Учебно-методическое пособие по неорганической химии Барнаул 1999 Т. И. Немыкина, Т. П. Разгоняева. Галогены: Учебно-методическое пособие по неорганической химии



страница1/2
Дата09.07.2019
Размер471 Kb.
#118648
ТипУчебно-методическое пособие
  1   2


Министерство общего и профессионального образования РФ

Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова

Бийский технологический институт


Т.И. Немыкина, Т.П. Разгоняева

Галогены
Учебно-методическое пособие по неорганической химии

Барнаул 1999
УДК 541
Т.И. Немыкина, Т.П. Разгоняева. Галогены: Учебно-методическое пособие по неорганической химии.

Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова, БТИ. – Бийск.

Издательство Алт. гос. техн. ун-та, 1999, – 34 с.

Содержит сведения по основным свойствам галогенов, методические указания к лабораторной работе и задания для самостоятельной работы студентов.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех форм обучения, изучающих курс «Неорганическая химия».

Рассмотрено и утверждено

на заседании кафедры

неорганической и

аналитической химии.

Протокол № 179 от 06.07.98


Рецензент: кандидат химических наук, доцент Г.В. Багров.




1 Теоретическая часть

Электронная конфигурация валентных уровней галогенов имеет общую формулу ... ns2 np5. В свободном виде галогены двухатомны (Г2). У галогенов на внешнем энергетическом уровне не хватает только одного электрона до октета (наиболее устойчивой электронной конфигурации). Поэтому все они характеризуются большим сродством к электрону. Наиболее характерная степень окисления -1. Но, в отличие от фтора, Cl2, Br2, J2 могут переходить в возбужденное состояние, так как у них есть свободные валентные уровни. По этой причине, а также вследствие увеличения атомного радиуса они могут сравнительно легко отдавать электроны, приобретая в соединениях положительные степени окисления.

В таблице 1 приведены все возможные электронные конфигурации галогенов и их степени окисления.
Таблица1 - Электронные конфигурации галогенов






Распределение электронов на валентных уровнях в нормальном и возбужденном состояниях

Степень

окисления




F



   





1




Cl,

   




1, +1


Br,




    





+3



J



     




+5





      




+7


У галогенов сильно выражены окислительные свойства

Г2 + 2е  2Г .

Фтор  самый сильный окислитель из всех элементов периодической системы. С увеличением атомного радиуса окислительные свойства галогенов убывают.



окислительные свойства

F2 Cl2 Br2 J2

восстановительные свойства
В водных растворах хлор, бром, йод склонны к реакциям диспропорционирования.

на холоде



Г2 + 2КОН KГ + KГО + H2O.
Йод при взаимодействии с сильными окислителями может проявлять только восстановительные свойства.
J2 + 10HNO3  2HJO3 + 10NO2 + 4H2O.
Даже при растворении в воде имеет место химическое взаимодействие

Г2 + H2O HГ + HГО.
Правда, процесс этот обратимый, и равновесие сильно смещено в сторону реагентов, так что, в основном, галогены в воде присутствуют в виде гидратов: Г2 nH2O. Раствор хлора в воде называют хлорной водой, раствор брома бромной водой. Так как растворимость йода в воде чрезвычайно мала, то йодную воду готовят, растворяя в J2 в KJ.
J2 + KJ K [ J3 ].


Равновесие также смещено в сторону обратной реакции. Хлорной, бромной и йодной водой пользуются как свободными галогенами.

В отличие от хлора, брома и йода, взаимодействие фтора с водой протекает энергично и до конца.

F2 + H2O  2HF + O .

В результате реакции выделяется атомарный кислород.

С учетом изменения окислительно-восстановительных свойств галогенов каждый предыдущий член этого ряда вытесняет последующий из его бескислородных соединений.

Cl2 + 2KJ  2KCl+ J2.

А в кислородных соединениях предыдущий член может быть вытеснен каждым последующим членом ряда.


J2 + KClO3  Cl2 + KJO3.
Галогены образуют два ряда кислот: бескислородные и кислородосодержащие.

В таблице 2 приведены основные соединения и их устойчивость в водных растворах, а в таблице 3 дана характеристика окислительно-восстановительных свойств галогенов в различных степенях окисления.

Таблица 2 - Основные соединения галогенов





Кислоты

Соли

Сте-пень окисления


Фор-

мула


Номен-клатура


Поведение в водных растворах


Номенкла- тура

Раст-

воримость

1

2

3

4

5

6




HF


фторо-

водо-родная

(плави-

ковая)


слабая, образует ассоциаты (HF)n,

предельная концентрация 40



фториды

(напр.:


KFфторид калия)

раство-ряются

-1

HCl



хлоро-водо-родная

(соляная)


сильная, предельная концентрация  37%




хлориды

(напр.:


KClхлорид калия)

раство-ряются (искл.:

AgCl)





HBr


бромо-

водо-


родная

сильная, предельная концентрация 48



бромиды


раство-ряются (искл.:

AgBr)




HJ


йодо-

водо-родная


сильная, предельная концентрация 70



иодиды


раство-ряются (искл.:

AgJ,


PbJ2)

Продолжение таблицы 2



1

2

3

4

5

6


HClO

хлор-нова-тистая

слабая, неустойчива, существует только в водных растворах



гипохлориты (напр.:

KСlOгипо

хлорит

калия)



раство-ряются

+1

HBrO


бром-нова-тистая

слабая, неустойчива, существует в водных растворах

гипобро-миты


раство-ряются




HJO

йодно-

ватис-


тая

слабая, неустойчива, существует в водных растворах

гипо-иодиты

раство-ряются

+3


HClO2


хлорис-тая


слабая,


крайне неустойчива


хлориты

(напр.:


KClO2  хлорит калия)

раство-ряются





HBrO2

бром-истая

слабая, неустойчива

бромиты

раство-ряются




HJO2

иодис-

тая


слабая, неустойчива

иодиты

раство-ряются

+5

HClO3


хлор-новатая



сильная, 30-40-ные растворы, устойчивы



хлораты

(напр.:


KClO3

хлорат


калия.

[бертоле-това соль]



раство-ряются




HBrO3

бром-новатая

сильная, устойчива

в водных растворах



броматы

раство-ряются




HJO3

йодно-ватая

сильная, получена

в чистом виде



иодаты

раство-ряются

+7

HClO4


хлорная

сильная, устойчива

в водных растворах



перхлораты (напр.:

NaClO4 перхлорат натрия)



раство-ряются

(искл.:


KClO4,

RbClO4,

CsClO4)

Продолжение таблицы 2



1

2

3

4

5

6


HBrO4

бром-ная

сильная, устойчива в водных растворах

пербро- маты

раство-ряются

+7

H5JO6

орто-иодная



получена в виде кристаллов, способность к диссоциации меньше, чем у предыдущих кислот

перорто-иодаты



раство-ряются


Таблица 3 - Поведение галогенсодержащих соединений



в водных растворах


Степень окис-ления

1




0


+1


+3


+5


+7




харак- терные ионные и моле-куляр-ные формы

F , Cl ,

Br , J

F2, Cl2,



Br2, J2

HClO, HBrO,

HJO,


ClO,

BrO,

JO


HClO2,

HBrO2,

HJO2,

ClO2,

BrO2,

JO2




ClO3,

BrO3,

JO3


ClO4,

BrO4,

H4JO6,

JO65

H4JO6





окисли-тельно-восста-новите-льные

свойст-ва




восстанови-тельные свойства:

F - не прояв- ляет, Cl проявляет, если используется HСlконц, Br,

J  сильные восстанови-тели


F2  си-

льный окисли-

тель,

Cl2, Br2,



J2двойствен-

ная при


рода


сильные окислители на свету

(стрелками показано увеличение

окислительной способности)



HClO HBrO HJO

HClO2 HBrO2 HJO2

HClO3 HBrO3 HJO3

HClO4 HBrO4 HJO4








Большинство кислородных соединений галогенов весьма непрочны. Не получено большинство оксидов, а кислоты, в основном, существуют только в водных растворах.

Увеличение прочности кислородсодержащих соединений сопровождается уменьшением окислительной способности. Самый сильный окислитель в ряду: HГO  НГО2  НГО3  НГО4  это кислоты состава НГО. Их окислительная способность на свету усиливается за счет реакции разложения и выделения атомарного кислорода.

НГО  НГ + О .

Так как соединения галогенов в степени окисления 1 характеризуются большой устойчивостью, то в окислительно-восстановительных процессах кислородсодержащие ионы переходят в галогенид-ион:
ГО + 2H+ +2e  Г + H2O,

ГО4 + 8H+ + 8e  Г + 4H2O.


Из бескислородных кислот только HF является слабой кислотой. Степень ее ионизации в 0,1м растворе составляет всего лишь 8, тогда как у HCl  92,6, HBr  93,5, HJ  95. Это обусловлено тем, что молекулы HF образуют за счет водородных связей ассоциаты, например:
F F F

H H H .


(H3F3)

Возможны также ассоциаты состава H2F2, H4F4. По этой причине диссоциация плавиковой кислоты протекает по схемам:


H2F2 + H2O HF2 + H3O+;



H4F4 + H2O H3F4 + H3O+;

HF + H2O F + H3O+.
Таким образом, в растворе наряду с ионами F- существуют ионы HF2, HF3, HF4, что резко уменьшает концентрацию ионов H+(H3O+).


2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Получение галогенов
Опыт 2.1.1 Получение хлора (Включить тягу )
В пробирку насыпать небольшое количество диоксида марганца (один микрошпатель) или перманганата калия, или диоксида свинца, или дихромата калия (по заданию преподавателя). Добавить 5...7 капель концентрированной соляной кислоты (пл.1,19г/см3).

Пробирку осторожно нагреть. Наблюдать выделение хлора. После каждого опыта в пробирку, где получали свободные галогены, добавить по 5...6 капель 1н раствора тиосульфата натрия Na2S2O3, и пробирки сразу вымыть.


Опыт 2.1.2 Получение брома (Включить тягу )
В сухой пробирке смешать несколько кристаллов бромида калия или натрия с равным количеством диоксида марганца. Смесь смочить несколькими каплями концентрированной серной кислоты (пл.1,84г/см3) и слегка подогреть. Отметить выделение и цвет брома. В пробирку добавить 5...6 капель 1н раствора тиосульфата натрия.
Опыт 2.1.3 Получение йода (Включить тягу )
В сухом тигле смешать равные количества иодида калия или натрия с диоксидом марганца (по 2...3 микрошпателя). К полученной смеси добавить 1...2 капли концентрированной серной кислоты (пл. 1,84/см3). Тигель накрыть крышкой или часовым стеклом и нагреть. Через 3...4 минуты приподнять щипцами крышку и отметить цвет паров йода. Снова накрыть тигель крышкой. Прекратив нагревание, дать тиглю остыть. Рассмотрите на обратной стороне крышки или стекла полученные кристаллы йода.

Написать уравнения проведенных реакций и дать как можно полнее описание характерных признаков прохождения реакций.


Ответьте на следующие вопросы:


  • Почему для получения хлора в качестве хлорсодержащего реагента следует использовать только концентрированную соляную кислоту, тогда как для получения брома и йода можно использовать бромиды и иодиды?




  • Зачем при получении брома и хлора в пробирки после того, как пройдет реакция, добавляют тиосульфат натрия?




  • Как называется процесс перехода йода из твердого состояния в газообразное? Какова особенность этого процесса?



2.2 Окислительные свойства свободных галогенов


Опыт 2.2.1 Взаимодействие хлора, брома, йода


с галогенидионами

В три пробирки внести по 3...5 капель растворов: в первую бромида калия или натрия, в две другие  иодида калия или натрия. Во все пробирки добавить по 4...5 капель толуола. В две пробирки с растворами бромида и иодида добавить по 2...4 капли хлорной воды, в третью пробирку с раствором иодида калия  бромной воды. Содержимое пробирок осторожно встряхнуть. Отметить происходящие при этом изменение окраски.




Опыт 2.2.2 Окисление бромом магния или цинка

Внести в пробирку 3...5 капель бромной воды и немного порошка магния или цинка. Перемешать стеклянной палочкой. Отметить обесцвечивание бромной воды.

Написать уравнения соответствующих реакций, описать признаки реакций.
Ответьте на следующие вопросы:


  • С какой целью при получении галогенов в пробирки добавляют толуол? Что наблюдается при этом и как называется это явление?




  • Что представляет собой хлорная и бромная вода? Какая из них является более сильным окислителем? Почему? Сопоставьте теоретические рассуждения со справочными данными окислительно-восстановительных потенциалов.




  • Как можно объяснить обесцвечивание бромной воды в опыте 2.2.2?


2.3 Сравнение восстановительных свойств галогеноводородов

и галогенид-ионов

Опыт 2.3.1 Восстановление серной кислоты


В три пробирки раздельно внести по 2...3 микрошпателя хлорида, бромида и иодида натрия или калия. В каждую пробирку добавить по 3...4 капли концентрированной серной кислоты (пл.1,84г/см3). Наблюдайте появление белого дыма в начале реакции.

На образование каких веществ это указывает? Отметьте выделение бурых паров брома и фиолетовых  йода в соответствующих пробирках. По запаху (ОСТОРОЖНО) определите выделение диоксида серы  во второй и сероводорода в третьей пробирках.

Опыт 2.3.2 Восстановление дихромата калия

В три пробирки внести по 2...4 капли дихромата калия, подкислить 1...2 каплями 2н серной кислоты, добавить по 2...3 капли в первую пробирку иодида калия или натрия, во вторую - столько же какого-либо бромида, в третью - хлорида натрия.

Растворы перемешать чистой стеклянной палочкой. В каком случае восстановление дихромата калия произошло?

Составить уравнения реакций, описать их признаки.


Ответьте на следующие вопросы:


  • Почему при внесении H2SO4 конц. в пробирку с хлоридом калия протекает обменная реакция, а в пробирках с бромидом и иодидом калия  окислительно-восстановительные реакции?

  • Раствор K2Cr2O7 имеет оранжевую окраску. Если дихромат калия взаимодействует с бромидом калия, то должен образоваться бром, также имеющий оранжевую окраску. Таким образом, внешние признаки реакции как бы “отсутствуют”. Как можно подтвердить или опровергнуть протекание реакций? Экспериментальные данные сопоставьте с теоретическими расчетами. Согласуются ли они между собой?




  • В какой последовательности изменяются восстановительные свойства галогенид-ионов? Как это можно объяснить?


2.4 Техника безопасности
Все опыты со свободными галогенами, галогеноводородными и другими концентрированными кислотами ПРОВОДИТЬ ТОЛЬКО В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ И С БОЛЬШОЙ ОСТОРОЖНОСТЬЮ.

В случае отравления хлором или парами брома пострадавшего следует немедленно вывести на свежий воздух и дать понюхать разбавленный раствор аммиака (2-3%) и этиловый спирт. На грудь и горло положить холодные компрессы.

При попадании жидкого брома на кожу его следует удалить сухим ватным тампоном, затем тщательно промыть кожу 10% раствором соды. При серьезном отравлении необходимо вызвать скорую помощь.


3 ВОПРОСЫ К КОЛЛОКВИУМУ ПО ТЕМЕ: ГАЛОГЕНЫ


  1. Характерные степени окисления фтора, хлора, брома, йода?

  2. В каких сосудах можно хранить фтороводород? Как называется его водный раствор? Какие еще фторсодержащие кислоты вы знаете?

  3. Чем объясняется низкая степень диссоциации фторо-водородной кислоты?

  4. Как изменяется сила кислот в ряду: HF HCl HBr HJ, и как это можно объяснить? Дайте систематические и тривиальные названия кислот.

  5. Как получают галогенводородные кислоты?

  6. Как называются оксиды, оксокислоты и соответствующие им соли ?

  7. Охарактеризуйте кислотные, окислительно-восстанови-тельные свойства оксокислот хлора, их устойчивость в водных растворах.

  1. Какими способами можно получить бром?

  2. Какие реакции протекают при взаимодействии концентрированной серной кислоты с хлоридом натрия, с бромидом натрия, с иодидом натрия? Напишите уравнения соответствующих реакций. Объясните, почему реакции протекают различным образом.

  3. Какой состав имеют хлорная, бромная, йодная вода? Напишите уравнения взаимодействия хлорной воды с раствором гидроксида натрия.

  4. Чем объяснить, что энергия диссоциации молекул галогенов увеличивается от фтора к хлору и уменьшается от хлора к йоду?

  5. Чем объяснить повышение температур плавления и кипения в ряду свободных галогенов?

  6. Как изменяется сила кислот в ряду: HClOHBrOHJO? Как изменяется окислительное действие этих кислот?

  7. Какова растворимость йода в воде, спирте и других органических растворителях? Чем объясняется растворимость йода в растворе иодида калия?

  8. В какой степени окисления находятся галогены в природных соединениях? Чем это объясняется?

  9. Какова концентрация галогенводородных кислот, поступающих в продажу?


4 Задачи для домашних заданий

1. Напишите химические формулы для каждого из перечисленных ниже соединений и укажите степени окисления всех элементов, входящих в соединение: а) иодат-ион; б) трииодид калия; в) иодид фосфора (III); г) фторноватистая кислота.

2. Напишите химические формулы для каждого из перечисленных ниже соединений и укажите в каждом из них степени окисления всех элементов: а) хлорноватая кислота; б) трифторид брома; в) окситетрафторид ксенона; г) йодная кислота.
3. В таблице даны некоторые свойства галогенидов серебра. Найдите проблемы, сформулируйте их и объясните.


Формула

0обр.,

кДж/моль

Растворимость, моль/л

AgF

AgCl


AgBr

AgJ


¾205

— 126


¾ 100

— 63


15,0

110-5

510-7

610-9


4. В каком валентном состоянии хлор может быть только окислителем? Привести примеры и написать структурные и электронные формулы.

5. Закончите уравнение окислительно-восстановительной реакции:

Br2 + KCrO2 + KOH ® K2CrO4 +... .

Рассчитайте, сколько брома расходуется на окисление 250 мл 0,1 н раствора хромита калия.

6. Возможна ли реакция между KClO3 и MnO2 в кислой среде? Ответ дайте на основании расчета ЭДС окислительно-восстановительного процесса.

7. Рассчитайте ЭДС системы:

+ J - + H+ ® J2 + H2O

при концентрации H+-ионов, равной 1 моль/л и 1×10-3 моль/л, если были взяты децимолярные растворы KJO3 и KJ. Закончите уравнение окислительно-восстановительной реакции.

8. В каком валентном состоянии хлор может быть только восстановителем?

Напишите электронные и структурные формулы. Приведите 2...3 примера реакций.

9. Используя электронно-ионный метод, закончите уравнение окислительно-восстановительной реакции:

Ca(OH)2 + Br2 ® Ca(BrO3)2 + CaBr2 + H2O.

К какому типу окислительно-восстановительных реакций она относится. Определите эквиваленты окислителя и восстановителя.

10. Опишите химические свойства галогеноводородов и объясните, почему свойства HF существенно отличаются от свойств аналогов.

11. Реакции выражаются схемами:

HJO2 + P + H2O ® H3PO4 + HJ,

Cl2 + H2S + H2O ® H2SO4 + HCl.

Составьте ионно-электронные уравнения, укажите окислитель и восстановитель. Рассчитайте эквивалентные массы окислителя и восстановителя.

12. Вычислите потенциал серебряного электрода в насыщенном растворе бромида серебра (ПРAgBr = 6 × 10-13), содержащем, кроме того, 0,1 моль/л бромида калия.

13. Предскажите, какая из реакций возможна:

CaCl2(к) + F2(г) = CaF2(к) + Cl2(г),

CaF2(к) + Cl2(г) = CaCl2(к) + F2(г).

Проверьте правильность предсказания расчетами с использованием справочных данных.

14. Как изменится ЭДС системы:

MnO4- + H2S + H+ ® Mn2+ + S + H2O,

если концентрацию [H+] - иона увеличить с 0,005 н до 0,1 н?


15. Расставьте, используя электронно-ионный метод, коэффициенты в уравнении:

CrCl3 + Br2 + KOH ® K2CrO4 + KBr + KCl + H2O.

Рассчитайте ЭДС системы

().

16. Ответьте, какие из указанных ниже реакций возможны?

а) KJ + Br2 ® ? в) KCl + J2 ® ?

б) KJO3 + Cl2 ® ? г) KClO3 + Br2 ® ?

Закончите возможные реакции.


17. Сравните стандартные окислительно-восстановительные потенциалы систем:

ClO-n + nH2O + 2ne- Cl- + 2nOH- (n=1, 3, 4).

Как изменяется химическая активность в ряду

ClO- ® ClO3- ® ClO4-?

18. Могут ли совместно существовать: а) хлорная вода и бромистый водород, б) хлорное железо и иодид калия? Ответ дать, используя окислительно-восстановительные потенциалы.

19. Определите направление окислительно-восстановительной реакции:

S + HJ + H2O HJO3 + H2S,

используя значения окислительно-восстановительных потенциалов. Закончите уравнение ионно-электронным методом.

20. Вычислите электродный потенциал системы ClO3 / Cl-, если концентрации ионов [ClO3-]=0,1 моль/л, [Cl-]=5×10-4 моль/л, [H+] = 1×10-2 моль/л.

21. Рассчитайте электродный потенциал системы

ClO4- + 8H+ + 8e Cl- + 4H2O

в начальный момент при концентрации ClO4- ионов, равной 0,1 моль/л, концентрации [H+] - ионов, равной 1×10-3 моль/л.

22. При взаимодействии хлорной кислоты с иодом выделяется хлор и образуется метаиодная кислота, которая превращается в ортоиодную. Напишите уравнения этих реакций, подобрав коэффициенты ионно-электронным методом.

23. Пользуясь таблицей стандартных окислительно-восстанови-тельных потенциалов, определите возможность окисления соляной кислоты действием FeCl3, H2SO4, NaClO, H2O2, KMnO4, NaBiO3. Там, где реакции возможны, напишите уравнения, расставив коэффициенты ионно-электронным методом.

24. Закончить уравнение реакции: Cl2 +J2 + H2O ® .

Чему равны эквиваленты и молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя в этой реакции.

25. Закончить уравнение

NaClO + KJ + H2SO4 ®

и подобрать электронно-ионным методом коэффициенты.

26. Составьте уравнения реакций, которые надо провести, чтобы осуществить превращения:

Cl2 ® HCl ® Cl2 ® KClO3 ®KCl.

27. При пропускании хлора через раствор KJ появившаяся вначале бурая окраска исчезает, и раствор становится бесцветным. Как это можно объяснить?

28. Составьте полное уравнение реакции, которую надо провести, чтобы восстановить ClO3- до Cl- . В качестве восстановителя использован Fe2+aq, который переходит в . Среда кислая. Вычислить стандартное значение ЭДС для этой реакции.

29. Перечислите все отличия химии фтора от химии остальных галогенов.

30. Используя электронно-ионный метод, составьте полное уравнение реакции

KClO3 + HCl ®.

31. Перечислите все отличия химии HCl от химии HClO4.

32. Почему для получения чистого бромистого водорода и йодистого водорода нельзя пользоваться реакцией между их солями и концентрированной серной кислотой? Какие существуют способы получения этих веществ?

33. Что называется хлорной водой? Как доказать, что в хлорной воде одновременно находятся соляная кислота, хлорноватистая кислота, растворенный хлор и вода? Как объяснить исчезновение окраски и запаха хлорной воды при добавлении к ней раствора гидроксида натрия? При подключении нейтрализованного раствора хлорной воды чувствуется запах хлора. Чем можно объяснить это явление? Напишите уравнения реакций.

34. Составьте полное химическое уравнение для каждой из перечисленных ниже реакций :

а) бром образует гипобромит-ион при взаимодействии с водным раствором основания;

б) бром реагирует с водным раствором пероксида водорода, и при этом выделяется кислород;

в) бромоводород образуется при нагревании бромида кальция с фосфорной кислотой;

г) бромоводород образуется при гидролизе бромида алюминия.

35. Почему для получения хлороводорода берут сухую поваренную соль и 70%-ный раствор серной кислоты? Можно ли увеличить концентрацию водного раствора хлороводорода, если упаривать 10%-ный (30%-ный) раствор?

36. Для окисления золота используют раствор фторида крип- тона (II) в растворе HF.

Какую роль в этой реакции играет HF? Расскажите об особенностях химии HF.

37. Имеется немало реакций, у которых, несмотря на одинаковые исходные вещества и продукты, стехиометрические коэффициенты уравнений различны. Например, при разложении HClO3 справедливы два уравнения:

а) HClO3 = HClO4 + Cl2 + 2O2 + H2O,

б) 11HClO3 = 5HClO4 + 3Cl2 + 5O2 + 3H2O.

Как это можно объяснить?

38. Какие из ионов: Au3+, Cu+, Zn2+, Al3+, Na+ способны окислить ионы Br -, Cl - ?

39. Составьте сбалансированные уравнения полуреакций и полное ионное уравнения реакции восстановления до Cl2 хлорид-ионном в водном растворе. Вычислите стандартный потенциал этой реакции.

40. Опишите химические свойства чистого жидкого хлороводорода и его водного раствора (соляной кислоты). В чем причина различия их химической активности? Области их применения ?

41. Будут ли идти следующие реакции:

HBrO3 + J2 ® , KF + Cl2 ® ,

KBrO3 + Cl2 ® , NaBr + J2 ® ,

HClO3 + Br2 ® , NaJ + Br2 ® .

42. Соляную кислоту получают в настоящее время растворением хлористого водорода в специальных поглотительных башнях. Использовавшийся ранее «сульфатный» метод получения кислоты (взаимодействие NaCl c H2SO4(конц.)) применяют в основном в лабораторных условиях. Перечислите преимущества нового способа по сравнению с «сульфатным».

43. Какими галогенами можно вытеснить бром из растворов бромида калия и бромата калия? Напишите соответствующие уравнения реакций в молекуляной и электронно-ионной форме.

44. Как можно получить оксокислоты хлора? Опишите их свойства. Сравните окислительную способность кислот с солями - производными этих кислот.

45. Вычислите рН 0,05 молярных растворов хлороводородной и фтороводородной кислот. В чём разница между этими кислотами?

46. В трех пробирках находится хлорид калия, бромид калия, иодид калия. Как опытным путем определить содержимое каждой из пробирок?

47. Что такое «травление стекла»? Какая реакция лежит в основе этого процесса?

48. Хлор используется для обеззараживания воды. Каков химизм обеззараживающего действия хлора? Можно ли для этой цели использовать другие галогены?

49. Составьте сбалансированные уравнения полуреакций и полное уравнение реакции окисления йода хлорноватой кислотой. В какой среде может протекать эта реакция? Ответ подтвердить расчетом ЭДС.

50. При растворении хлора и брома в воде получают хлорную и бромную воду. А почему нельзя приготовить фторную воду? Можно ли приготовить иодную воду?

51. Молекулу SCl2 можно представить в виде двух моделей: а) без гибридизации; б) с SP3-гибридизацией электронных облаков. Сравните полученные модели (геометрия, угол связи). Сделайте вывод, какие облака (гибридизованные или нет) образуют химические связи в данной молекуле.


52. Почему существуют соли состава MeHF2, но не существует гидрохлориды, гидробромиды, гидроиодиды (например: KHCl2, KHBr2)?

53. Чем объяснить уменьшение дипольных моментов молекул в ряду галогеноводородов:

HF HCl HBr HJ

m×10-30 кл×м 5,79 3,43 2,53 1,27 ?


54. Как изменяются межъядерное расстояние и энергия связи в ряду F2 - Cl2 - Br2 - J2, и чем это объясняется ?

55. Известно, что HClO3 в свободном состоянии не существует, тогда как KClO3 вполне устойчив. Как можно объяснить этот факт?

Пойдет ли реакция, если смешать: а) подкисленные KClO3 и KJ; б) нейтральные растворы KClO3 и KJ? Ответ обосновать расчетами.

56. Экспериментально показано, что ионы имеют линейную структуру. Центральные атомы несут положительный эффективный заряд, а периферические - отрицательные. Опишите строение ионов с позиций ЛКАО МО.

57. Опишите пространственную структуру MgCl2 и MgF2. Определите состояние гибридизации электронных орбиталей. Объясните, почему у MgCl2 угол связи равен 1800, а у MgF2 он не равен 1800.

58. Могут ли атомы галогенов образовывать ионные, полярные, ковалентные неполярные связи? Как согласуется эта способность атомов с величинами их потенциалов ионизации и сродства к электрону? Какие связи образуются в молекулах ClF, BrF, BrCl, JBr ?

59. Из двух процессов:

H+Cl = H+ + Cl- , (1)

H+Cl = H- + Cl+ (2)

какой наиболее вероятен?! Почему? Какие данные нужны для ответа на этот вопрос?

60. Укажите важнейшие причины того, что йод образует молекулы JF7, тогда как хлор образует устойчивые молекулы ClF, неустойчивые ClF5 и не образует молекул ClF7.

61. В водном растворе протекает реакция:

J2+H2S=2HJ+S, DH0=-73,3 кДж.

В газообразном состоянии реакция протекает в противоположном направлении

2HJ+S=J2+H2S, DH0=-20,9 кДж.

Объясните, почему?

62. Приведите все возможные объяснения того, что йодная кислота имеет формулу H5JO6, а не аналогичную с хлорной HClO4.

63. В народном хозяйстве широко используется так называемая белильная известь (перечислите области применения). Приведите все принятые формулы написания этого соединения. Какая из них по вашему мнению, более точно отражает строение и свойства этого соединения?

64. В ряду HgCl2 - HgBr2 - HgJ2 растворимость в воде резко падает (0,27, 0,017, 0,00013 моль/л). HgF2 очень хорошо растворим, но сразу же гидролизуется с образованием HF и оксида. Объясните эти факты (растворимость, гидролиз).

65. В сосуде находится смесь газов HF, HCl, HBr, HJ. Газовая смесь выходит наружу через очень маленькое отверстие. Предскажите, как отличается состав выходящей смеси от состава оставшейся в сосуде?

66. На основании данных таблицы вычислите константы диссоциации в водных растворах HF, HCl, HBr, HJ при t=25oC. Объясните данные таблицы и результаты вычислений.





Н0дис кДж/моль

Sдис Дж/моль

HF

-12,6

-87,1

HCl

-57,4

-56,1

HBr

-63,6

-38,1

HJ

-59,0

-13,4

67. Галогениды хромила CrO2Г2 существует только для хлора и фтора, но не для брома и йода. Почему?

68. При взаимодействии железа с хлором образуется FeCl3 с бромом - FeBr2. Почему?
69. При растворении хлора в воде протекает реакция

Cl2+H2O=HClO+HCl DH0=6 ккал.

Ответьте на следующие вопросы:


  • Как влияет на смещение равновесия повышение

температуры?

  • Как влияет на смещение равновесия воздействие

солнечного света?

70. Ниже приводятся значения энтальпии следующих веществ (кДж/моль):

NaF (кр) NaCl (кр) NaBr (кр) NaJ (кр)

-573 -411 -361 -288.

На основании этих данных предскажите

а) как будет изменяться растворимость этих веществ в воде?

б) как будут изменяться окислительно-восстановительные

свойства?

Чем обусловлен такой ряд значений DH0?

71. При действии хлора на d-элементы VI группы образуются CrCl3, MoCl5, WCl6 Почему составы хлоридов различны?

72. Объясните тот факт, что при внесении горящего натрия в атмосферу HCl, горение металла продолжается.

73. Почему при действии F2, Cl2, Br2 на рений образуются различные по составу галогениды: ReF7, ReCl5, ReBr3?

74. Укажите, какие из хлоридов: AlCl3, FeCl3, ZnCl2 могут быть получены при непосредственном взаимодействии простых веществ. Какие из этих веществ могут быть получены при взаимодействии металла с соляной кислотой? Ответ обоснуйте.

75. Утверждение, что в ряду Hclo - HClO2 - HClO3 - HClO4 окислительная способность убывает, верно лишь при обычных условиях (комнатная температура, действие света). Если же сравнить окислительную способность этих кислот в других условиях (в темноте, при более низких температурах), то последняя будет возрастать от HClO к HClO4. Попытайтесь объяснить этот факт.

76. В молекуле фтора, при отрыве от молекулы разрыхляющего электрона связь между атомами упрочняется. Это, казалось бы, должно способствовать переходу молекулы в энергетически более выгодное заряженное состояние: F2 = F2+ + e.

Почему фтор существует в виде молекул, а не в виде ионов?

77. Один из промышленных способов получения калия основан на реакции:

KCl + Na = NaCl + K.

При этом способе через расплавленный хлорид пропускают пары натрия (температура?). Покажите, что этот способ термодинамически возможен. Какие еще способы получения калия можете привести ?

78. Установлено, что кислотность оксианионов галогенов в водном растворе при одинаковой степени окисления центрального атома уменьшается в ряду хлор>бром>йод. Объясните эту закономерность.

79. Константы нестойкости ионов типа ГJ2- в водном растворе
ГJ2- Г-+ J2-

для Г=Cl, Br, J равны соответственно. Поставьте, по крайней мере, два-три вопроса к этим данным и объясните их.

80. Известно, что температура замерзания раствора ниже температуры замерзания чистой воды. Необходимо понизить температуру замерзания на 500 С. Предложите оптимальный состав раствора, если в качестве солей можно использовать KCl, NaCl, CaCl2, MgCl2.

81. Хлорная кислота может быть получена в чистом виде. Её устойчивость сильно повышается в водных растворах. Хлорноватая кислота устойчива только в водных растворах. Хлористая и хлорноватистая нестойки даже в водных растворах и быстро распадаются (напишите уравнения реакций). Объясните различную устойчивость этих кислот.

82. Какова массовая доля NaClO3 в растворе, если 0,15 кг раствора, реагируя с избытком иодида калия в сернокислом растворе, образует 0,013 кг йода ?

83. При изготовлении хлората калия вначале, действуя хлором на известковое молоко Ca(OH)2, получают хлорат кальция. Обменной реакцией с KCl его переводят в KClO3. Вычислить в тоннах расход хлора, негашеной извести и KCl, необходимый для получения 1т KClO3, учитывая при этом, что выход продукта составляет 80% от теоретически вычисленного.

84. Сколько литров фтора надо пропустить через раствор NaBrO3 в щелочной среде, чтобы получить 0,05 кг NaBrO4 ? Вычислить молярную массу эквивалента восстановителя в этой реакции.

85. Какой объём хлора, измеренный при t=270С и р=1,03х105 Па, необходимо пропустить через 0,35 л 0,2 н раствора тиосульфата натрия до окисления его в серную кислоту.

86. Константа равновесия диссоциации HJ равна 0,12. Найдите равновесные концентрации реагирующих веществ, если сначала было взято 5 моль HJ. Объём сосуда, в котором происходит реакция, равен 10 л.

87. В 2 л раствора содержится 16 г HClO4. Определите нормальную концентрацию раствора хлорной кислоты, если реакция протекает по уравнению

HClO4 + SO2+H2O®HCl+H2SO4.

88. Сколько миллилитров 20%-ного раствора соляной кислоты (rр-ра = 1,10 г/мл) следует добавить к 4 л 0,6 н раствора HCl для получения однонормального раствора?

89. В 50 мл воды растворено некоторое количество хлороводорода, занимающее при 180С и 1,01×105 Па объём равный 4,8 л. Определите массовую долю полученного раствора соляной кислоты.

90. Определите массовую долю KJO3 в растворе, если 6,5 г раствора, реагируя с избытком KJ в сернокислотном растворе, образует 0,635 г йода.

91. Сколько килограммов плавикового шпата, содержащего 97,5% CaF2, и сколько литров раствора серной кислоты с =98%, (r=1,84 г/мл) потребуется для получения 1 кг HF?

92. Вычислите нормальную концентрацию раствора иодида калия, в 10-3 дм3 которого содержится 0,0037 г KJ.

93. Сколько граммов белильной извести может быть получено, если через раствор, содержащий 1,7 г гашёной извести, пропустить 5,6 л хлора ?

94. К подкисленному раствору иодида калия добавили 40 мл 0,3 н раствора нитрита калия. Вычислите массу выделившегося йода и объём оксида азота (II).


95. В 100 мл воды при 200С растворяется 3,6 г брома. Сколько граммов бромной воды потребуется для окисления 7,6 г FeSO4 в сернокислом растворе?

96. Сколько граммов йода выделится в сернокислом растворе при взаимодействии KJ с 150 мл раствора перманганата калия с = 6%, rр-ра = 1,04 г/см3 ?

97. Имеется раствор массой 500 г, содержащий фторид и хлорид натрия. К половине раствора прилили избыток раствора нитрата серебра, получив осадок массой 5,74 г. К другой половине раствора добавиди избыток раствора хлорида кальция, получив осадок массой 2,34 г. Определите массовые доли хлорида натрия и фторида натрия в исходном растворе.

98. Какова нормальная концентрация 1,5 М раствора KBrO, а) как восстановителя, если KBrO окисляется до KBrO3, б) как окислителя, если KBrO восстанавливается до KBr.

99. Начальные концентрации HCl, O2 и Cl2, участвующих в реакции: 4HCl + O2 ® 2H2O + 2Cl2, были соответственно равны; 4,2 1,8 и 0,01 моль/л. Определите концентрации всех реагирующих веществ после того, как концентрация О2 уменьшается до 1 моль/л. Какая массовая доля (в %) каждого из исходных веществ прореагирует к этому времени?

100. Колба с 250 г хлорной воды выставлена на солнечный свет. Выделяющийся газ (какой?) собран. Его объём оказался равным 0,112 л. Какова процентная концентрация хлора в исходном растворе?

101. Для получения углекислого газа из CaCO3 взято 73 г раствора HCl. После того, как вся кислота была израсходована, объём выделившегося газа оказался равным 5,6 л. Найти процентную концентрацию взятого раствора кислоты.

102. К 100 г 17% раствора азотнокислого серебра прибавили 100 г 17% раствора HCl . Определить процентное содержание веществ, оставшихся в растворе после отделения осадка.

103. Какие продукты и в каком количестве образуются при разложении 1,23 г бертолетовой соли, если реакция протекает:


  • в присутствии катализатора;

  • без катализатора.

104. Вычислить активную молярную концентрацию водного раствора плавиковой кислоты, содержащего 40% HF и имеющего плотность 1,155 г/см3 .

105. 2 л Cl2 пропустили через горячий раствор 20% раствора KOH (масса раствора KOH 500 г ). Раствор охладили, в результате чего выпали кристаллы KClO3. Рассчитайте, сколько граммов KClO3 получилось, а также концентрацию вещества (какого?) в полученном растворе.

106. Раствор содержит NaBr и NaCl. Процентные концентрации их одинаковы. Определить процентные концентрации солей, если для их полного осаждения из 1 кг раствора потребовалось взять 1 л 8% раствора AgNO3 (плотность равна 1,07 г/мл).

107. При взаимодействии 17,8 г трехвалентного металла с хлором образуется 54,2 г хлорида MeCl3. Какой был взят металл для получения хлорида? Сколько граммов MnO2 и сколько миллилитров 37% HCl (плотность равна 1,19 г/мл) нужно взять для получения необходимого количества хлора, если в реакцию вступило 70% хлора?

108. 5,85 г NaCl реагирует с концентрированной серной кислотой. Выделившийся газ пропущен через 200 мл 10% раствора AgNO3 (плотность 1,1 г/мл). Сколько граммов осадка образовалось, и сколько граммов AgNO3 осталось в растворе?

109. Сколько граммов хлорида натрия выкристаллизуется из 600 г раствора, насыщенного при 800С при охлаждении его до 00С. Растворимость NaCl составляет 38 г при 800С и 35,8 г при 00С.

110. Рассчитать активную молярную концентрацию 37% соляной кислоты ( = 1,19 г/мл).

111. Константы гидролиза галогенов имеют следующие значения:

Cl2 Br2 J2

Кг 3×10-4 4×10-9 5×10-13.

Напишите уравнения реакций и выражения Кг при взаимодействии галогенов с водой. В каком направлении смещается равновесие при добавлении к водным растворам галогенов кислот и щелочей?

112. Вычислите D реакций образования галогенидов Г( F-,Cl-,Br-,J-) AgГ(к) и CaГ2(к) из ионов в растворе. Как изменяется растворимость солей серебра и кальция в ряду:

F- — Cl- — Br- — J- ?

113. Чему равны эквивалент и молярная масса эквивалента перхлората калия, если он восстанавливается до:



  • диоксида хлора;

  • свободного хлора;

  • хлорид - иона.

114. Определите тепловой эффект реакции, протекающей при пропускании хлора через горячий раствор KOH.

115. Изотонический коэффициент раствора 178,5г KBr в 900 г воды равен 1,7. Определите давление водяного пара над этим раствором при 500С, если давление паров воды равно 12334 Па.

116. Охарактеризуйте кислотно-основные свойства NaCl и SbCl5, KF и PF5. Приведите уравнения реакций гидролиза и взаимодействия указанных пар галогенидов.

117. Вычислите значения для процесса:

4HCl(г) + O2(г) 2Cl2(г) + 2H2O(г).

В каком направлении протекает эта реакция самопроизвольно при стандартных условиях?

118. Вычислите реакций взаимодействия HГ(г) с H2SO4(ж), имея в виду образование свободного галогена, SO2(г) и H2O(ж). Какие из галогенидов водорода вступают в указанное взаимодействие? Как изменяется восстановительная активность в ряду HF — HCl — HBr — HJ и чем это объясняется ?

119. Какова величина константы равновесия для стандартных условий в реакции:

KMnO4 + HBr + H2SO4 ® MnSO4 + HBrO +K2SO4 + H2O.

Подберите коэффициенты в уравнении электронно-ионным методом.

120. При растворении в воде 23,38 г NaCl поглощается 2,14 кДж теплоты. Высчитайте теплоту растворения NaCl.

121. Вычислите значение рH и концентрацию ионов водорода хлорноватистой кислоты, концентрация которой в растворе равна 0,1 моль/л.

122. Пользуясь термохимическим уравнением

NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(кр) кДж,

найдите теплоту образования NH4Cl.

123. Вычислите изменение энтальпии при стандартных условиях реакции:

5KClO3(тв) + 6Р(тв) = 5KCl(тв) + 3Р2О5(тв).

Объясните причину взрыва, который может происходить при ударе или растирании смеси бертолетовой соли с красным фосфором.

125. Для какой из связей величины l и m имеют большее значение: а) H - F или H - J, б) C - F или C - J?

В какой последовательности по убывающей полярности связей надо расположить молекулы: CF4, CCl4, BCl3, BF3, SiF4, JBr ?

126. При 3000С степень термической диссоциации йодоводорода составляет 20%. Каковы при этой температуре равновесные

концентрации Н2 и J2 в системе: H2 + J2 2HJ, если равно

весная концентрация HJ равна 0,96 моль/л?

127.Фтороводород в водном растворе концентрации 0,1 моль/л диссоциирует на 8%. Вычислите Кд фтороводородной кислоты и рН этого раствора.

128. Раствор KJO3, в 500 мл которого содержится 5,35 г соли, оказывает при 170С осмотическое давление 221 кПа. Вычислите изотонический коэффициент и кажущуюся степень диссоциации соли в растворе.

129. Рассчитайте тепловой эффект реакции

2Р(тв) +5Cl5(г) = 2РCl5(тв)

по тепловым эффектам следующих реакций:

2P(тв) + 3Cl2(г) = 2PCl3(ж) ккал,

PCl3(ж) + Cl2(г) = PCl5(тв) ккал.

130. Вычислите рН 0,1 М растворов: HF, HCl, HBr, HJ. Нужно ли для получения ответа проводить четыре отдельных расчета? Рассчитайте активную концентрацию ионов Н+.

131. По стандартным энтальпиям образования оксидов: F2O, Cl2O, ClO2, Cl2O7, J2O5 оценить возможности их синтеза в стандартных условиях из простых веществ.

132. Константа равновесия реакции:

2HJ H2 + J2

при 3600С равна 0,0162, а при 4450С равна 0,0240. Вычислите DG0 процесса диссоциации йодоводорода при этих температурах.

133. Ниже приведены значения произведения растворимости (ПР) галогенидов серебра при 250С

AgCl 1,56×10-10;

AgBr 4,00×10-13;

AgJ 0,32×10-15.

Рассчитать DG0 процесса растворения и сравнить полученные значения.

134. Один из промышленных методов получения калия состоит во взаимодействии между расплавленным KOH и жидким натрием (температура?)

KOH + Na = NaOH + K .

Докажите, что эта реакция возможна.

135. Рассчитайте температуру замерзания раствора иодида натрия при концентрации соли:

а) 0,9 г/100 г Н2О, б) 15 г/100 г Н2О.

136. Сливаются равные объемы растворов HCl и NaOH одинаковой концентрации. Каков будет рН раствора?

137. Для монофторида йода G0 = -117,7 кДж/моль. Но, несмотря на отрицательную величину энергии Гиббса, JF при стандартных условиях (р=101,3 кПа, Т=298,15 К) неустойчив, даже если он находится в инертном контейнере. Почему?

138. Система: смесь алюминиевой фольги и твердого хлорида железа (II) устойчива при 298 К в том смысле, что она не претерпевает видимых изменений во времени. Определите, является ли эта устойчивость термодинамической или кинетической?

139. Соединение NF3 довольно устойчивое, однако реакция

2NF3 + 3H2 = 6HF + N2

протекает легко. Почему? Может ли по этой реакции образоваться аммиак 2NF3 + 3H2 = 2NH3 + 3F2? Ответ подтвердите расчетами термодинамических параметров.

140. Найдите температуру, при которой окислительные свойства О2 и Cl2 будут одинаковы.




Каталог: lib -> full text
lib -> Нормы сроков службы стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей автотранспортных средств и автопогрузчиков
lib -> Что дает страхование ответственности перевозчика
lib -> Сообщения информационных агентств
full text -> Методические рекомендации по выполнению контрольного задания №10
full text -> Контрольное задание №2
full text -> Работа на пк в ms-dos
full text -> Учебно-методическое пособие по неорганической химии Алт гос техн ун-т им. И. И. Ползунова, бти. Бийск
full text -> Свойства детонационных наноалмазов
full text -> Методические указания и контрольное задание №1 по английскому языку для студентов заочной формы обучения
full text -> Защита информации включает в себя комплекс мероприятий, направленных на обеспечение информационной безопасности


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница