Взаимодействие галогенов с веществами

Взаимодействие галогенов со сложными веществами

При взаимодействии свободных галогенов со сложными веществами они также ведут себя как окислители, примером может служить взаимодействие 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.

Галогены с водой

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:

Затем происходит 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.

Галогены и органические вещества

Примером может служить хлор, если внести в его атмосферу 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 отметить реакцию иода с крахмалом, который синеет при наличии в растворе даже незначительного количества свободного иода.

Реакция крахмала с иодом очень чувствительная и является качественной реакцией на иод.

Особый интерес представляют окислительно-восстановительные реакции галогенов, происходящие между свободным галогеном и солью другого галогена.

Примером может служить 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 свойства со сложными веществами

Окислительное действие галогенов проявляется и при реакциях с другими сложными веществами.

Примером может служить бромная вода и через нее 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	Фтор F	Хлор Сl	Бром Вr	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?

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)

Способы получения хлора

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, примером может служить окисление соляной кислоты двуокисью марганца (рис.).

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)

Применение

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.

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.

Рис. 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.

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.

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 2.

• 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)

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.

Хлористый водород (хлороводород)

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. 3), 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: лабораторным и синтетическим способом.

1. Лабораторный способ

По этому способу хлористый водород получают действием серной кислоты на соль соляной кислоты (рис. 4).

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.

Рис. 4. 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.

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. 5).

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.

Рис. 5. Печь-горелка для синтеза хлористого водорода. 1- водород; 2 — хлор; 3 — хлористый водород.

► 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)

Часто задаваемые вопросы и ответы?