 C 2
2Na + H 2 = 2NaH
Щелочные металлы способны взаимодействовать со сложными веществами (растворы кислот, аммиак, соли). Так, при взаимодействии щелочных металлов с аммиаком происходит образование амидов:
2Li + 2NH 3 = 2LiNH 2 + H 2
Взаимодействие щелочных металлов с солями происходит по следующему принципу –вытесняют менее активные металлы (см. ряд активности металлов) из их солей:
3Na + AlCl 3 = 3NaCl + Al
Взаимодействие щелочных металлов с кислотами неоднозначно, поскольку при протекании таких реакций металл первоначально будет реагировать с водой раствора кислоты, а образующаяся в результате этого взаимодействия щелочь будет реагировать с кислотой.
Щелочные металлы реагируют с органическими веществами, такими, как спирты, фенолы, карбоновые кислоты:
2Na + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ONa + H 2
2K + 2C 6 H 5 OH = 2C 6 H 5 OK + H 2
2Na + 2CH 3 COOH = 2CH 3 COONa + H 2
Качественные реакции
Качественной реакцией на щелочные металлы является окрашивание пламени их катионами: Li + окрашивает пламя в красный цвет, Na + — в желтый, а K + , Rb + , Cs + — в фиолетовый.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Осуществите химические превращения Na→Na 2 O→NaOH→Na 2 SO 4 |
| Решение | 4Na + O 2 →2Na 2 O
|