В каком соединении хлор проявляет только восстановительные свойства
Основаны на процессе окисления анионов Cl-
2Cl— 2e- = Cl20
Электролиз водных растворов хлоридов, чаще — NaCl:
2NaCl + 2Н2O = Cl2↑ + 2NaOH + H2↑
Окисление конц. HCI различными окислителями:
4HCI + MnO2 = Cl2↑ + МпCl2 + 2Н2O
16НСl + 2КМпО4 = 5Cl2↑ + 2MnCl2 + 2KCl + 8Н2O
6HCl + КСlO3 = ЗCl2↑ + KCl + 3Н2O
14HCl + К2Сr2O7 = 3Cl2↑ + 2CrCl3 + 2KCl + 7Н2O
Хлор — очень сильный окислитель. Окисляет металлы, неметаллы и сложные вещества, превращаясь при этом в очень устойчивые анионы Cl-:
Cl20+ 2e- = 2Cl-
Активные металлы в атмосфере сухого газообразного хлора воспламеняются и сгорают; при этом образуются хлориды металлов.
Примеры:
Cl2+ 2Na = 2NaCl
3Cl2 + 2Fe = 2FeCl3
Малоактивные металлы легче окисляются влажным хлором или его водными растворами:
Примеры:
Cl2 + Сu = CuCl2
3Cl2 + 2Аu = 2AuCl3
Хлор непосредственно не взаимодействует только с O2, N2, С. С остальными неметаллами реакции протекают при различных условиях.
Образуются галогениды неметаллов. Наиболее важной является реакция взаимодействия с водородом.
Примеры:
Cl2 + Н2 =2НС1
Cl2 + 2S (расплав) = S2Cl2
ЗCl2 + 2Р = 2РCl3 (или РCl5 — в избытке Cl2)
2Cl2 + Si = SiCl4
3Cl2 + I2 = 2ICl3
Примеры:
Cl2 + 2KBr = Br2 + 2KCl
Cl2 + 2KI = I2 + 2KCl
Cl2 + 2HI = I2 + 2HCl
Cl2 + H2S = S + 2HCl
ЗСl2 + 2NH3 = N2 + 6HCl
В результате самоокисления-самовосстановления одни атомы хлора превращаются в анионы Cl-, а другие в положительной степени окисления входят в состав анионов ClO- или ClO3-.
Cl2 + Н2O = HCl + НClO хлорноватистая к-та
Cl2 + 2КОН =KCl + KClO + Н2O
3Cl2 + 6КОН = 5KCl + KClO3 + 3Н2O
3Cl2 + 2Са(ОН)2 = CaCl2 + Са(ClO)2+ 2Н2O
Эти реакции имеют важное значение, поскольку приводят к получению кислородных соединений хлора:
КClO3 и Са(ClO)2 — гипохлориты; КClO3 — хлорат калия (бертолетова соль).
а) замещение атомов водорода в молекулах ОВ
б) присоединение молекул Cl2 по месту разрыва кратных углерод-углеродных связей
H2C=CH2 + Cl2 → ClH2C-CH2Cl 1,2-дихлорэтан
HC≡CH + 2Cl2 → Cl2HC-CHCl2 1,1,2,2-тетрахлорэтан
Хлороводород и соляная кислота
HCl — хлорид водорода. При об. Т — бесцв. газ с резким запахом, достаточно легко сжижается (т. пл. -114°С, т. кип. -85°С). Безводный НСl и в газообразном, и в жидком состояниях неэлектропроводен, химически инертен по отношению к металлам, оксидам и гидроксидам металлов, а также ко многим другим веществам. Это означает, что в отсутствие воды хлороводород не проявляет кислотных свойств. Только при очень высокой Т газообразный HCl реагирует с металлами, причем даже такими малоактивными, как Сu и Аg.
Восстановительные свойства хпорид-аниона в HCl также проявляются в незначительной степени: он окисляется фтором при об. Т, а также при высокой Т (600°С) в присутствии катализаторов обратимо реагирует с кислородом:
2HCl + F2 = Сl2 + 2HF
4HCl + O2 = 2Сl2 + 2Н2O
Газообразный HCl широко используется в органическом синтезе (реакции гидрохлорирования).
1. Синтез из простых веществ:
Н2 + Cl2 = 2HCl
2. Образуется как побочный продукт при хлорировании УВ:
R-H + Cl2 = R-Cl + HCl
3. В лаборатории получают действием конц. H2SO4 на хлориды:
H2SО4(конц.) + NaCl = 2HCl↑ + NaHSО4 (при слабом нагревании)
H2SО4(конц.) + 2NaCl = 2HCl↑ + Na2SО4 (при очень сильном нагревании)
HCl очень хорошо растворяется в воде: при об. Т в 1 л Н2O растворяется ~ 450 л газа (растворение сопровождается выделением значительного количества тепла). Насыщенный раствор имеет массовую долю HCl, равную 36-37 %. Такой раствор имеет очень резкий, удушающий запах.
Молекулы HCl в воде практически полностью распадаются на ионы, т. е. водный раствор HCl является сильной кислотой.
1. Растворенный в воде HCl проявляет все общие свойства кислот, обусловленные присутствием ионов Н+
HCl → H+ + Cl-
Взаимодействие:
а) с металлами (до Н):
2HCl2 + Zn = ZnCl2 + H2
б) с основными и амфотерными оксидами:
2HCl + CuO = CuCl2 + Н2O
6HCl + Аl2O3 = 2АlCl3 + ЗН2O
в) с основаниями и амфотерными гидроксидами:
2HCl + Са(ОН)2 = CaCl2 + 2Н2О
3HCl + Аl(ОН)3 = АlСl3 + ЗН2O
г) с солями более слабых кислот:
2HCl + СаСО3 = CaCl2 + СO2 + Н3O
HCl + C6H5ONa = С6Н5ОН + NaCl
д) с аммиаком:
HCl + NH3 = NH4Cl
Реакции с сильными окислителями F2, MnO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7. Анион Cl-окисляется до свободного галогена:
2Cl— 2e- = Cl20
Уравнения реакция см. «Получение хлора». Особое значение имеет ОВР между соляной и азотной кислотами:
Взаимодействие:
а) с аминами (как органическими основаниями)
R-NH2 + HCl → [RNH3]+Cl-
б) с аминокислотами (как амфотерными соедимнеиями)
Оксиды и оксокислоты хлора
Кислородсодержащие соединения хлора — чрезвычайно неустойчивые вещества, так как включают атомы Cl в нестабильных положительных с. о. Тем не менее некоторые из них имеют важное практическое значение.
гипохлориты | хлориты | хлораты | перхлораты |
NaClOKClOCa(ClO)2 | Ca(ClO2)2 | KClO3 бертолетова сольMg(ClO3)2 | KClO4NaClO4NH4ClO4 |
1. Все оксокислоты хлора и их соли являются сильными окислителями.
2. Почти все соединения при нагревании разлагаются за счет внутримолекулярного окисления-восстановления или диспропорционирования.
Примеры:
Хлорная известь
Хлорная (белильная) известь — смесь гипохлорита и хлорида кальция, обладает отбеливающим и дезинфицирующим действием. Иногда рассматривается как пример смешанной соли, имеющей в своем составе одновременно анионы двух кислот:
Жавелевая вода
Водный раствор хлорида и гапохлорита калия KCl + KClO + H2O
Глава 4. Обобщение знаний по химии за курс основной школы. Подготовка к ГИА
Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называют реакции, в ходе которых происходит изменение степеней окисления элементов, образующих реагирующие вещества.
Окислитель — вещество (элемент в составе этого вещества), принимающее электроны. Само оно при этом восстанавливается.
Восстановитель — вещество (элемент в составе этого вещества), отдающее электроны. Само оно при этом окисляется.
Примеры тестовых заданий и рекомендации к их выполнению
1. Веществом, которое за счёт аниона проявляет только восстановительные свойства, является
1)H2SO4 2) SO2 3) Na2SO3 4) H2S
Восстановителем является та частица, в которой элемент имеет наименьшее значение степени окисления. Так как все анионы веществ, данных в вариантах ответов, образованы серой, то наименьшее значение степени окисления равно -2 (сера — элемент VI группы, и её атому недостаёт до завершения внешнего слоя именно двух электронов). Это значение степени окисления имеет сера в сероводороде. Ответ: 4.
2. Хлор проявляет только восстановительные свойства в соединении, формула которого
1)КСlO 2) КСlO4 3)Сl2O7 4) НСl
Данное задание выполняется по аналогии с предыдущим. Ответ: 4.
3. Процессу восстановления соответствует схема
Достаточно сложное задание, однако эту сложность легко преодолеть, используя логику. Так как процесс восстановления — это понижение степени окисления, то сразу следует исключить ответ 3 и обратить внимание на ответ 4, поскольку сера изменила степень окисления. Определив значение этого изменения с 0 до -2, можно сделать вывод, что именно ответ 4 является верным. В этом случае не нужно будет испытывать затруднений и тратить время для определения степеней окисления в катионе аммония и в сульфит-анионе. Ответ: 4.
4. Элемент бром является восстановителем в реакции, уравнение которой
Ответы 2 и 3 из претендентов на верный ответ следует сразу исключить, так как металлы (простые вещества) проявляют только восстановительные свойства. Анализ изменения степени окисления брома для первого уравнения (от -1 до 0) позволяет сделать вывод, что этот ответ является верным. Ответ: 1.
5. Азот в аммиаке проявляет восстановительные свойства в реакции, уравнение которой
Следует знать, что в аммиаке и ионе аммония азот имеет одинаковую степень окисления -3, поэтому из числа возможных верных ответов исключаются ответы 1,2 и 3. В ответе 4 азот повышает свою степень окисления с -3 в аммиаке до +2 в оксиде азота (II). Ответ: 4.
6. Схеме превращения 
соответствует схема
реакции
Отправной точкой для нахождения верного ответа служит в исходной схеме. Знание того, что атомы в простых веществах имеют степень окисления, равную 0, позволяет исключить ответы 1 и 4. Из двух оставшихся сразу же выбирается ответ 3, так как именно в аммиаке азот имеет степень окисления -3. Ответ: 3.
7. Изменению степени окисления
соответствует схема превращений
Так как во всех четырёх вариантах первое звено представлено простым веществом — серой, все они соответствуют первому звену искомой схемы. Следовательно, анализируются вторые звенья на предмет нахождения соединений серы в степени окисления +4. Это варианты 1 и 4. Третье звено (сера в степени окисления +6) содержится в варианте 4. Это и есть верный ответ. Ответ: 4.
Возможный равноценный вариант поиска верного ответа мог быть основан на определении последних звеньев, в которых записаны соединения серы в степени окисления +6. Это варианты ответов 2 и 4. Анализ вторых звеньев данных вариантов на предмет нахождения соединений серы в степени окисления +4 также позволяет определить верный ответ. Ответ: 4.
8. Установите соответствие между схемой химической реакции (левый столбец) и изменением степени окисления окислителя (правый столбец).
Ключевыми словами для выполнения этого задания являются «изменение степени окисления окислителя», т. е. элемента, понижающего значение степени окисления. Это позволит исключить из правого столбика процессы с участием восстановителей (отдачи электронов) — 2, 4 и 6. Остаётся установить соответствие между четырьмя схемами и тремя процессами изменения степени окисления окислителей. Схеме А, в которой степень окисления железа +3, соответствует процесс 3; схеме Б, в которой хлор имеет степень окисления 0, соответствует процесс 5; схеме В, в которой хлор имеет степень окисления +5, соответствует процесс 1.
Некоторые сложности вызовет схема Г, так как железо в железной окалине (Fe3O4) имеет два значения степени окисления: +2 и +3 (FeO • Fe2O3) и именно железо в степени окисления +3 является окислителем (соответствие Г — 3). Ответ: 3513.
9. Установите соответствие между схемой химической реакции (левый столбец) и изменением степени окисления восстановителя (правый столбец).
Ключевыми словами для выполнения этого задания являются «изменение степени окисления восстановителя», т. е. элемента, отдающего электроны и соответственно повышающего свою степень окисления. Это позволит исключить из правого столбика процессы с участием окислителей (принятия электронов)— 1, 5 и 6. Остаётся установить соответствие между четырьмя схемами и тремя процессами изменения степеней окисления восстановителей. Схеме А, в которой степень окисления иода 0, соответствует процесс 2; схеме Б, в которой азот катиона аммония имеет степень окисления -3, соответствует процесс 3.
Некоторые сложности вызовут схемы В и Г, так как это реакции диспропорционирования, в которых один и тот же элемент выступает как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. Однако выполнение этого задания ограничено рамками его условия. Для схемы В из двух вариантов происходящих изменений степени окисления иода выбирается процесс окисления, в котором он выступает в качестве восстановителя (соответствие В— 2). Аналогично для схемы Г из двух вариантов происходящих изменений степени окисления азота выбирается процесс окисления, в котором он выступает в качестве восстановителя (соответствие Г —4). Ответ: 2324.
10. Установите соответствие между схемой превращения элемента (левый столбец) и уравнением ОВР (правый столбец).
Превращению А в качестве продуктов реакции соответствуют соединения серы в форме сульфат-иона 
. Следовательно, этому превращению соответствует уравнение 3.
Превращению Б в качестве продуктов реакции соответствуют соединения хлора в форме хлорид-иона — Сl-. Следовательно, этому превращению соответствует уравнение 4.
Легко установить соответствие В — 1, так как свободная сера указана только в одном из приведённых уравнений.
Аналогично устанавливается соответствие Г — 2, так как хлор в степени окисления -1 указан в левой части только одного из приведённых уравнений. Ответ: 3412.
1. Не является окислительно-восстановительной реакция, схема которой
2. Только восстановительные свойства проявляет вещество, формула которого
1)SO2 2) НСl 3)Н2 4) Na2S
3. Только окислительные свойства проявляет вещество, формула которого
1)I2 2) F2 3)Н2 4)N2
4. Соляная кислота выполняет роль восстановителя в реакции, уравнение которой
5. Процессу последовательного восстановления соответствует цепочка
6. Пероксид водорода проявляет окислительные свойства в реакции, схема которой
7. Установите соответствие между формулой вещества (левый столбец) и степенью окисления фосфора в нём (правый столбец).
8. Установите соответствие между схемой реакции (левый столбец) и изменением степени окисления окислителя (правый столбец).
9. Установите соответствие между изменением степени окисления хлора (левый столбец) и схемой реакции (правый столбец).
10. Установите соответствие между схемой реакции (левый столбец) и изменением степени окисления восстановителя (правый столбец).
Окислительно-восстановительные реакции. Ответы
Галогены (греч. hals — соль + genes — рождающий) — химические элементы VIIa группы: F, Cl, Br, I, At. Реагируют с большинством
других элементов и органических соединений.
Галогены широко распространены в природе. Их химическая активность падает от фтора к астату.
Общая характеристика элементов VIIa группы
От F к At (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств.
Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.
Все галогены относятся к неметаллам, являются сильными окислителями.
Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2np5:
- F — 2s22p5
- Cl — 3s23p5
- Br — 4s24p5
- I — 5s25p5
- At — 6s26p5
Для галогенов характерны нечетные степени окисления: -1, +1, +3, +5, +7. Это связано с электронной конфигурацией атомов
в возбужденном состоянии.
Природные соединения
- NaCl — галит (каменная соль)
- CaF2 — флюорит, плавиковый шпат
- NaCl*KCl — сильвинит
- 3Ca3(PO4)2*CaF2 — фторапатит
- MgCl2*6H2O — бишофит
- KCl*MgCl2*6H2O — карналлит
Простые вещества — F2, Cl2, Br2, I2
Галогены в чистом виде можно получить путем электролиза водных растворов и расплавов их солей. Например, хлор в промышленности получают
электролизом водного раствора хлорида натрия.
NaCl + H2O → (электролиз) NaOH + H2↑ + Cl2↑
Электролизом расплава гидрофторида калия KHF2 в безводной плавиковой кислоте — HF — был впервые получен фтор.
HF → F2 + H2
Более активные галогены способны вытеснять менее активные. Активность галогенов убывает: F → Cl → Br → I.
Cl2 + KBr → Br2 + KCl
Cl2 + KI → I2 + KCl
В лабораторных условиях галогены могут быть получены следующими реакциями.
HCl + MnO2 → MnCl2 + Cl2 + H2O
HCl + KMnO4 → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O
Химические свойства
- Реакции с металлами
- Реакции с неметаллами
- Реакции с водой
- Реакции с щелочами
- Окислительные способности
Для галогенов характерна высокая реакционная способность. Фтор реагирует со всеми металлами без исключения, некоторые из них в атмосфере
фтора самовоспламеняются.
Al + F2 → AlF3
Cu + Cl2 → CuCl2
Na + Br2 → NaBr
Хлор, как и фтор, химически весьма активен. Не реагирует только с кислородом, азотом и благородными газами.
Cl2 + Si → SiCl4
Cl2 + H2 → HCl (на свету)
F2 + H2 → HF (в темноте со взрывом)
Галогены вступают в реакцию друг с другом. Чтобы определить степени окисления в получающихся соединениях, вспомните электроотрицательность 😉
Br2 + F2 → BrF (фтор более электроотрицателен, чем бром — F-)
Br2 + I2 → IBr3 (бром более электроотрицателен, чем йод — Br-)
Реакция фтора с водой протекает очень энергично, носит взрывной характер.
H2O + F2 → HF + O2
Хлор реагирует с водой обратимо, образуя хлорную воду — смесь хлорноватистой и соляной кислоты. Бром вступает в те же реакции, что и хлор.
Cl2 + H2O → HCl + HClO
H2O + Br2 → HBr + HBrO
Замечу, что активность йода существенно ниже, чем у остальных галогенов. С неметаллами йод почти не реагирует, а с металлами — только при
нагревании.
Cl2 + NaOH → NaCl + NaClO + H2O
Cl2 + NaOH → (t) NaCl + NaClO3 + H2O
Галогены способны вытеснять друг друга из солей. Более активные вытесняют менее активные.
KCl + F2 → KF + Cl2
KBr + Cl2 → KCl + Br2
KBr + I2 ⇸ (реакция не идет, так как йод менее активен, чем бром)
Галогеноводороды
Соединения, образованные из галогенов и водорода. К галогеноводородам относятся следующие вещества:
- HF — фтороводород (газ), фтороводородная (плавиковая) кислота (жидкость)
- HCl — хлороводород (газ), соляная кислота (жидкость)
- HBr — бромоводород, бромоводородная кислота
- HI — йодоводород, йодоводородная кислота
- HAt — астатоводород, астатоводородная кислота
При н.у. HCl, HBr, HI — газы, хорошо растворимые в воде.
Получение
В промышленности применяют получение прямым методом: реакцией водорода с галогенами.
H2 + Cl2 → HCl
В лабораторных условиях галогеноводороды можно получить в реакциях обмена между галогенсодержащими солями и сильными кислотами.
NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl↑
CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + HF
PBr3 + H2O → HBr↑ + H3PO3
H2S + I2 → S + HI
Химические свойства
- Кислотные свойства
- С солями
- Восстановительные свойства
- Реакция с оксидом кремния
HF — является слабой кислотой, HCl, HBr, HI — сильные кислоты. Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить
водород из кислоты.
Mg + HBr → MgBr2 + H2↑
Zn + HCl → ZnCl2 + H2↑
Галогеноводороды реагируют с основными, амфотерными оксидами и основаниями с образованием соответствующих солей.
Na2O + HCl → NaCl + H2O
ZnO + HI → ZnI2 + H2O
KOH + HCl → KCl + H2O (реакция нейтрализации)
Cr(OH)3 + HCl → CrCl3 + H2O
Реакции протекают в тех случаях, если в результате выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).
AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3
Li2CO3 + HBr → LiBr + H2CO3
В некоторых реакциях проявляют себя как сильные восстановители, особенно HI.
HI + MnO2 → I2 + MnI2 + H2O
HI + H2SO4 → I2 + H2S + H2O
HI + O2 → H2O + I2
HI + Br2 → HBr + I2
HCl + H2SO4 → Cl2 + SO2 + H2O
В целом взаимодействие галогеноводородов с оксидами неметаллов нехарактерно. В этой связи важно выделить реакцию SiO2 с
плавиковой кислотой.
SiO2 + HF → SiF4 + H2O
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.