Галогены
Общая характеристика галогенов
Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня галогенов ns2np5. Поскольку, до завершения энергетического уровня галогенам не хватает всего 1-го электрона, в ОВР они чаще всего проявляют свойства окислителей. Степени окисления галогенов: от «-1» до «+7». Единственный элемент группы галогенов – фтор – проявляет только одну степень окисления «-1» и является самым электроотрицательным элементом.
Молекулы галогенов двухатомны: F2, Cl2, Br2, I2. С ростом заряда ядра атома химического элемента, т.е. при переходе от фтора к йоду окислительная способность галогенов снижается, что подтверждается способностью вытеснения нижестоящих галогенов вышестоящими из галогеноводородных кислот и их солей:
Br2 + 2HI = I2 + 2HBr
Cl2 + 2KBr = Br2 + 2KCl
Физические свойства галогенов
При н.у. фтор – газ светло-желтого цвета, обладающий резким запахом. Ядовит. Хлор – газ светло-зеленого цвета, также как и фтор имеет резкий запах. Сильно ядовит. При повышенном давлении и комнатной температуре легко переходит в жидкое состояние. Бром – тяжелая жидкость красно-бурого цвета с характерным неприятным резким запахом. Жидкий бром, а также его пары сильно ядовиты. Бром плохо растворяется в воде и хорощо в неполярных растворителях. Йод – твердое вещество темно-серого цвета с металлическим блеском. Пары йода имеют фиолетовый цвет. Йод легко возгоняется, т.е. переходит в газообразное состояние из твердого, при этом минуя жидкое состояние.
Получение галогенов
Галогены можно получить при электролизе растворов или расплавов галогенидов:
MgCl2 = Mg + Cl2 (расплав)
Наиболее часто галогены получают по реакции окисления галогенводородных кислот:
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2↑ +2H2O
K2Cr2O7 + 14HCl = 3Cl2↑ + 2KCl +2CrCl3 +7H2O
2KMnO4 +16HCl = 2MnCl2 +5Cl2↑ +8H2O +2KCl
Химические свойства галогенов
Наибольшей химической активностью обладает фтор. Большинство химических элементов даже при комнатной температуре взаимодействует с фтором, выделяя большое количество теплоты. Во фторе горит даже вода:
2H2O + 2F2 =4HF + O2↑
Свободный хлор менее реакционноспособен, чем фтор. Он непосредственно не реагирует с кислородом, азотом и благородными газами. Со всеми остальными веществами он взаимодействует подобно фтору:
2Fe + Cl2 = 2FeCl3
2P + 5Cl2 = 2PCl5
При взаимодействии хлора с водой на холоде происходит обратимая реакция:
Cl2 + H2O↔HCl +HClO
Смесь, представляющую собой продукты реакции, называют хлорной водой.
При взаимодействии хлора с щелочами на холоде образуются смеси хлоридов и гипохлоритов:
Cl2 + Ca(OH)2 = Ca(Cl)OCl + H2O
При растворении хлора в горячем растворе щелочи происходит реакция:
3Cl2 + 6KOH=5KCl +KClO3+3H2O
Бром, как и хлор растворяется в воде и, частично реагируя с ней, образует так называемую «бромную воду», тогда как йод в воде практически нерастворим.
Йод существенно отличается по химической активности от остальных галогенов. Он не реагирует с большинством неметаллов, а с металлами медленно реагирует только при нагревании. Взаимодействие йода с водородом происходит только при сильном нагревании, реакция является эндотермической и сильно обратимой:
Н2 + I2 = 2HI — 53 кДж.
Примеры решения задач
Задание | Рассчитайте объем хлора (н. у.), который прореагировал с иодидом калия, если при этом образовался йод массой 508 г |
Решение | Запишем уравнение реакции:
Cl2 + 2KI = I2 + 2KCl Найдем количество вещества образовавшегося йода: v(I2)=m(I2)/M(I2) v(I2)=508/254=2 моль По уравнению реакции количество вещества хлора: v(Cl2)= v(I2)= 2 моль Найдем объем хлора: V(Cl2)=v(Cl2)/Vm V(Cl2)=2×22,4=44,8л |
Ответ | Объем хлора — 44,8л |
Задание | Рассчитайте массу хлороводорода, занимающего объем 44,8 л (н. у.). |
Решение | Найдем количество вещества HCl:
v(HCl)= V(HCl)/Vm v(HCl)=44,8/22,4=2 моль Найдем массу HCl: m(HCl)= v(HCl) ×M(HCl) m(HCl)=2×36,5=73 г |
Ответ | Масса хлороводорода — 73 г |