В каких реакциях неметаллы проявляют восстановительные свойства

Статьи

Основное общее образование

Линия УМК Лунина. Вводный курс (7)

Линия УМК В. В. Лунина. Химия (8-9)

Химия

Химические
свойства неметаллов
В соответствии с численными
значениями относительных электроотрицательностей окислительные способности неметаллов
увеличивается в следующем порядке: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl,
O, F.
Неметаллы как окислители

Окислительные свойства неметаллов
проявляются при их взаимодействии:

·        
с
металлами: 2Na + Cl2 = 2NaCl;

·        
с
водородом: H2 + F2 = 2HF;

·        
с
неметаллами, которые имеют более низкую электроотрицательность: 2Р + 5S = Р2S5;

·        
с
некоторыми сложными веществами: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,

2FeCl2
+ Cl2 = 2 FeCl3.

Неметаллы как восстановители

1.    
Все
неметаллы (кроме фтора) проявляют восстановительные свойства при взаимодействии
с кислородом:

S + O2
= SO2, 2H2 + O2 = 2H2О.

Кислород
в соединении с фтором может проявлять и положительную степень окисления,
т. е. являться восстановителем. Все остальные неметаллы проявляют
восстановительные свойства. Так, например, хлор непосредственно с кислородом не
соединяется, но косвенным путем можно получить его оксиды (Cl2O, ClO2,
Cl2O2), в которых хлор проявляет положительную степень
окисления. Азот при высокой температуре непосредственно соединяется с
кислородом и проявляет восстановительные свойства. Еще легче с кислородом
реагирует сера.

2.    
Многие
неметаллы проявляют восстановительные свойства при взаимодействии со сложными
веществами:

ZnO + C = Zn + CO, S + 6HNO3 конц = H2SO4
+ 6NO2 + 2H2О.

3.    
Существуют
и такие реакции, в которых один и тот же неметалл является одновременно и
окислителем и восстановителем:

Cl2
+ H2О = HCl + HClO.

4.    
Фтор
― самый типичный неметалл, которому нехарактерны восстановительные свойства,
т. е. способность отдавать электроны в химических реакциях.

Соединения неметаллов

Неметаллы могут образовывать
соединения с разными внутримолекулярными связями.
Виды соединений неметаллов

Общие формулы водородных
соединений по группам периодической системы химических элементов приведены в таблицe:

С металлами водород образует (за
некоторым исключением) нелетучие соединения, которые являются твердыми
веществами немолекулярного строения. Поэтому их температуры плавления
сравнительно высоки. С неметаллами водород образует летучие соединения
молекулярного строения (например, фтороводород HF, сероводород H2S,
аммиак NH3, метан CH4). В обычных условиях это газы или
летучие жидкости. При растворении в воде водородные соединения галогенов, серы,
селена и теллура образуют кислоты той же формулы, что и сами водородные
соединения: HF, HCl, HBr, HI, H2S, H2Se, H2Te.
При растворении в воде аммиака образуются аммиачная вода, обычно обозначаемая
формулой NH4OH и называемая гидроксидом аммония. Ее также обозначают
формулой NH3∙H2O и называют гидратом аммиака.
С кислородом неметаллы образуют
кислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления,
равную номеру группы (например, SO2, N2O5), а
других ― более низкую (например, SO2, N2O3).
Кислотным оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислот
одного неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень
окисления. Например, азотная кислота HNO3 сильнее азотистой HNO2,
а серная кислота H2SO4 сильнее сернистой H2SO3.

Характеристики кислородных соединений неметаллов

1.    
Свойства
высших оксидов (т. е. оксидов, в состав которых входит элемент данной
группы с высшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно
изменяются от основных к кислотным.

2.    
В
группах сверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают. Об
этом можно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам.

3.    
Возрастание
кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева
направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих
элементов.

4.    
В
главных подгруппах периодической системы химических элементов в направлении
сверху вниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов уменьшаются.

1. Галогены

1) С кислородом из галогенов реагирует только фтор:

F2 + O2 → O2F2 (или OF2)

Cl2 + O2 → реакция не идет.

2) С водой реагируют все галогены, но по-разному: фтор окисляет воду, другие галогены диспропорционируют в ней:

2F2 + 2H2O → 4HF + O2

Cl2 + H2O → HCl + HClO

3) Все галогены взаимодействуют с водородом:

H2 + F2 → 2HF

H2 + Cl2 → 2HCl

H2 + Br2 → 2HBr

4) Из солей галогены реагируют: 1) с галогенидами (если галоген в простом веществе является более сильным окислителем, чем галоген в соли) и 2) с сульфидами:

Cl2 + CaBr2 → CaCl2 + Br2

Cl2 + CaF2 → реакция не идет, так как Cl2 обладает менее выраженными окислительными свойствами, чем F2.

С сульфидами:

Br2 + Na2S → 2NaBr + S.

Если можем окислить металл:

Cl2 + 2FeCl2 → 2FeCl3

5) Все галогены реагируют с металлами:

3F2 + 2Fe → 2FeF3

3Br2 + 2Fe → 2FeBr3

Cl2 + Cu → CuCl2

Окислительный свойства йода выражены слабее, чем у других галогенов, поэтому с такими металлами, как Fe и Cu, он взаимодействует по-другому:

I2 + Fe → FeI2

I2 + 2Cu — > 2CuI

6) Галогены — сильные окислители, окисляют такие сложные вещества, как H2S, H2O2, NH3, SO2 и др:

Br2 + H2S → S + 2HBr

H2O2 + Cl2 → 2HCl + O2

3Cl2 + 8NH3 → N2 + 6NH4Cl

Cl2 + 2FeCl2 → 2FeCl3

7) Не реагируют с оксидами

8) Не реагируют с кислотами за исключением одной реакции (только I2 и только с концентрированной азотной кислотой):

10HNO3(конц.) + I2 →  2HIO3 + 10NO2 + 4H2O (t)

9) Диспропорционируют в растворах щелочей:

2F2 + 2NaOH → OF2 + 2NaF + H2O (продукты этой реакции на ЕГЭ не проверяются, но необходимо знать, что реакция протекает)

Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O (аналогично для Br2, I2)                  

3Cl2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO3 + 3H2O (при нагревании, аналогично для Br2, I2).

2. Сера (желтое вещество, плавает на поверхности воды, не смачиваясь ею)

1) реагирует с кислородом:

S + O2 → SO2

2) Реагирует с водородом:

S + H2 <=> H2S

3) Реагирует с металлами

S + Fe → FeS (t)

2Na + S → Na2S

4) Реагирует со всеми неметаллами, кроме N2, I2 и благородных газов:

S + N2 → реакция не идет

S + I2 →  реакция не идет

5S + 2P → P2S5

2S + C → CS2

S + 3F2 → SF6

S + Br2 → SBr2

5) Реагирует с кислотами-окислителями:

S + 6HNO3(конц.)&nbsp → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

S + 2HNO3(разб.) → H2SO4 + 2NO

S + H2SO4(конц.) → 3SO2 + 2H2O (t)

3. Азот (прочная тройная связь)

Реагирует только с O2, H2, F2 (со фтором реакции на ЕГЭ не встречаются) и металлами.

1) Реагирует с кислородом (электрический разряд или 2000ºС)

N2 + O2 → 2NO

2) Реагирует с водородом (обратимая, экзотермическая реакция):

N2 + 3H2 <=> 2NH3

3) Реагирует с металлами с образованием нитридов (с Li без нагревания, с остальными — только при нагревании):

N2 + 2Al → 2AlN (t)

N2 + 3Mg → Mg3N2 (t)

4) Не реагирует с H2O, кислотами, оксидами, солями.

4. Фосфор

Основные аллотропные модификации: красный (атомная кристаллическая решетка) и белый (P4, молекулярная кристаллическая решетка). Белый фосфор — ядовитое вещество, самовоспламеняется на воздухе. Красный фосфор стабилен и ядовитым не является.

1) Реагирует с кислородом:

4P + 3O2 → 2P2O3 (недостаток O2)

4P + 5O2 → 2P2O5 (избыток O2)

2) Не реагирует с водородом:

P + H2 → реакция не идет.

3) Диспропорционирует в растворах щелочей:

P4 + 3NaOH + 3H2O → PH3­ + 3NaH2PO2 (t°, гипофосфит натрия)

4) Реагирует с кислотами-окислителями:

2P + 5H2SO4(конц.) → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O (t)

5HNO3(конц.) + P → H3PO4 + 5NO2 + H2O

5HNO3(разб.) + 3P +2H2O → 3H3PO4 + 5NO

5) Окисляется сильными окислителями:

6P + 5KClO3 → 3P2O5 + 5KCl

6) Реагирует с металлами с образованием фосфидов:

P + Na → Na3P

2P + 3Ca → Ca3P2

7) Реагирует с серой, галогенами:

2P + 3Cl2&nbsp → 2PCl3 (недостаток Cl2)

2P + 5Cl2 → 2PCl5 (избыток Cl2)

2P + 3I2 → 2PI3 (с I2 возможно только образованием PI3, PI5 не образуется)

8) Реагирует с соединениями P+5:
3PCl5 + 2P → 5PCl3

5. Углерод

1) Реагирует с кислородом:

C + O2 → CO2

2) Реагирует с водородом:

С + 2H2 → CH4

3) Реагирует с кислотами-окислителями:

C + H2SO4(конц.) → CO2 + 2SO2 + 2H2O (t)

C + 4HNO3(конц.)&nbsp → CO2 + 4NO2 + 2H2O (t)

4) Используется при получении фосфора:

Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 → 5CO + 2P + 3CaSiO3

6. Кремний

1) Реагирует с кислородом:

Si + O2 → SiO2 (кварц, песок)

2) Не реагирует с водородом:

Si + H2 → реакция не идет.

3) Растворяется в щелочах:

Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2­

4) Не реагирует с растворами кислот. Реагирует только с HF:

Si + 4HF → SiF4 + 2H2 (t).