Какие общие свойства хлора и марганца

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

П л а н

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 ns2p5.
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: 1s22s22p63s23p53d
(валентность I),

Cl*: 1s22s22p63s23p43d1
(валентность III),

Cl**: 1s22s22p63s23p33d2
(валентность V),

Cl***: 1s22s22p63s13p33d3
(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:

Н2 (+):

(F2 – со взрывом; Br2, I2 –
на свету и при повышенной температуре.)

О2 (–).

Металлы (+):

2Na + Cl2 = 2NaCl;

2Fe + 3Cl2 2FeCl3.

Неметаллы (+/–):*

N2 + Cl2 реакция не идет.

Н2О (+):

Основные оксиды (–).

Kислотные оксиды (–).

Основания (+/–):

Kислоты (+/–):

2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2,

HCl + Br2
реакция не идет.

Соли (+/–):

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2,

KCl + Br2
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•MgCl2).
Большое количество хлоридов содержится в
морской воде. Хлор входит в состав хлорофилла.
Природный хлор состоит из двух изотопов 35Cl
и 37Cl. Подчеркнем, что в случае хлора число
нейтронов в атоме возможно рассчитать только для
каждого изотопа в отдельности:

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

37Cl, 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):

MnO2 + 4HCl (конц.) = MnCl2 + Cl2 + 2H2O,

2KMnO4 + 16HCl (конц.) = 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O,

KClO3 + 6HCl (конц.) = KCl + 3Cl2 + 3H2O,

K2Cr2O7 + 14HCl (конц.) = 2CrCl3
+ 3Cl2 + 2KCl + 7H2O,

Ca(ClO)2 + 4HCl (конц.) = CaCl2 + 2Cl2 + 2H2O.

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 = ZnCl2 + H2,

HCl + Cu реакция
не идет,

2HCl + CaO = CaCl2 + H2O,

HCl + NaOH = NaCl + H2O,

2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2.

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

Ag+ + Cl– —> AgCl,

AgNO3 + NaCl —> AgCl + NaNO3.

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.) + H2SO4 (конц.) = HCl + NaHSO4.

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

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 (HClO3) –
существует только в разбавленных растворах. Сама
кислота и ее соли (хлораты) являются сильными
окислителями. Наиболее известной солью этой
кислоты является хлорат калия (бертолетова соль).

5KClO3 + 6P = 3P2O5 + 5KCl,

KClO3 + 3MnO2 + 6KOH = KCl + 3K2MnO4
+ 3H2O,

4KClO3 + 3K2S = 4KCl + 3K2SO4.

Многие соли кислородсодержащих кислот хлора
термически неустойчивы, например:

2KClO3 2KCl + 3O2,

4KClO3 3KClO4
+ KCl (без катализатора),

3KClO KClO3 +
2KCl,

KClO4 KCl + 2O2.

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

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.

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 % NaClO3.

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 NaNO2; 2,24 л O2; 8,13
г KClO3.

4. Kакой объем хлора (н.у.) можно получить из 1
м3 раствора (плотность 1,23 г/см3),
содержащего 20,7 % хлорида натрия и 4,3 %
хлорида магния?

Ответ. 61,2 м3.

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.

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.

Решение

Уравнение реакции:

Далее с избытком KBr из полученной смеси (HCl, MSO4,
избыток Cl2 или избыток MSO3) с
выделением Br2 может реагировать только Cl2:

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2, (2)

(Br2)
= m(Br2)/M(Br2) = 1,6/160 = 0,01 моль.

По уравнению реакции (2):

(Cl2)
= (Br2) = 0,01
моль.

Суммарно в двух реакциях израсходовано хлора:

(Cl2)
= m(Cl2)/M(Cl2) = 1,42/71 = 0,02 моль.

Следовательно, в реакции (1) прореагировало:

0,02 – 0,01 = 0,01 моль Cl2.

По уравнению реакции (1):

(MSO3)
= n(Cl2) = 0,01 моль;

M(MSO3) = m(MSO3)/(MSO3) = 2,17/0,01 = 217 г/моль.

Таким образом, соль, участвующая в реакции, –
сульфит бария BaSO3.

Уравнение реакции (1):

BaSO3 + Cl2 + H2O = 2HCl + BaSO4.

(BaSO4)
= (BaSO3) = 0,01
моль,

m(BaSO4) = (BaSO4)•M(BaSO4) = 0,01•233 = 2,33 г.

Ответ. 2,33 г BaSO4.

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 % NaClO3.

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 + Н2 —> В,

А + Н2О В +
С,

А + Н2О + SО2 —> В + … ,

С —> В + … .

Ответ. Вещества: А – Сl2,
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 – Br2;
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 – I2,
C – HIO3.

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 = BaCl2 + 2KOH;

б) CaH2 + 2Br2 = CaBr2 + 2HBr;

в) 5KClO3 + 6P
5KCl + 3P2O5 .

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 MnO2;
1391,6 г H2SO4.

Уравнения реакций:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2,

NaCl (тв.) + H2SO4 (конц.) = HCl + NaHSO4 ,

MnO2 + 4HCl = Cl2 + MnCl2 + 2H2O,

2Cl2 + 2Ca(OH)2 Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O.

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 + Cl2 = 2KCl + I2,

I2 + 5Cl2 + 6H2O = 2HIO3 +
10HCl.

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

Продолжение следует