Страницы Список страниц 13 14 15 16 17 · · ·  45                    

Взаимодействие галогенов со сложными веществами.

При взаимодействии свободных галогенов со сложными веществами они также ведут себя как окислители, например при взаимодействии с водой. Вначале галоген растворяется в воде с образованием соответственно хлорной, бромной или йодной воды (Cl2aq, Br2aq или I2aq), а затем постепенно между водой и галогеном начинается реакция;
Взаимодействие хлора с водой выражается конечным уравнением
Сl2 + H2O = 2НСl + [О] Однако эта реакция не сразу протекает до образования конечных продуктов. На первой стадии процесса образуются две кислоты — соляная НСl и хлорноватистая НСlO:

Взаимодействие хлора с водой

Затем происходит разложение хлорноватистой кислоты:

Разложение хлорноватистой кислоты

Образованием атомарного кислорода объясняют в значительной мере окисляющее действие хлора, которое он оказывает на микроорганизмы, находящиеся в воде, вследствие чего они погибают. Выделение атомарного кислорода объясняет также отбеливающее действие хлора, которое он оказывает на предварительно увлажненные органические вещества. Органические красители, помещенные в хлорную воду, обесцвечиваются. Лакмус, который при наличии соляной кислоты должен окрашиваться в розовый цвет, в хлорной воде, где в небольших количествах присутствует соляная кислота, не приобретает характерной для него в кислоте окраски, а полностью теряет ее. Это объясняется наличием атомарного кислорода, который оказывает на лакмус окисляющее действие.

Аналогично реагируют с водой и другие галогены: бром и иод — более медленно, фтор — значительно быстрее и энергичнее.
Пары воды горят во фторе, а стадии образования кислородной кислоты у фтора нет, либо такая кислота не существует.
Галогены реагируют и с органическими веществами. Например, если внести в атмосферу хлора бумажку, смоченную скипидаром (органическое вещество, состоящее из водорода и углерода), то можно заметить выделение большого количества сажи и ощутить запах хлористого водорода. Иногда скипидар даже самовоспламеняется в хлоре. Хлор вытесняет углерод из соединения с водородом и образует хлористый водород, а углерод выделяется в виде сажи в свободном состоянии.

Все галогены энергично взаимодействуют с каучуком и резиной. По этой причине при работе с галогенами стараются не использовать в приборах резиновых деталей.
Среди реакций с органическими веществами важно от-метить реакцию иода с крахмалом, который синеет при наличии в растворе даже незначительного количества свободного иода. Реакция очень чувствительная и является качественной реакцией на иод.
Особый интерес представляют окислительно-восстановительные реакции галогенов, происходящие между свободным галогеном и солью другого галогена. Например, если взять раствор какого-либо бромида и смешать с хлорной водой, то бесцветный раствор мгновенно окрашивается в желтый цвет. При взбалтывании с бензолом характерная окраска бензольного кольца указывает на наличие свободного брома. Это объясняется тем, что хлор как более активный галоген окисляет бром, вытесняя его из соли по уравнению:
2КВr + Cl2 = 2КСl + Вr2
Естественно, что свободный галоген должен обладать большей окислительной активностью, чем галоген, входящий в состав соли поэтому возможны реакции между иодидом и бромом, иодидом и хлором, бромидом и хлором.
Некоторые из этих реакций находят применение в технике. Например, наиболее дешевым способом получения брома является вытеснение его хлором из солей, часто из бромида магния:
MgBr2 + Сl2 = MgCl2 + Вr2

■ 17. Докажите, составив электронный баланс, что взаимодействие галогенов с водой и с солями других галогенов является окислительно-восстановительными реакциями, и объясните, почему хлорная вода обладает обеззараживающим действием. (См. Ответ)

Окислительное действие галогенов проявляется и при реакциях с другими сложными веществами. Например, если через бромную воду пропускать сероводород, то очень скоро бромная вода обесцветится и образовавшаяся жидкость помутнеет вследствие восстановления Вr0 до Вr-1 и окисления S-2 до S0.
Иод довольно легко окисляет серу в степени окисления +4, например в Na2SO3, до S+6. Схема реакции:
Na2SO3 + I2 → Na2SO4 + HI

■ 18. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций между бромом и сероводородом, а также между иодом и сульфитом натрия. (См. Ответ)

19. Составьте и заполните таблицу:

Химические свойства галогенов
Химические свойства галогенов
Иод I
1. Убывание электроотрицательности (указать стрелкой направление убывания)
2. Взаимодействие с водородом (уравнение реакции с указанием условий и названием продуктов реакции)
3. Взаимодействие с металлами  (привести по одному уравнению реакции с указанием названий продуктов реакции)
4. Взаимодействие  с  водой   (уравнения реакций)
5. Убывание   окислительной   активности (указать стрелкой направление убывания)

20. Сколько брома может быть получено из 92 г бромида магния вытеснением хлором, если выход брома равен 80% от теоретического? (Эта задача на расчет количества продукта реакции с учетом процента выхода его встречается впервые. Ее решение описано на стр. 172 в конце главы).

21. В одном сосуде находится иоднай вода I2aq, в другом — бромная вода Br2aq. Какими двумя способами можно определить, где какой раствор? 22. Составьте подробный рассказ о физических и химических свойствах брома по следующему плану: а) агрегатное состояние; б) плотность; в) цвет, г) запах, д) температура кипения и плавления; е) растворимость в воде и других растворителях; ж) поведение в окислительно-восстановительных реакциях и место среди других галогенов по электроотрицательности и неметаллической активности; з) взаимодействие с простыми веществами, условия взаимодействия и продукты взаимодействия; и) взаимодействие со сложными веществами. (См. Ответ)

§ 39. Способы получения и применение галогенов

Наиболее широко применяемый в народном хозяйстве хлор в промышленности получают путем электролиза растворов или расплавов поваренной соли.
В лаборатории хлор получается путем различных окислительно-восстановительных реакций, например окислением соляной кислоты двуокисью марганца (рис. 25). Соляную кислоту в данном случае берут концентрированную, реакцию ведут при слабом нагревании, а кислоту подают порциями. С помощью такого прибора можно получить одновременно свободный хлор и хлорную воду. Избыток хлора поглощается щелочью. Из-за сильной ядовитости хлор получают обязательно под тягой. Кроме того, при получении хлора нужно включать в прибор как можно меньше резиновых деталей, так как резина сильно разъедается хлором и быстро выходит из строя.
В таком же приборе вместо МnO2 можно использовать перманганат калия КМnO4. Тогда реакция идёт без нагревания и намного быстрее.
Схема реакции:
КМnO4 + НСl → Сl2 + …
Можно использовать и другие окислители, например:
К2Сr2O7 + НСl → Сl2 + …

■  23. С помощью составления электронного баланса закончите все три уравнения реакций лабораторного получения хлора. (См. Ответ)

Фтор получают электролизом соли KHF2, а другие галогены получают путями, сходными с получением хлора. Следует отметить, что бром обычно получают вытеснением из MgBr2 хлором, а иод вытесняют хлором из иодидов.

Получение хлора

Рис. 25. Прибор для получения хлора лабораторным способом. 1 — двуокись марганца; 2 — капельная воронка с концентрированной соляной кислотой; 3 — сосуд для собирания хлора; 4 — сосуд с водой для получения хлорной воды; 5 — концентрированный раствор едкого кали; 6 — вата.

Свободный хлор широко применяется при уничтожении грызунов — вредителей сельского хозяйства. Впустив хлор в норку грызуна, плотно закупоривают ее и вредитель погибает. Как уже сказано, хлор применяется для хлорирования водопроводной воды. В промышленности он используется для получения синтетической соляной кислоты, хлорной извести, бертолетовой соли, извлечения благородных металлов из их руд, а также в реакциях органического синтеза.
В медицине иод употребляется как наружное для местных прижиганий в виде йодной настойки или раствора Люголя, иногда в составе йодоформа СНI3. При некоторых заболеваниях иод прописывается в виде свободного иода или его соединений. Лучше всего вводить иод в составе органических веществ.

Применение фтора

Рис. 26. Применение фтора

Фтор применяется в производстве пластических масс, таких, как тефлон, который устойчив к действию крепких кислот и щелочей. Тефлон сохраняет свойства как при высоких, так и при низких температурах. Тефлон обладает хорошими изоляционными свойствами, эластичностью. На основе фторорганических соединений изготовляют смазочные масла для работы при высокой температуре, вещества для борьбы с вредителями сельского хозяйства, для изготовления красителей, получения низких температур и т. д.
О применении фтора можно судить по схеме, изображенной на рис. 26.

• Запишите в тетрадь, в каких областях хозяйства применяется фтор.

Бром и иод применяются также в виде солей, о чем будет сказано ниже.

■ 24. К двуокиси марганца прилили 200 мл 36% соляной кислоты. Образовавшийся хлор пропустили через раствор бромида калия.
Сколько брома было вытеснено? (Эта задача решается с применением последовательно двух уравнений, а также осложнена применением раствора процентной концентрации, плотность которого надо определить по таблице).
25. Какой объем хлора может быть получен при взаимодействии 2 молей хлористого водорода и 3 молей двуокиси марганца? (См. Ответ)

§ 40. Галогеноводороды

Галогеноводороды — это соединения, типичные для всех галогенов. Их формулы: HF, НСl, HBr, HI. Степень окисления галогенов в этих соединениях —1.Молекулы галогеноводородов построены по полярному типу связи. Все они очень хорошо растворимы в воде и в растворе диссоциируют как кислоты.

Прибор для наблюдения растворимости в воде хлористого водорода

Рис. 27 Прибор для наблюдения растворимости в воде хлористого водорода

Наибольшее практическое значение имеет хлористый водород. Это бесцветный газ с резким характерным запахом. Вдыхание хлористого водорода резко раздражает слизистые оболочки и вызывает сильный кашель. Хлористый водород, как и хлор, тяжелее воздуха, но главной особенностью его физических свойств является чрезвычайно высокая растворимость: в 1 объеме воды растворяется 500 объемов хлористого водорода.
Если собрать хлористый водород в сосуд (рис. 27), закупорить его пробкой с прямой стеклянной трубкой и опустить трубку в ванну, наполненную водой, то очень скоро вода из трубки будет бить фонтаном вверх в сосуд. Это происходит потому, что в первых попавших в сосуд каплях воды растворился весь хлористый водород, заполнявший сосуд. В сосуде образовалось разреженное пространство, куда под действием атмосферного давления с силой устремилась вода.
Высокой растворимостью хлористого водорода и объясняется разъедающее действие, которое он оказывает на слизистые оболочки, так как при растворении он образует соляную кислоту.
Получают хлористый водород двумя способами.

Прибор для получения соляной кислоты лабораторным

Рис. 28. Прибор для получения соляной кислоты лабораторным способом.
1 — капельная воронка с концентрированной серной кислотой; 2 — поваренная соль; 3 — вода для поглощения хлористого водорода; 4—вата.

1. Лабораторный способ.

По этому способу хлористый водород получают действием серной кислоты на соль соляной кислоты (рис. 28). Чаще всего Для этой цели берут поваренную соль
2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl
Серную кислоту применяют концентрированную, а поваренную соль — кристаллическую. Реакция хорошо идет и без нагревания, но в случае необходимости сосуд с реакционной смесью можно слегка подогреть. Необходимо следить, чтобы все части прибора были сухими, так как во влажной посуде получению хлористого водорода мешает его высокая растворимость. Образующийся при реакции хлористый водород следует растворить в воде для получения соляной кислоты. Этот способ применялся долгое время и в промышленности, но сейчас его вытесняет более прогрессивный синтетический метод получения хлористого водорода и соляной кислоты.

2. Синтетический способ.

Химизм этого процесса очень несложен
Н2 + Сl2 = 2НСl.

Процесс ведется при сгорании водорода в хлоре в специальных печах-горелках (рис. 29). Из печи хлористый водород поступает в поглотительную башню, где улавливается водой, стекающей по насадке башни навстречу газу. Получается концентрированная соляная кислота.
Другие галогеноводороды получают аналогично лабораторному способу получения НСl и весьма сходны с ним по свойствам.

■ 26. Напишите уравнения реакций получения:
а) хлористого водорода из хлорида натрия;
б) фтористого водорода из фторида кальция;
в) бромистого водорода из бромида калия;
г) йодистого водорода из иодида натрия. (См. Ответ)

Печь-горелка для синтеза хлористого водорода

Рис. 29. Печь-горелка для синтеза хлористого водорода.
1- водород; 2 — хлор; 3 — хлористый водород.

15

14 16