Какие окислительно восстановительные свойства проявляет бор
Статьи
Основное общее образование
Линия УМК Лунина. Вводный курс (7)
Линия УМК В. В. Лунина. Химия (8-9)
Химия
Неметаллы – вещества, обладающие неметаллическими свойствами и находящиеся в правом верхнем углу таблицы Менделеева. Открытие неметаллов произошло сравнительно недавно, в отличии от металлов, которые издавна известны человеку. В настоящее время открыто 22 неметаллических элемента.
11 апреля 2019
Положение неметаллов в периодической системе
Как же определить, относится вещество к металлам или к неметаллам?
Если внимательно посмотреть на Периодическую систему Д.И. Менделеева (подробно с классификацией элементов знакомимся в параграфе 42 учебника по химии для 8 класса под редакцией Еремина В.В.) и провести условную диагональ от водорода через бор до астата и неоткрытого пока элемента № 118, таблица неметаллов займет правый верхний угол.
Каждый горизонтальный период таблицы заканчивается элементом с завершенным внешним энергетическим уровнем. Эта группа элементов носит название благородные газы и имеет особые свойства, с которыми можно познакомиться в параграфе 18 учебника «Химия» для 8 класса под редакцией Еремина В.В.
При рассмотрении электронного строения неметаллов можно заметить, что энергетические уровни атома заполнены электронами больше чем на 50% (исключение – бор), и у элементов, расположенных в таблице справа налево количество электронов на внешнем уровне увеличивается. Поэтому в химических реакциях эта группа веществ может быть как акцептором электронов с окислительными свойствами, так и донором электронов с восстановительными свойствами.
Вещества, образующие диагональ бор-кремний-германий-мышьяк-теллур, являются уникальными, и в зависимости от реакции и реагента могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства. Их называют металлоиды. В химических реакциях они проявляют преимущественно восстановительные свойства.
Химия. Базовый уровень. 10 класс. Учебник.
Учебник написан преподавателями химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Простота и доступность изложения курса органической химии , большое количество иллюстраций , а также разнообразные вопросы упражнения и задачи способствуют успешному усвоению учебного материала. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования.
Купить
Физические свойства неметаллов. Аллотропия
Если смотреть на металлы, то невооруженным глазом можно заметить общие свойства — металлический блеск, твердое агрегатное состояние (исключение — жидкая ртуть), тепло- и электропроводность.
С неметаллами все намного сложнее. Они могут иметь молекулярное и немолекулярное строение. Благодаря различиям в строении, простые вещества неметаллы существуют в трех агрегатных состояниях:
- Молекулярные:
- Летучие, газообразные, бесцветные кислород, водород.
- Газообразные, окрашенные хлор, азот, фтор.
- Единственный жидкий представитель — темно-красный бром.
- Твердые, но хрупкие вещества с невысокой температурой плавления — кристаллы йода, серы, белого фосфора.
- Немолекулярные:
- Твердые вещества с высокой температурой плавления — кремний, графит, алмаз и красный фосфор.
Большинство из неметаллических веществ плохо проводят электричество и тепло.
Исключением является графит — разновидность углерода.
Аллотропия — уникальная способность неметаллического элемента образовывать несколько простых веществ. В естественной среде существуют аллотропные модификации элементов, которые отличаются физическими и химическими свойствами. К ним относятся озон и кислород, графит и алмаз. Подробнее о физических свойствах неметаллов вы можете узнать в учебнике «Химия. 9 класс».
Химические свойства неметаллов
Как мы разобрали выше, группа неметаллов довольно полиморфна и в зависимости от типа реакций, в которых они участвуют, могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Фтор — исключение в этом ряду. Он всегда окислитель.
В ряду F,O,N,CL,Br,I,S,C,Se,P,As,Si,H окислительные свойства уменьшаются. Восстановительные свойства кислород может проявлять только в отношении фтора.
- Реакции с металлами.
В этом типе реакций проявляются окислительные свойства и неметаллы принимают электроны с образованием отрицательно заряженных частиц.
Са + Сl2 = СаСl2
Са + O2 = СаO2
Na + Сl2 = Na+Сl2
- Реакции с водородом
Практически все неметаллы реагируют с водородом. Лишь благородные газы составляют исключение для реакций данного типа. Продуктом реакции являются летучие водородные соединения:
Cl2 + H2 = 2HCl
С + 2Н2 = СН4
- Реакции с кислородом.
Неметаллы образуют кислотные или несолеобразующие оксиды.
S + O2 = SO2
P + 5O2 = 2P2O5
4. Взаимодействие с водой и кислотами для неметаллов не характерно.
Что ещё почитать?
ОГЭ по химии — 2019: расписание, критерии оценивания, типы заданий
Биография Д.И. Менделеева. Интересные факты из жизни великого химика
Карбоновые кислоты
Массовая доля вещества
История открытия неметаллов
Медная посуда, железные орудия труда, золотые украшения — издавна человек замечал, что у всех этих веществ есть определенные общие свойства:
- они проводят тепло и электрический ток;
- для них характерен металлический блеск;
- благодаря пластичности и ковкости им можно придать любую форму;
- для всех веществ характерна металлическая кристаллическая решетка.
В противовес металлам были и другие вещества, не обладающие металлическими свойствами, и названные соответственно неметаллами. Практически до конца XVII века ученым-алхимикам было известно всего лишь два вещества-неметалла — углерод и сера.
В 1669 году Бранд в поисках «философского камня» открыл белый фосфор. И за короткий период с 1748 по 1798 годы было открыто около 15 новых металлов и 5 неметаллов.
Попытки открытия фтора стоили исследователям не только здоровья, но и жизни. Деви, братья Кнокс, Гей-Люссак — это неполный список жертв науки, что потеряли здоровье в попытках выделить фтор из плавикового шпата. Лишь в 1886 году Муассан решил сложную задачу способом электролиза. И получил первый галоген, а ещё – ядовитый хлор. Во времена Первой мировой войны его использовали как оружие массового поражения.
В настоящее время открыто 22 неметаллических элемента.
#ADVERTISING_INSERT#
Простые вещества — неметаллы, их свойства и способы получения
I. Физические свойства неметаллов
Видео: “Физические свойства неметаллов”
Для неметаллов — простых веществ более характерно различие свойствах (физических и химических), чем их общность. Разнообразие свойств неметаллов объясняется, тем, что неметаллы могут иметь два типа кристаллической решетки: молекулярную (все газы, белый фосфор, сера, йод) и атомную (бор, кристаллический кремний, алмаз, графит). Для сравнение – металлы имеют металлическую кристаллическую решетку.
Физические свойства простых веществ – неметаллов.
Для неметаллов (простых веществ) характерны все 3 агрегатных состояния при обычных условиях (сравнить – все металлы, кроме ртути, в обычных условиях твердые вещества).
Твердые вещества: различные модификации серы, йод кристаллический, графит, фосфор, уголь активированный, кристаллический или аморфный кремний, бор.
а. единственное жидкое при обычных условиях простое вещество – это бром.
б. Газообразные вещества – неметаллы – это О2, N2, H2, Cl2, F2.
Для неметаллов характерна разнообразная цветовая гамма: белый — фосфор, черный — фосфор, графит, красный — фосфор, бром, желтый – сера, фиолетовый – йод, бесцветный – кислород, азот, водород. (Почти все металлы имеют серебристо-белый цвет).
Температуры плавления: от 38000 С (графит) до -2100 С (азот). Для сравнения – металлы: от 33800 С (вольфрам) до -38,90 С (ртуть).
Некоторые неметаллы электропроводны (графит, кремний), имеют металлический блеск (йод, графит, кремний). По этим признакам напоминают металлы, но все они – хрупкие вещества.
II. Химические свойства неметаллов
Интерактивная схема: “Химические реакции неметаллов”
Химические элементы-неметаллы могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, в зависимости от химического превращения, в котором они принимают участие.
Атомы самого электроотрицательного элемента – фтора – не способны отдавать электроны, он всегда проявляет только окислительные свойства, другие элементы могут проявлять и восстановительные свойства, хотя намного в меньшей степени, чем металлы. Наиболее сильными окислителями являются фтор, кислород и хлор, преимущественно восстановительные свойства проявляют водород, бор, углерод, кремний, фосфор, мышьяк и теллур. Промежуточные окислительно-восстановительные свойства имеют азот, сера, йод.
1. Взаимодействие с простыми веществами
- Взаимодействие с металлами:
2Na + Cl2 = 2NaCl
Fe + S = FeS
6Li + N2 = 2Li3N
2Ca + O2 = 2CaO
в этих случаях неметаллы проявляют окислительные свойства, они принимают электроны, образуя отрицательно заряженные частицы.
- Взаимодействие с другими неметаллами:
а) взаимодействуя с водородом, большинство неметаллов проявляет окислительные свойства, образуя летучие водородные соединения – ковалентные гидриды:
3H2 + N2 = 2NH3
H2 + Br2 = 2HBr
б) взаимодействуя с кислородом , все неметаллы, кроме фтора, проявляют восстановительные свойства:
S + O2 = SO2
4P + 5O2 = 2P2O5
в) при взаимодействии с фтором фтор является окислителем, а кислород – восстановителем:
2F2 + O2 = 2OF2
г) неметаллы взаимодействуют между собой, более электроотрицательный металл играет роль окислителя, менее электроотрицательный – роль восстановителя:
S + 3F2 = SF6
C + 2Cl2 = CCl4
2. Взаимодействие со сложными веществами
- Многие неметаллы проявляют восстановительные свойства при взаимодействии со сложными веществами:ZnO + C = Zn + CO, S + 6HNO3 конц = H2SO4 + 6NO2 + 2H2О
- Существуют и такие реакции, в которых один и тот же неметалл является одновременно и окислителем и восстановителем:
Cl2 + H2О = HCl + HClO
III. Общие способы получения неметаллов
1. Физические методы получения неметаллов
В качестве сырья для получения ряда неметаллов в промышленности используют воздух.
Сначала при пониженной температуре и повышенном давлении воздух сжижают. Затем, используя перегонку (дистилляцию), из жидкого воздуха получают азот N2, кислород O2 и аргон Ar. В ходе перегонки первым испаряется азот (при температуре −196°C), потом — аргон (при −186°C) и последним — кислород (при температуре −183°C).
Промышленная установка для разделения воздуха методом перегонки.
Аналогично от нелетучих примесей отделяют встречающуюся в природе самородную серу. Для этого руду нагревают выше +450°C и пары кипящей серы S конденсируют.
2. Химические методы получения неметаллов
Химические методы получения неметаллов связаны с проведением окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых неметаллические химические элементы могут как повышать, так и понижать степень окисления.
Например, хлор Cl2 в промышленности получают путём электролиза раствора хлорида натрия NaCl. При пропускании постоянного электрического тока через раствор этого вещества, протекает химическая реакция:
2NaCl−1+2H2O → 2NaOH+H2↑+Cl02↑
Для того, чтобы получить кремний Si, в промышленности в электрических печах прокаливают смесь песка SiO2 с коксом C. При этом протекает химическая реакция:
SiO2+2C→t° Si0+2CO↑
Лабораторные способы получения неметаллов также связаны с проведением окислительно-восстановительных реакций. Чаще всего это либо реакции разложения, либо реакции замещения.
Например, кислород O2 в лабораторных условиях можно получить путём разложения пероксида водородаH2O2. Протекает реакция разложения:
2H2O2−1→ 2H2O+O20↑
Водород H2 в лаборатории можно получить, используя цинк Zn и соляную кислоту HCl. Протекает реакция замещения:
IV. Тест
Выполните тест. Выберите букву, соответствующую правильному ответу, и прочтите фразу-напутствие на следующий урок.
1. Где расположены химические элементы – неметаллы в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева:
у) в главных подгруппах
ф) в побочных подгруппах
х) в главных и побочных подгруппах
2. Какая электронная формула отражает строение атома неметалла:
г)…2s1
д) …3s23p5
е) …4s2
3. Какой из атомов неметаллов не может переходить в возбужденное состояние:
а) азот
б) хлор
в) сера
4. Молекула аллотропного видоизменения кислорода – озона:
х) одноатомна
ц) полимерна
ч) трехатомна
5. Какой вид химической связи в простых веществах, образованных атомами неметаллов:
ж) ковалентная полярная
з) ионная
и) ковалентная неполярная
6. Какой тип кристаллической решетки у (Si)n:
а) молекулярна
б) ионная
в) атомная
7. Какую степень окисления имеет азот в соединении HNO3:
п) +3
р) +5
с) -3
8. Какой из перечисленных элементов обладает наиболее ярко выраженными окислительными свойствами:
а) кислород
б) хлор
в) сера
9. Как изменяется химическая активность неметаллов в периоде:
а) уменьшается
б) увеличивается
в) не изменяется
10. Как изменяются кислотные свойства водородных соединений неметаллов в ряду: NH3 – H2S – HCl :
н) ослабевают
о) усиливаются
п) не изменяются
11. Какой из перечисленных оксидов обладает наиболее ярко выраженными кислотными свойствами:
р) SiO2
с) P2O5
т) Cl2O7
12. Какая из перечисленных кислот самая сильная:
е) HClO4
ж) H2SO4
з) H3PO4
13. С каким настроением Вы пришли на урок:
!) хорошим
-) плохим
?) отвратительным
ЦОРы
Видео: “Физические свойства неметаллов”
Интерактивная схема: “Химические реакции неметаллов”
Химические элементы-неметаллы.
Химические элементы, образующие простые вещества-неметаллы, располагаются в правом верхнем углу ПСХЭ Д.И. Менделеева. Таких химических элементов всего 16. Слева направо по периоду и снизу вверх по главной подгруппе радиусы атомов химических элементов уменьшаются, окислительные свойства и значения относительной электроотрицательности увеличиваются. Самый электроотрицательный элемент – фтор.
Особенностями строения атомов неметаллов по сравнению с металлами являются сравнительно небольшие атомные радиусы и большое число внешних электронов (как правило, 4 и более). Для большинства неметаллов будут более характерны окислительные свойства – им легче принимать электроны, чем отдавать.
Строение и физические свойства простых веществ-неметаллов.
Простых веществ-неметаллов больше, чем химических элементов-неметаллов. Это обусловлено явлением аллотропии. Аллотропией называют способность атомов одного и того же химического элемента образовывать несколько простых веществ – аллотропных модификаций.
Например, химический элемент кислород образует две аллотропные модификации: кислород (необходимый для дыхания) и озон (защищающий Землю от УФ-лучей). Химический элемент сера образует три аллотропные модификации, самая устойчивая из которых при комнатной температуре – ромбическая сера. Известно несколько аллотропных модификаций углерода. Среди них алмаз, графит и фуллерен.
В простых веществах-неметаллах реализуется ковалентная неполярная химическая связь. Кристаллические структуры этих веществ могут быть атомными или молекулярными. Вещества с атомной кристаллической решеткой отличаются тугоплавкостью, твердостью, нелетучестью. Атомную кристаллическую решетку имеют кремний, алмаз, графит, бор. Вещества с молекулярной кристаллической решеткой легкоплавки и летучи. Во-первых, это газообразные при н. у. неметаллы (водород, кислород, хлор, фтор), единственный жидкий при н. у. неметалл – бром, твердые неметаллы (сера, белый фосфор, йод).
Окислительные свойства неметаллов. В реакциях с металлами неметаллы всегда являются окислителями. При взаимодействии металлов с кислородом образуются, как правило, оксиды. Например, при горении магния в кислороде образуется оксид магния:
При взаимодействии металлов с галогенами образуются галогениды металлов. Например, при взаимодействии железа с хлором образуется хлорид железа(III):
При взаимодействии некоторых активных металлов с водородом образуются гидриды металлов. Например, при нагревании натрия с водородом образуется гидрид натрия:
При нагревании активных металлов с азотом (только литий реагирует с азотом без нагревания) образуются нитриды, в которых азот проявляет степень окисления -3. Например, при нагревании калия с азотом образуется нитрид калия:
Другие бинарные соединения металлов также образуются при взаимодействии металлов с соответствующими неметаллами. При нагревании железного и серного порошков образуется сульфид железа(II):
При взаимодействии магния с кремнием образуется силицид магния:
Неметаллы могут выступать в роли окислителей не только в реакциях с металлами, но и с другими неметаллами, значения относительной электроотрицательности которых будут ниже.
Например, при взаимодействии водорода с хлором водород проявляет восстановительные свойства, а хлор – окислительные:
При горении серы в кислороде: сера – восстановитель, кислород – окислитель:
Кислород и некоторые другие неметаллы могут выступать в роли окислителей и в реакциях со сложными веществами. Горение метана в кислороде:
Реакции замещения более активными галогенами менее активных в солях:
Восстановительные свойства неметаллов. Восстановительные свойства неметаллов проявляются в реакциях как с другими (более электроотрицательными) неметаллами, так и с некоторыми сложными веществами.
В реакциях с фтором все неметаллы проявляют восстановительные свойства. А с кислородом только фтор будет выступать в роли окислителя. При взаимодействии азота с кислородом под действием электрического разряда образуется монооксид азота. Азот в данном случае выступает в роли восстановителя:
При взаимодействии фосфора с избытком хлора образуется пентахлорид фосфора:
Сера проявляет восстановительные свойства, например, в реакции с концентрированной серной кислотой, в результате которой образуется сернистый газ и вода:
В составе серной кислоты сера – окислитель, а простое вещество сера – восстановитель.
Определение
Окислительно -восстановительные реакции (ОВР) — реакции, протекающие с изменением степени окисления одного или нескольких элементов.
Окислительно-восстановительные реакции играют важную роль в природе и технике. Фотосинтез, дыхание, брожение, накопление энергии в клетках сопровождаются переносом электронов. Разделяя процессы окисления и восстановления, удается превращать энергию химических реакций в электрическую. Этот принцип лежит в основе работы гальванических элементов и аккумуляторов.
К числу ОВР принадлежат все реакции между простыми и сложными веществами, между двумя простыми веществами, а также некоторые случаи взаимодействия сложных веществ:
$overset{0}{Fe} + overset{+2}{Cu}overset{+6}{S} overset{-2}{O_4} = overset{+2}{Fe}overset{+6}{S} overset{-2}{O_4} +overset{0}{Cu}$
$2overset{0}{Mg} + overset{0}{O_2} = 2overset{+2}{Mg}overset{-2}{O}$
$2overset{+1}{K} overset{-1}{I} + 4overset{+1}{H}overset{+5}{N}overset{-2}{O_3} = overset{0}{I_2} + 2overset{+4}{N}overset{-2}{O_2} + 2overset{+1}{K} overset{+5}{N}overset{-2}{ O_3} + 2overset{+1}{H_2}overset{-2}{O}$
При окислительно-восстановительных реакциях происходит переход электронов от одних атомов к другим.
Определение
Атом, отдающий электрон, то есть повышающий свою степень окисления, называют восстановителем, а атом, принимающий электрон (его степень окисления понижается) – окислителем.
Часто термины окислитель и восстановитель переносят и на вещества, в состав которых входят соответствующие атомы. В результате реакции окислитель восстанавливается, а восстановитель окисляется.
Определение
Процесс отдачи атомом электронов называется окислением, а процесс принятия атомом электронов — восстановлением.
Запомни! Нельзя путать название процесса передачи электронов с функцией атома, которую он проявляет в этом процессе.
Восстановителем может быть атом элемента, а восстановление — это процесс принятия электронов.
| $underline{O}$кислитель | $underline{textrm{В}}$осстановитель |
|---|---|
| $underline{textrm{В}}$зял электроны | $underline{O}$тдал электроны |
| $underline{textrm{В}}$осстановился | $underline{O}$кислился |
| $S^{+6} + 2bar{e} rightarrow S^{+4}$ | $S^{-2} -2bar{e} rightarrow S^{0}$ |
| степень окисления $downarrow$ | степень окисления $uparrow$ |
| процесс восстановления | процесс окисления |
| Типичные окислители: | Типичные восстановители: |
|
|
Есть ряд мнемонических правил, которые позволяют лучше запомнить разницу между этими понятиями:
По первым буквам слов можно составить следующие сокращения:
ОВВ: окислитель — взял $bar{e}$ — восстановился
ВОО: восстановитель — отдал — окислился
2. Или использовать словосочетание «окислитель-грабитель».3. Запомнить стихотворение:
Восстановитель — это тот, кто электроны отдает.
Сам отдает грабителю, злодею-окислителю.
Отдает — окисляется, сам восстановителем является.
КЛАССИФИКАЦИЯ ОВР
Определение
Окислительно-восстановительные реакции в которых окислитель и восстановитель входят в состав разных соединений называют межмолекулярными, а ОВР, в которых и окислитель, и восстановитель входят в состав одного и того же соединения — внутримолекулярными.
К числу внутримолекулярных принадлежат реакции термического разложения некоторых веществ, например, сульфата меди(II):
$2CuSO_4 stackrel{700^circ C}{=} 2CuO + 2SO_2 + O_2$
$mathrm{S^{+6} + 2e^– rightarrow S^{+4}}$ |2 2 окислитель, процесс восстановления
$mathrm{2O^{–2} – 4e^– rightarrow O_2^0}$ |4 1 восстановитель, процесс окисления
__________________________________________________________________________________________
$mathrm{2S^{+6} + 2O^{–2} rightarrow 2S^{+4} + O_2^0}$
Внутримолекулярные ОВР, в свою очередь, также делятся на два типа: реакции диспропорционирования и сопропорционирования.
Определение
Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции, в которых окислителем и восстановителем является один и тот же элемент, который в начале реакции находится в одной степени окисления, называют диспропорционированием.
К числу таких реакций принадлежит, например, разложение пероксида водорода на воду и кислород.
$2H_2overset{-1}{O_2} rightarrow 2H_2overset{-2}{O} + overset{0}{O_2}$.
Определение
Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции, в результате которых атомы одного и того же элемента, находящиеся в разных степенях окисления, приобретают одну промежуточную, называют сопропорционированием.
Примером служит взаимодействие сернистого газа с сероводородом, приводящее к образованию серы:
$2H_2overset{-2}{S} + overset{+4}{S}O_2 = 3overset{0}{S} + 2H_2O$.