Получение галогенов. Биологическое значение и применение галогенов и их соединений
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.
Получение галогенов и их соединений
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
HF и HCl получают взаимодействием их твердых солей с концентрированной серной кислотой при нагревании:
CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HCl↑
HBr и HI получить таким способом нельзя, поскольку эти вещества – сильные восстановители и окисляются серной кислотой:
2KBr + 2H2SO4 = K2SO4 + Br2 + 2H2O + SO2
8KI + 5H2SO4 = 4K2SO4 +4I2 +4H2O + H2S
Поэтому HBr и HI получают гидролизом соответствующих галогенидов фосфора:
PBr3 +3H2O = 3HBr + H3PO3
Среди кислородсодержащих соединений галогенов наибольшее значение имеют кислородсодержащие кислоты и их соли. Так, HClO – одна из кислородсодержащих кислот хлора — хлорноватистая кислота получается в водных растворах хлора как продукт гидролиза:
Cl2+ H2O ↔ HClO + HCl
Соли хлорноватистой кислоты – гипохлориты образуются при пропускании хлора через холодные растворы щелочей, например:
Cl2 + 2KOH = KClO + KCl + H2O
Хлорноватую кислоту (HClO3) получают ее при действии на соли (хлораты) кислоты концентрированной серной кислотой:
Ba(ClO3)2 + H2SO4 = BaSO4 +2HClO3
Соли хлорноватистой кислоты – хлораты получают, пропуская Cl2 в горячий раствор щелочи:
3Cl2 + 6KOH = 5 KCl + KClO3 + 3H2O
HClO4 — хлорная кислота, которую можно получить, действуя на перхлорат калия концентрированной серной кислотой:
2 KClO4 + H2SO4 = K2SO4 +2 HClO4
Растворы бромноватистой (HOBr) и йодноватистой (HOI) кислот могут быть получены, подобно HClO, взаимодействием соответствующих галогенов с водой.
Br2 + H2O = HBr + HOBr
I2 + H2O = HI + HOI
Бромноватую (HBrO3) и йодноватую (HIO3) кислоты можно получить путем окисления бромной или йодной воды хлором:
Br2+ 5Cl2 + 6H2O = 2HBrO3 + 10 HCl
Биологическое значение галогенов и их соединений
Хлор — один важнейших элементов, входящих в состав живых организмов. В организме он содержится в виде соли – хлорида натрия. Хлор стимулирует обмен веществ, рост волос, придает бодрость и силу. Больше всего NаСl содержится в плазме крови.
HCl, входящая в состав желудочного сока, контролирует процессы пищеварения. В отсутствие 0,2%-ной НСl процесс переваривания пищи практически прекращается.
Водоросли, а также некоторые другие растения активно накапливают бром. Морская вода содержит самое большое количество брома, который способен переходить в воздух, поэтому его содержание в воздухе приморских районов всегда больше, чем в районах, далеких от моря.
Йод, как и хлор — один важнейших элементов, входящих в состав живых организмов. Недостаток йода в воде и пище снижает выработку гормона щитовидной железы и приводит к заболеванию эндемическим зобом. Йод попадает в организм вместе с пищей: хлебом, яйцами, молоком, водой, морской капустой и с воздухом (особенно морским) при дыхании.
Применение галогенов и их соединений
Галогены нашли широкое применение в промышленности. Так, фтор используют для получения смазочных веществ, выдерживающих высокую температуру, тефлона, фреонов и т.д. Хлор используют в производстве соляной кислоты, хлорной извести, гипохлоритов и хлоратов, для отбеливания тканей и целлюлозы, идущей на изготовление бумаги, для стерилизации питьевой воды и обеззараживания сточных вод и т.д.
Бром необходим для выработки различных лекарственных веществ, некоторых красителей, а также бромида серебра, использующегося в производстве фотоматериалов.
Йод применяют в медицине в виде 10%-го раствора в этаноле в качестве антисептического и кровоостанавливающего средства. Йод входит в состав ряда фармацевтических препаратов.
Плавиковую кислоту (HF) используют для получения фторидов, травления стекла, удаления песка с металлических отливок, при анализах минералов.
Соляная кислота (HCl) нашла широкое применение в химической практике, также, как и её соли. Например, хлорид натрия (поваренная соль) служит сырьем для получения хлора, соляной кислоты, едкого натра, используется в красильном деле, в мыловарении и других отраслях производства.
Примеры решения задая
| Задание | Составьте уравнения следующих реакций:
1) FеSО4 + КClO3 + Н2SО4 → … 2) FеSО4 + КClO3 + КОН → … 3) I2 + Ва(ОН)2 → … 4) КВr + КВrО3 + Н2SО4 → … |
| Ответ | а) В этой реакции железо повышает степень окисления с «+2» до «+3», т.е. FеSО4 является восстановителем, а хлор понижает степень окисления с «+5» до «1» , т.е. КClO3 является окислителем:
6FеSО4 + КClO3 + 3Н2SО4 = 3Fе2(SО4)3 + КСl + 3Н2О б) В этой реакции железо повышает степень окисления с «+2» до «+3», т.е. FеSО4 является восстановителем, а хлор понижает степень окисления с «+5» до «1» , т.е. КClO3 является окислителем: 6FеSО4 + КClO3 + 12КОН + 3Н2О = 6Fе(ОН)3↓ + КСl + 6К2SO4 в) В этой реакции йод и повышает, и понижает степень окисления с «0» до «+5» и с «0» до «-1», т.е. I2 является и восстановителем, и окислителем – происходит реакция диспропорционирования: 6I2 + 6Ва(ОН)2 = 5ВаI2 + Ва(IO3)2 + 6Н2О г) В этой реакции бром и повышает, и понижает степень окисления с «-1» до «0» и с «+5» до «0», т.е. КВr является восстановителем, а КВrО3 – окислителем: 5КВr + КВrО3 + 3Н2SО4 = 3Вr2 + 3К2SО4 + 3Н2О |
| Задание | Какое количество алюминия потребуется для реакции с соляной кислотой, взятой в избытке, чтобы получить 5,6 л водорода (н.у.)? |
| Решение | Запишем уравнение реакции:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑ По уравнению количество вещества алюминия – 1 моль, а водорода – 3 моль. Тогда объем водорода, рассчитанный по уравнению: V(H2)=v(H2)×Vm=3×22,4 = 67,2 л Составим пропорцию: 2 моль Al — 67,2 л H2 х моль Al — 5,6 л H2 х=2×5,6/67,2=0,17 v(Al)=0,17 моль |
| Ответ | Количество вещества алюминия 0,17 моль |
