Решебник по химии 9 класс Габриелян | Страница 71

Галогеноводороды — это летучие водородные соединения галогенов. В промышленности важнейший из них — хлороводород — получают прямым синтезом из хлора и водорода:

(H₂ + Cl₂ → 2HCl).

В лаборатории галогеноводороды получают взаимодействием твёрдых галогенидов с концентрированными кислотами. Например:

(H₂SO₄(конц.) + NaCl(тв.) → NaHSO₄ + HCl↑).

Скорость синтеза галогеноводородов напрямую зависит от прочности связи между атомами в молекуле. В ряду HF — HCl — HBr — HI длина связи увеличивается, а прочность уменьшается. Следовательно, скорость синтеза растёт в том же порядке: HF < HCl < HBr < HI.

Высшие оксиды галогенов, например, хлор(VII) — Cl₂O₇, бром(V) — Br₂O₅ и йод(VII) — I₂O₇, содержат галоген в высшей степени окисления. Эти соединения являются кислотными оксидами, они взаимодействуют с водой, образуя соответствующие кислоты. Например:

(Cl₂O₇ + H₂O → 2HClO₄).

Из-за высокой активности галогенов, особенно в высоких степенях окисления, такие оксиды не получают прямым синтезом из простых веществ. Они образуются в результате сложных многостадийных реакций, часто с применением окислителей.

Для качественного распознавания галогенид-ионов (Cl⁻, Br⁻, I⁻) используют раствор нитрата серебра (AgNO₃). При добавлении его к раствору соли с галогенид-ионом образуется осадок соответствующего галогенида серебра:

(Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ — белый осадок),

(Ag⁺ + Br⁻ → AgBr↓ — светло-жёлтый осадок),

(Ag⁺ + I⁻ → AgI↓ — жёлтый осадок).

Фторид-ион (F⁻) является исключением. Он не образует осадка с ионами серебра, так как фторид серебра растворим в воде. Его распознают по другим реакциям, например, осаждением фторидов кальция:

(Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓ — белый осадок).

Молекулы галогеноводородов (HF, HCl, HBr, HI) состоят из атома водорода и атома галогена, между которыми образуется ковалентная полярная связь. Эта связь образуется за счёт перекрывания орбиталей атома водорода (1s¹) и соответствующей валентной орбитали атома галогена (например, 2p у F).

Схема на примере HF:

H (1s¹) + F (2p⁵) → H–F (ковалентная полярная связь)

Общий электронный облак смещён к фтору, так как он более электроотрицателен.

Полярность связи от HF к HI уменьшается, так как электроотрицательность галогена убывает в ряду:

F > Cl > Br > I.

Прочность связи также убывает от HF к HI, так как увеличивается длина связи (радиус атома галогена растёт), и связь становится менее прочной.

• Все являются кислотами, диссоциирующими в воде с образованием ионов H⁺ и соответствующих галогенид-ионов.

• Обладают способностью реагировать с основаниями, солями и металлами.

• Сила кислот увеличивается от HF к HI: HF — слабая кислота, остальные — сильные.

• Степень диссоциации в воде: HF частично диссоциирует, HCl, HBr, HI — полностью.

• Окислительно-восстановительные свойства различны: например, HI легко окисляется.

1. Реакция с основанием:

• Молекулярное: (HCl + NaOH → NaCl + H₂O)

• Ионное: (H⁺ + OH⁻ → H₂O)

2. Реакция с металлом (цинком):

• Молекулярное: (Zn + 2HBr → ZnBr₂ + H₂↑)

• Ионное: (Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂↑)

Для распознавания галогенид-ионов используют раствор нитрата серебра (AgNO₃), с которым галогениды образуют осадки разного цвета.

5. (AgNO₃ + NaF → нет осадка) — фторид-ион не даёт осадка

6. (AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃) — белый осадок

7. (AgNO₃ + NaBr → AgBr↓ + NaNO₃) — светло-жёлтый осадок

8. (AgNO₃ + NaI → AgI↓ + NaNO₃) — жёлтый осадок

• Пробирка без осадка — NaF

• Белый осадок — NaCl

• Светло-жёлтый — NaBr

• Ярко-жёлтый — NaI

а) Fe₂(SO₄)₃ + KI → FeSO₄ + I₂ + K₂SO₄

Определим степени окисления: Fe³⁺ → Fe²⁺ (восстановление)

I⁻ → I₂ (окисление)

Электронный баланс:

Fe³⁺ + 1e⁻ → Fe²⁺

2I⁻ → I₂ + 2e⁻

На 2Fe³⁺ нужно 2e⁻ → берём 2Fe³⁺ и 2I₂

Коэффициенты:

2Fe₂(SO₄)₃ + 6KI → 4FeSO₄ + 3I₂ + 3K₂SO₄

б) NaBr + Cl₂ → NaCl + Br₂

Электронный баланс: Br⁻ → Br₂ (окисление)

Cl₂ → Cl⁻ (восстановление)

Уравнение:

2NaBr + Cl₂ → 2NaCl + Br₂

в) KBr + KMnO₄ + H₂SO₄ → Br₂ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

Степени окисления:

Br⁻ → Br₂ (окисление)

Mn⁷⁺ → Mn²⁺ (восстановление)

Баланс:

2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻

Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺

Наименьшее общее кратное — 10

Уравниваем:

5Br₂ + 2Mn

Уравнение: 10KBr + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ → 5Br₂ + 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 8H₂O

Окислители и восстановители:

В а):

Окислитель — Fe³⁺ (в Fe₂(SO₄)₃),

Восстановитель — I⁻ (в KI)

В б):

Окислитель — Cl₂,

Восстановитель — Br⁻ (в NaBr)

В в):

Окислитель — Mn⁷⁺ (в KMnO₄),

Восстановитель — Br⁻ (в KBr)

В данной задаче происходит взаимодействие двух веществ с соляной кислотой:

3. (NaCl + HCl → не выделяется газ)

4. (Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑) — здесь выделяется газ (CO₂).

Рассчитаем количество вещества CO₂:

(n = V / Vm = 0,784 л / 22,4 л/моль = 0,035 моль)

Из уравнения видно, что на 1 моль CO₂ приходится 1 моль Na₂CO₃.

Значит, (n(Na₂CO₃) = 0,035 моль)

Найдём массу Na₂CO₃:

(m = n × M = 0,035 × 106 = 3,71 г)

Масса смеси — 5,30 г

Тогда масса NaCl: (5,30 − 3,71 = 1,59 г)

Найдём массовые доли:

ω(Na₂CO₃) = 3,71 / 5,30 ≈ 0,70 или 70%

ω(NaCl) = 1,59 / 5,30 ≈ 0,30 или 30%

Ответ: массовая доля карбоната натрия — 70%, хлорида натрия — 30%.

Пусть молярная масса металла — M.

Тогда:

Молярная масса хлорида металла: (M + 35,5)

Молярная масса бромида металла: (M + 80)

Согласно условию:

(M + 80) = 1,31 × (M + 35,5)

Раскроем скобки:

M + 80 = 1,31M + 46,505

80 − 46,505 = 1,31M − M

33,495 = 0,31M

M ≈ 108 г/моль

Это металл с молярной массой около 108 г/моль — серебро (Ag).

Ответ: серебро.

Вот диаграмма, иллюстрирующая объём производства соляной кислоты в России (1 млн т в год) по сравнению с другими странами:

• Китай — 5 млн т

• США — 3 млн т

• Германия — 2,5 млн т

• Индия — 1,8 млн т

• Россия — 1 млн т

На диаграмме видно, что Россия заметно уступает Китаю и США по объёму производства.

Хлорид калия (KCl) — важнейшее неорганическое соединение, находящее широкое применение в различных отраслях. Наиболее масштабная область его использования — сельское хозяйство. Здесь он выступает в роли калийного удобрения, одного из трёх основных элементов питания растений (вместе с азотом и фосфором). Калий способствует формированию устойчивых к болезням и засухе растений, повышает урожайность и улучшает вкусовые качества продукции. KCl является составной частью комплексных удобрений и применяется в сельском хозяйстве в огромных количествах по всему миру.

Кроме того, хлорид калия используется в химической промышленности для получения металлического калия и в качестве сырья при производстве других калийных солей. В медицинской практике его применяют в виде растворов для восполнения дефицита калия в организме, так как этот элемент необходим для нормального функционирования сердца и мышц. Также KCl включается в состав некоторых лекарств, внутривенных растворов и биологических добавок.

В промышленности KCl используется при производстве стекла, моющих средств, при гальванических процессах и в качестве флюса при пайке и сварке. В пищевой промышленности он применяется как заменитель поваренной соли в диетических продуктах, особенно для людей с ограничением потребления натрия.

Таким образом, хлорид калия — это не только удобрение, но и ценное вещество с множеством технических и медицинских применений.

Фторид натрия (NaF) представляет собой важное соединение, которое широко применяется в медицине, химической промышленности и коммунальном хозяйстве. Одной из самых известных и распространённых областей его использования является профилактика кариеса. Фторид натрия входит в состав зубных паст, ополаскивателей и лечебных гелей, укрепляя эмаль зубов и снижая риск разрушения тканей. Также его используют в программах фторирования питьевой воды для улучшения стоматологического здоровья населения.

В металлургии NaF применяют в качестве флюса при пайке и сварке алюминия и его сплавов, где он помогает удалять оксидные плёнки и способствует качественному соединению деталей. В химической промышленности фторид натрия используется для синтеза других фторсодержащих соединений, в том числе фтористоводородной кислоты, а также в качестве катализатора и осушителя.

Фторид натрия также применяют для борьбы с насекомыми и грызунами, особенно в прошлом — как компонент инсектицидов и родентицидов. Однако в современных условиях его применение в этой области ограничено из-за токсичности и риска для окружающей среды.

Также NaF применяется в стекольной промышленности и при производстве эмалей, глазурей, специальных сортов стекла. Его способность изменять свойства расплава делает его ценным компонентом в технологии стеклоделия.

Таким образом, фторид натрия — это соединение с важным значением как в медицинской профилактике, так и в промышленности.

Бромид калия (KBr) — бесцветное кристаллическое вещество с широким спектром применения, особенно в медицине, аналитической химии и фототехнике. В прошлом он широко использовался в медицине как седативное и противосудорожное средство. Его назначали при эпилепсии, повышенной возбудимости и бессоннице. Хотя сегодня бромид калия утратил своё значение в фармакологии в большинстве стран из-за появления более эффективных и безопасных препаратов, он всё ещё используется в ветеринарии, в частности, при лечении эпилепсии у собак.

В аналитической химии KBr используется для подготовки проб в инфракрасной спектроскопии (ИК-спектроскопии). Его высокая прозрачность в инфракрасной области делает его идеальным материалом для изготовления кювет и таблеток, в которые впрессовывают образцы для исследования. Это применение остаётся актуальным и важным в научных исследованиях и химическом анализе.

Кроме того, бромид калия используется в фотографии, особенно в традиционной чёрно-белой фотопечати. Он входит в состав светочувствительных эмульсий на основе бромида серебра. Хотя цифровая фотография вытеснила плёночную, KBr всё ещё используется в учебных и научных целях, а также в художественной фотопечати.

Также соединение используется в производстве специальных видов стекла и в лабораторной практике как реактив. В некоторых случаях KBr применяется в качестве компонента буровых растворов при добыче нефти и газа.

Бромид калия остаётся ценным веществом в ряде узкоспециализированных сфер, несмотря на сокращение его применения в медицине.

Хлорид кальция (CaCl₂) — соединение с огромным промышленным, коммунальным и бытовым значением. Он хорошо растворим в воде и обладает сильными гигроскопическими свойствами, что делает его эффективным влагопоглотителем. В быту и промышленности его используют в качестве осушителя воздуха, упаковок и помещений, где требуется поддержание низкой влажности.

Одна из наиболее известных областей применения CaCl₂ — борьба с обледенением. Его применяют для посыпки дорог, тротуаров и других поверхностей зимой, поскольку он эффективно понижает температуру замерзания воды, способствует таянию льда и предотвращает образование наледи. В отличие от поваренной соли, он действует при более низких температурах и менее агрессивен по отношению к бетону.

В пищевой промышленности CaCl₂ используется в качестве пищевой добавки (E509) — для укрепления текстуры продуктов (например, при производстве сыра или консервированных овощей), а также в технологии производства напитков, чтобы повысить уровень кальция. В медицинской практике растворы хлорида кальция применяются для восполнения дефицита кальция в организме, при аллергических реакциях и других показаниях.

В строительной индустрии CaCl₂ добавляют в бетонные смеси для ускорения схватывания цемента и повышения морозостойкости. Также он используется в нефтедобыче, холодильной технике, химическом производстве и при осушении газов.

Таким образом, хлорид кальция — это универсальное вещество с широчайшим спектром применения в промышленности, медицине, коммунальной сфере и быту.

Аммиак (NH₃) широко применяют в промышленных холодильных установках благодаря его высокой эффективности в качестве хладагента. У него отличные термодинамические свойства — он обладает большой скрытой теплотой испарения, то есть при переходе из жидкого состояния в пар он поглощает значительное количество тепла, эффективно охлаждая окружающую среду.

Кроме того, аммиак дёшев, легко доступен и хорошо обнаруживается по запаху при утечках, что повышает безопасность эксплуатации. Он не разрушает озоновый слой и при правильном обращении экологически безопаснее многих фреонов. Всё это делает аммиак популярным выбором в пищевой промышленности, на ледовых аренах и других объектах, где необходима мощная и надёжная система охлаждения.