Характерные химические свойства водорода и галогенов.

2.3.1. Химические свойства водорода и галогенов.

Химические свойства водорода

Атом водорода имеет электронную формулу внешнего (и единственного) электронного уровня 1s1. С одной стороны, по наличию одного электрона на внешнем электронном уровне атом водорода похож на атомы щелочных металлов. Однако, ему, так же как и галогенам не хватает до заполнения внешнего электронного уровня всего одного электрона, поскольку на первом электронном уровне может располагаться не более 2-х электронов. Выходит, что водород можно поместить одновременно как в первую, так и в предпоследнюю (седьмую) группу таблицы Менделеева, что иногда и делается в различных вариантах периодической системы:

2.3.1. Химические свойства водорода и галогенов.

С точки зрения свойств водорода как простого вещества, он, все-таки, имеет больше общего с галогенами. Водород, также как и галогены, является неметаллом и образует аналогично им двухатомные молекулы (H2).

В обычных условиях водород представляет собой газообразное, малоактивное вещество. Невысокая активность водорода объясняется высокой прочностью связи между атомами водорода в молекуле, для разрыва которой требуется либо сильное нагревание, либо применение катализаторов, либо и то и другое одновременно.

Взаимодействие водорода с простыми веществами

с металлами

Из металлов водород реагирует только с щелочными и щелочноземельными! К щелочным металлам относятся металлы главной подгруппы I-й группы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), а к щелочно-земельным — металлы главной подгруппы II-й группы, кроме бериллия и магния (Ca, Sr, Ba, Ra)

При взаимодействии с активными металлами водород проявляет окислительные свойства, т.е. понижает свою степень окисления. При этом образуются гидриды щелочных и щелочноземельных металлов, которые имеют ионное строение. Реакция протекает при нагревании:

2Na + H2 = 2NaH Ca + H2 = CaH2

Следует отметить, что взаимодействие с активными металлами является единственным случаем, когда молекулярный водород Н2 является окислителем.

с неметаллами

Из неметаллов водород реагирует только c углеродом, азотом, кислородом, серой, селеном и галогенами!

Под углеродом следует понимать графит или аморфный углерод, поскольку алмаз — крайне инертная аллотропная модификация углерода.

При взаимодействии с неметаллами водород может выполнять только функцию восстановителя, то есть только повышать свою степень окисления:

C + 2H2 = CH4

N2 + 3H2 = 2NH3

2.3.1. Химические свойства водорода и галогенов.

2.3.1. Химические свойства водорода и галогенов.

Hal2 pl'us H2 ravno 2HHal

Взаимодействие водорода со сложными веществами

с оксидами металлов

Водород не реагирует с оксидами металлов, находящихся в ряду активности металлов до алюминия (включительно), однако, способен восстанавливать многие оксиды металлов правее алюминия при нагревании:

MgO + H2

Al2O3 + H2

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

CuO + H2 = Cu + H2O

c оксидами неметаллов

Из оксидов неметаллов водород реагирует при нагревании с оксидами азота, галогенов и углерода. Из всех взаимодействий водорода с оксидами неметаллов особенно следует отметить его реакцию с угарным газом CO.

Смесь CO и H2 даже имеет свое собственное название – «синтез-газ», поскольку из нее в зависимости от условий могут быть получены такие востребованные продукты промышленности как метанол, формальдегид и даже синтетические углеводороды:

CO + H2 = CH3OH

c кислотами

С неорганическими кислотами водород не реагирует!

Из органических кислот водород реагирует только с непредельными, а также с кислотами, содержащими функциональные группы способные к восстановлению водородом, в частности альдегидные, кето- или нитрогруппы.

c солями

В случае водных растворов солей их взаимодействие с водородом не протекает. Однако при пропускании водорода над твердыми солями некоторых металлов средней и низкой активности возможно их частичное или полное восстановление, например:

2FeCl3 + H2 = 2FeCl2 + 2HCl

CuCl2 + H2 = Cu + 2HCl

Химические свойства галогенов

Галогенами называют химические элементы VIIA группы (F, Cl, Br, I, At), а также образуемые ими простые вещества. Здесь и далее по тексту, если не сказано иное, под галогенами будут пониматься именно простые вещества.

Все галогены имеют молекулярное строение, что обусловливает низкие температуры плавления и кипения данных веществ. Молекулы галогенов двухатомны, т.е. их формулу можно записать в общем виде как Hal2.

Галоген
Физические свойства
F2 Светло-желтый газ с резким раздражающим запахом
Cl2 Желто-зеленый газ с резким удушливым запахом
Br2 Красно-бурая жидкость с резким зловонным запахом
I2 Твердое вещество с резким запахом, образующее черно-фиолетовые кристаллы

Следует отметить такое специфическое физическое свойство йода, как его способность к сублимации или, иначе говоря, возгонке. Возгонкой, называют явление, при котором вещество, находящееся в твердом состоянии, при нагревании не плавится, а, минуя жидкую фазу, сразу же переходит в газообразное состояние.

Электронное строение внешнего энергетического уровня атома любого галогена имеет вид ns2np5, где n – номер периода таблицы Менделеева, в котором расположен галоген. Как можно заметить, до восьмиэлектронной внешней оболочки атомам галогенов не хватает всего одного электрона. Из этого логично предположить преимущественно окисляющие свойства свободных галогенов, что подтверждается и на практике. Как известно, электроотрицательность неметаллов при движении вниз по подгруппе снижается, в связи с чем активность галогенов уменьшается в ряду:

F2 > Cl2 > Br2 > I2

Взаимодействие галогенов с простыми веществами

Все галогены являются высокоактивными веществами и реагируют с большинством простых веществ. Однако, следует отметить, что фтор из-за своей чрезвычайно высокой реакционной способности может реагировать даже с теми простыми веществами, с которыми не могут реагировать остальные галогены. К таким простым веществам относятся кислород, углерод (алмаз), азот, платина, золото и некоторые благородные газы (ксенон и криптон). Т.е. фактически, фтор не реагирует лишь с некоторыми благородными газами.

Остальные галогены, т.е. хлор, бром и йод, также являются активными веществами, однако менее активными, чем фтор. Они реагируют практически со всеми простыми веществами, кроме кислорода, азота, углерода в виде алмаза, платины, золота и благородных газов.

Взаимодействие галогенов с неметаллами

водородом

При взаимодействии всех галогенов с водородом образуются галогеноводороды с общей формулой HHal. При этом, реакция фтора с водородом начинается самопроизвольно даже в темноте и протекает со взрывом в соответствии с уравнением:

H2 + F2 = 2HF

Реакция хлора с водородом может быть инициирована интенсивным ультрафиолетовым облучением или нагреванием. Также протекает со взрывом:

H2 + Cl2 = 2HCl

Бром и йод реагируют с водородом только при нагревании и при этом, реакция с йодом является обратимой:

H2 + Br2 = 2HBr

H2 + I2 = 2HI

фосфором

Взаимодействие фтора с фосфором приводит к окислению фосфора до высшей степени окисления (+5). При этом происходит образование пентафторида фосфора:

2P + 5F2 = 2PF5

При взаимодействии хлора и брома с фосфором возможно получение галогенидов фосфора как в степени окисления + 3, так и в степени окисления +5, что зависит от пропорций реагирующих веществ:

P + Cl2; P + Br2

При этом в случае белого фосфора в атмосфере фтора, хлора или жидком броме реакция начинается самопроизвольно.

Взаимодействие же фосфора с йодом может привести к образованию только триодида фосфора из-за существенно меньшей, чем у остальных галогенов окисляющей способности:

2P + 3I2 = 2PI3

серой

Фтор окисляет серу до высшей степени окисления +6, образуя гексафторид серы:

3F2 + S = SF6

Хлор и бром реагируют с серой, образуя соединения, содержащие серу в крайне не свойственных ей степенях окисления +1 и +2. Данные взаимодействия являются весьма специфичными, и для сдачи ЕГЭ по химии умение записывать уравнения этих взаимодействий не обязательно. Поэтому три нижеследующих уравнения даны скорее для ознакомления:

взаимодействие серы с хлором и бромом

Взаимодействие галогенов с металлами

Как уже было сказано выше, фтор способен реагировать со всеми металлами, даже такими малоактивными как платина и золото:

Au + F2 = AuF2

Pt + 2F2 = PtF4

Остальные галогены реагируют со всеми металлами кроме платины и золота:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

2Fe + 3Br2 = 2FeBr3

Fe + I2 = FeI2

Cu + Cl2 = CuCl2

2Cu + I2 = 2CuI

Реакции галогенов со сложными веществами

Реакции замещения с галогенами

Более активные галогены, т.е. химические элементы которых расположены выше в таблице Менделеева, способны вытеснять менее активные галогены из образуемых ими галогеноводородных кислот и галогенидов металлов:

Br2 + 2KI = I2 + 2KBr

Cl2 + 2HBr = Br2 + 2HCl

I2 + KBr

Br2 + HCl

Аналогичным образом, бром вытесняет серу из растворов сульфидов и сероводорода:

Na2S + Br2 = 2NaBr + S

 

Хлор является более сильным окислителем и окисляет сероводород в его водном растворе не до серы, а до серной кислоты:

H2S + 4Cl2 + 4H2O = H2SO4 + 8HCl

Взаимодействие галогенов с водой

Вода горит во фторе синим пламенем в соответствии с уравнением реакции:

H2O + 2F2 = OF2 + 2HF

Бром и хлор реагируют с водой иначе, чем фтор. Если фтор выступал в роли окислителя, то хлор и бром диспропорционируют в воде, образуя смесь кислот. При этом реакции обратимы:

Cl2 + H2O <=> HCl + HClO

Br2 + H2O <=> HBr + HBrO

Взаимодействие йода с водой протекает в настолько ничтожно малой степени, что им можно пренебречь и считать, что реакция не протекает вовсе.

Взаимодействие галогенов с растворами щелочей

Фтор при взаимодействии с водным раствором щелочи опять же выступает в роли окислителя:

2NaOH + 2F2 → OF2 + 2NaF + H2O

Умение записывать данное уравнение не требуется для сдачи ЕГЭ. Достаточно знать факт о возможности такого взаимодействия и окислительной роли фтора в этой реакции.

В отличие от фтора, остальные галогены в растворах щелочей диспропорционируют, то есть одновременно и повышают и понижают свою степень окисления. При этом, в случае хлора и брома в зависимости от температуры возможно протекание по двум разным направлениям. В частности, на холоду реакции протекают следующим образом:Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2OBr2 + 2NaOH = NaBr + NaBrO + H2O

 

 

а при нагревании:

3Cl2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O

2.3.1. Химические свойства водорода и галогенов.

Йод реагирует с щелочами исключительно по второму варианту, т.е. с образованием йодата, т.к. гипоиодит не устойчив не только при нагревании, но также при обычной температуре и даже на холоду:

3I2 + 6NaOH > 5NaI + NaIO3 + 3H2O

Комментариев 75
  1. Валерия

    Здравствуйте, Сергей!
    Интересует реакцию фтора с водой или щелочью. Действительно ли просиходит образование фторида кислорода, потому что в других источниках написано, что образуется HOF, которая неустойчива…

    • Сергей Широкопояс

      Реакции фтора с щелочью или водой в ЕГЭ еще ни разу не просили записать, хотя бы потому что там не все так однозначно с продуктами.

      • Александр

        Здравствуйте! Из личного любопытства – происходит ли реакция между фтором и кислотами? Вытесняет ли он из кислотные остатки аналогично другим галогенам, или там какая-то специфическая реакция?

        • Соавтор проекта Борисов И.С.

          Добрый день! Химия фтора — штука своеобразная. Если под кислотой понимать именно водные растворы, то там вода реагентом будет. Если воды нет, то нужно оценить восстановительные свойства молекулы, есть ли смысл в реакции.

    • Максим

      Ай как всё хорошо. Единственный недочёт, пустяковый, но всё же — «на холоде». Так, наверное, пишется

      • Соавтор проекта Борисов И.С.

        Добрый день! Форма написания «на холоду» вполне устоявшаяся для русской химической литературы, смысл не искажается и вполне понятен.

  2. Александр

    ГОСПОДИ Я НАШЕЛ ЭТОТ ИДЕАЛЬНЫЙ САЙТ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЕГЭ

  3. Виктор

    Почему-то не указано, что с водородом взаимодействует магний?!*

    • Сергей Широкопояс

      Магний реагирует с водородом в специфических условиях:
      При одновременно высоком давлении водорода, нагревании и присутствии катализатора. Из-за этой специфики магний с водородом на ЕГЭ и не предложат.
      Не истерим и не переживаем. Все в порядке.

  4. StingRunf83

    Интересно пишете, жизненно. Все-таки, для того, чтобы делать действительно популярный блог, нужно не только говорить о чем-то, но и предоставлять это в интересной форме:)

  5. Елена

    а как насчет галоген + К2S?
    Этот вопрос есть в ЕГЭ

    • Сергей Широкопояс

      он освещен, читайте внимательнее

  6. Елена

    и в догонку……. Br2+ SO2 =?

    • Сергей Широкопояс

      спасибо, добавлю

  7. astamir

    Почему нельзя скачать

  8. Виталий

    Здравствуйте! У вас написано, что золото дает со фтором AuF2, действительно ли такой фторид получается или все же AuF3? И еще хотел спросить по поводу продукта окисления воды в реакции с молекулярным фтором: получается OF2 или все же основным продуктом будет O2?

    • Сергей Широкопояс

      Спасибо. По поводу фторида золота действительно стоит писать фторид золота (III),
      по поводу реакции фтора с водой — оба варианта верны. Данная реакции пока не встречалась в ЕГЭ. Собственно как и реакция золота со фтором.

  9. Ириска

    Здравствуйте! Не увидела в статье реакции «галоген + галоген». Мне кажется стоит дописать

    • Сергей Широкопояс

      не спрашивают на ЕГЭ об этом

  10. Святослав

    Здравствуйте!А существует ли такая реакция Sr+F2=SrF2

    • Сергей Широкопояс

      конечно. хотя теоретически может быть пассивация, но сомневаюсь

  11. Ислам

    Здравствуйте, насчет реакции галогенов с водой, разве в зависимости от температуры раствора хлор и бром не дают разные продукты?

    • Сергей Широкопояс

      нет, это было бы справедливо для реакций с раствором щелочи

  12. Фролова О.

    Здравствуйте. Прорешивая тесты, нашла вопрос о реакции хлора с азотом. Все-таки есть прямая реакция? Или образование трихлорида азота возможно только через аммиак? Спасибо.

    • Сергей Широкопояс

      нет, напрямую хлор и азот не реагируют

  13. Яна

    Здравствуйте! Скажите, пожалуйста, почему CuCl реагирует с хлором с образованием CuCl2, а CuI c I2 не реагирует (то же самое с галогенидами железа(II))? Заранее спасибо!

    • Яна

      А иодид хрома (III) будет реагировать с йодом

      • Соавтор проекта Борисов И.С.

        Начнем с того, что CrI3 сам по себе неустойчив по той же причине, что и CuI2. Поэтому его дальнейшая реакция с йодом невозможна.

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Все дело в окислительно-восстановительных свойствах отдельных элементов и веществ. Хлор и бром — окислители значительно более сильные, чем йод. Поэтому ион Cu(2+) не может окислить ионы Cl(-) и Br(-), но может I(-). Как следствие наблюдаем существование и устойчивость CuCl2 и CuBr2, а противоположное для соединения с йодом. Устойчив только CuI. Примерно та же картина и с производными железа.

  14. Инна

    Почему не упоминается, что водород реагирует с диоксидом кремния? Такая реакция встречается в ЕГЭ.

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! В книге «Я сдам ЕГЭ» от разработчиков экзамена данная реакция не упоминается. Получают кремний из его диоксида под действием углерода или магния в качестве восстановителей. Водород для этих целей не используют.

      • Джон

        Здравствуйте, не подскажите, что за книга?

        • Соавтор проекта Борисов И.С.

          Добрый день! Так и называется «Я сдам ЕГЭ».

  15. Грайр

    Здравствуйте, реакция водорода не идёт со всеми щелочными и щелочноземельными металлами. В пример с цинком не реагирует

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! К щелочным металлам относятся металлы IA подгруппы, к щелочноземельным IIA подгруппы без бериллия и магния (по классификации ИЮПАК их туда причислить можно). Цинк находится во IIB подгруппе и не имеет отношения к щелочноземельным металлам.

  16. Надежда

    Добрый день.В учебнике Еремина сказано ,что хлор ,бром и йод реагируют с золотом.

  17. Соавтор проекта Борисов И.С.

    Добрый день! Знание данных реакций не является необходимым в рамках ЕГЭ, однако за замечание спасибо. Можно исправить.

  18. Маргарита

    Здравствуйте, а встречается ли на ЕГЭ получение галогенов? И встречаются ли реакции галогенов с кремнием?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Реакции, в ходе которых образуются простые вещества-галогены, в рамках ЕГЭ достаточно разнообразны и встречаются постоянно. Насчет реакции кремния и галогенов скажу, что вряд ли увидим что-то кроме его хлорирования.

  19. Маргарита

    Здравствуйте, а нужно учить для егэ электролиз расплава NaCl? Или только электролиз раствора?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Да, оба варианта необходимо осознавать.

  20. Татьяна

    Добрый день! Подскажите, пожалуйста, все галогены будут реагировать с углеродом?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Бром уже с большим трудом, а йод не будет.

  21. Таня

    Добрый вечер! Скажите, пожалуйста, в этих реакция допустимо образование гидросульфата калия?
    2KBr(тв.) + 2H2SO4(конц. гор.) = K2SO4 + Br2 + SO2 + 2H2O
    8KI(тв.) + 5H2SO4(конц. гор.) = 4K2SO4 + 4I2 + H2S + 4H2O

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Да, вполне. С точки зрения химии кислая соль тут даже более уместна.

  22. Данил

    Здравствуйте! Уточните, пожалуйста, в реакции: KClO3+6HCl=KCl+3Cl2+3H2O
    Окислитель (Cl+5) идет в -1 или в 0 (это реакция контрпропорционирование или нет?), как это понять? И как правильно написать электронный баланс?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! До нуля, сопропорционирование.

      • Маша

        Здравствуйте! Уточните, пожалуйста, получение каких галогенводородов из простых веществ обратимо?

        • Соавтор проекта Борисов И.С.

          Добрый день! Для ЕГЭ только HI.

  23. Александр

    Здравствуйте, возник большой вопрос. Я Вашему сайту в плане информативности очень доверяю. В реакции получения синтез-газа указано такое уравнение:
    СО+Н2=…
    Чадный газ и водород. Но в другом, не менее надёжном источнике («Начала химии», Кузьменко Н.Е., глава десять) образование синтез газа указано как реакция углекислого газа с водородом, а не чадного:
    СО2+Н2=…
    Кому верить? Это какая-то опечатка, и если да то в каком из источников?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Обсуждать тут особо нечего, синтез-газ всю жизнь был и остается смесью угарного газа и водорода, получаемой при парофазной конверсии метана.

  24. Дима

    Здравствуйте. А правильна реакция:
    2F2+H2O -> 4HF +O2

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Один из вариантов возможных.

  25. Настя

    Скажите, а с какими солями реагирует водород?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! В рамках ЕГЭ можно увидеть восстановление сульфатов ЩЗМ при очень высокой температуре.

      • Настя

        Спасибо!
        А сульфат натрия ведь тоже восстанавливается водородом?

        • Соавтор проекта Борисов И.С.

          Если брать рамки ЕГЭ, то там встречалось восстановление сульфатов ЩЗМ. Про остальное не знаем)

  26. Мария

    Здравствуйте ! Подскажите ,пожалуйста, в ЕГЭ хлор ,бром и йод реагируют с золотом?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! На ЕГЭ не нужны свойства золота.

  27. Людмила

    Здравствуйте, а есть ли возможность протекания реакции галогенов и оксидов?
    галоген + оксид (оксид любого класса)

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Да, возможны ОВР.

      • Людмила

        А какие будут продукты реакции?

        • Соавтор проекта Борисов И.С.

          Не попросят писать на ЕГЭ.

          • Людмила

            Хорошо, спасибо большое)

          • Соавтор проекта Борисов И.С.

            Не за что

  28. Дмитрий

    Здравствуйте! С какими неметаллами могут взаимодействовать основные оксиды?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Вопрос слишком общий. Часть из них может реагировать с углеродом или водородом.

  29. Вита

    Здравствуйте! Недавно встретила реакцию Br2+ CrO, действительно ли будет протекать реакция? Будут ли реагировать другие галогены по той же схеме? И если реакция возможна, какие продукты будут? Заранее спасибо за ответ.

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Соединения хрома(II) — сильные восстановители, поэтому ОВР возможна.

  30. Джон

    Здравствуйте, а все галогены могут вытеснять серу из растворов сульфидов и сероводорода? Или только бром может?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Все.

  31. Джон

    Здравствуйте, верно что йод способен реагировать с концентрированной азотной кислотой? И могут ли прореагировать также другие галогены?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Да, верно. Только йод.

  32. Наталья

    Здравствуйте. Как протекает реакция между броматом калия и хлороводородом? Может ли получится бромид калия, хлор и вода? Или единственный вариант это хлорид калия, хлор, бром и вода? И почему? Спасибо.

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Бромид калия неизбежно прореагирует с хлором, поэтому в продуктах хлорид.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.