ГМ-20 хімія 11.10.21

 Виконану роботу надіслати на електронну пошту

nataliasuhina15@gmail.com  до 19.00.

11.10.2021

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 9.3. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном

Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), §§18,19, с.99-112

Виконати (письмово) завдання 149-153, с.119:

1. Відповісти на запитання, що зустрічаються по ходу лекції.

2. Виконати завдання:

1. Чому температура плавлення хлороводню (–114 °С) набагато нижча, ніж натрій хлориду (+801 °С)?

2. Скільки сполук неметалічних елементів з Гідрогеном мають молярну масу 34 г/моль? Напишіть їхні формули.

3. Густина галогеноводню за нормальних умов становить 1,63 г/л. Знайдіть за цими даними молярну масу речовини.

4. В 1 л води за нормальних умов розчинили 2 л сірководню. Обчисліть масову частку цієї сполуки в розчині, який утворився.

5. Сполука елемента Е з Гідрогеном містить 2,74 % Гідрогену за масою. Виведіть її формулу.

6. Напишіть рівняння таких реакцій:

а) HCl + Al →

б) HCl + Cr(OH)₃→

в) HCl + ZnO →

г) HCl + Na₂S →

7. Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій між водними розчинами:

а) сірководню і барій гідроксиду;

б) амоніаку і ферум(ІІІ) сульфату.

8. Яку масу 10 %-го розчину хлороводню потрібно взяти для реакції з магній оксидом масою 4 г?

9. Який об’єм газу (н. у.) виділиться під час взаємодії достатньої кількості хлоридної кислоти з кальцій карбонатом масою 10 г?

 

Склад і назви сполук. Сполуки з Гідрогеном відомі для більшості неметалічних елементів; їх не утворюють лише інертні елементи. Для Карбону, як вам відомо, існує багато сполук з Гідрогеном; їх загальна назва — вуглеводні.

Формули і назви сполук неметалічних елементів з Гідрогеном:

  CH₄ метан        NH₃ амоніак        H₂О вода                    HF фтороводень

  SiH₄ силан        PH₃ фосфін         H₂S сірководень         HCl хлороводень

                           AsH₃ арсин          H₂Se селеноводень     HBr бромоводень

                                                        H₂Te телуроводень    HI йодоводень

Скласти формулу сполуки неметалічного елемента з Гідрогеном досить легко. Значення валентності елемента в такій сполуці становить різницю між числом 8 і числом, що дорівнює номеру групи періодичної системи, в якій міститься елемент.

? Визначте ступені окиснення елементів 3-го періоду в їхніх сполуках з Гідрогеном.

Загальна формула сполук елементів з Гідрогеном має два варіанти написання — HnE і ЕНn. Послідовність запису елементів у хімічній формулі кожної сполуки зумовлена традицією: символи елементів VI і VII груп розміщують після символу Гідрогену (Н₂S), а символи елементів інших груп — перед ним

(NH3). Загальні формули сполук неметалічних елементів кожної групи з Гідрогеном указують у деяких варіантах періодичної системи в окремому рядку.

Для сполук неметалічних елементів з Гідрогеном частіше використовують тривіальні назви, іноді — хімічні: HF — гідроген фторид, HCl — гідроген хлорид, H₂S — гідроген сульфід тощо.

Будова. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном складаються з молекул; атоми в них сполучені ковалентними зв’язками. Якщо електронегативності елемента і Гідрогену однакові, то ці зв’язки неполярні (наприклад, у молекулі РН₃), а якщо різні — зв’язки полярні.

? Зобразіть електронні та графічні формули молекул HF і SiH₄. Покажіть у графічних формулах зміщення спільних електронних пар до відповідних атомів.

Якщо позитивні й негативні заряди, що виникли на атомах після зміщення спільних електронних пар, рівномірно розподілені в молекулі, то вона є неполярною (наприклад, молекула СН₄). В іншому випадку молекула в одній частині має невеликий негативний заряд, а в протилежній — позитивний заряд. Така молекула полярна; її називають диполем. Полярними є молекули HF, Н₂О, NH₃ і деякі інші.

? Доведіть, що молекула води полярна.

Фізичні властивості. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном за звичайних умов (температура 20 °С і тиск 760 мм рт. ст.) є газами, а вода — рідиною. Гідроген фторид за температури 19,5 °С переходить із рідкого стану в газуватий. Серед вуглеводнів є гази (сполуки з невеликими відносними молекулярними масами), рідини і тверді речовини.

Температури плавлення і кипіння сполук з Гідрогеном елементів кожної групи періодичної системи зростають зі збільшенням відносних молекулярних мас. Проте сполуки елементів 2-го періоду — вода, амоніак і

фтороводень — «випадають» із цієї залежності. Аномально високі температури їх плавлення і кипіння зумовлені існуванням водневих зв’язків між молекулами.

Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном безбарвні, деякі мають характерний запах — неприємний, іноді різкий. Багато цих речовин є токсичними.

Найбільшу розчинність у воді мають галогеноводні (сполуки галогенів з Гідрогеном) та амоніак. Наприклад, в 1 л води за нормальних умов (0 °С, 760 мм рт. ст.) розчиняється приблизно 500 л газу хлороводню або майже 1000 л газу амоніаку. Цьому сприяє утворення водневих зв’язків між молекулами води і цих сполук, а також дисоціація молекул галогеноводнів у водному розчині.

Для підтвердження високої розчинності хлороводню у воді й кислотних властивостей водного розчину цієї сполуки демонструють ефектний дослід. У посудину з водою додають кілька крапель розчину лакмусу або метилоранжу. Хлороводнем наповнюють колбу, додають у неї 1—2 краплі води, швидко закривають пробкою, в яку вставлена скляна трубка, і занурюють кінець трубки в посудину з розчином індикатора. Під час розчинення газу тиск у колбі знижується; рідина заповнює колбу, створюючи фонтан, і набуває червоного забарвлення.

Метан дуже слабко розчиняється у воді через неполярність молекул СН4, а отже, неможливість утворення ними водневих зв’язків і нездатність до дисоціації.

 

 

Хімічні властивості водних розчинів гідроген хлориду і гідроген сульфіду. Розчинені у воді хлороводень і сірководень виявляють кислотні властивості. Завдяки полярним зв’язкам Н–Е молекули цих сполук дисоціюють з утворенням катіонів Гідрогену:

HCl ↔H⁺ + Cl^–;

H₂S ↔H⁺ + HS^–;

HS^– ↔H⁺ + S^2–.

Водний розчин HCl поводиться як сильна однооснoвна кислота (ступінь дисоціації сполуки в розбавленому розчині перевищує 90 %), а розчин H₂S — як слабка двохоснoвна кислота. Хімічні назви цих розчинів — хлоридна кислота, сульфідна кислота.

Концентрована хлоридна кислота є майже насиченим розчином хлороводню. Масова частка сполуки в цьому розчині становить 34—36 %. Із нього постійно виділяється хлороводень, який створює над рідиною задушливий туман.

Гідроген сульфід має значно меншу розчинність у воді. Його масова частка в насиченому розчині за звичайних умов становить лише 0,36 %.

Хлоридна кислота реагує:

• з металами з виділенням водню

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

(метали, розміщені в ряду активності праворуч від водню, із хлоридною кислотою не взаємодіють);

• з оснoвними та амфотерними оксидами

CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O,

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O;

• з основами та амфотерними гідроксидами

LiOH + HCl = LiCl + H₂O,

Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O;

• із більшістю солей

Pb(NO₃)₂ + 2HCl = PbCl₂↓ + 2HNO₃,

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + СО₂↑ + Н₂О,

CH₃COOK + HCl = KCl + CH₃COOH.

? Складіть йонно-молекулярне рівняння реакції калій ацетату з хлоридною кислотою.

Якщо сильна хлоридна кислота взаємодіє з усіма основами й амфотерними гідроксидами, то слабка сульфідна кислота реагує лише з лугами.

? Складіть рівняння реакції сульфідної кислоти з літій гідроксидом.

При пропусканні сірководню або додаванні сульфідної кислоти у водні розчини солей Купруму(ІІ), Плюмбуму, деяких інших металічних елементів утворюються нерозчинні сульфіди:

CuSO₄ + H₂S = CuS↓ + H₂SO₄.

Хімічні властивості водного розчину амоніаку. Водний розчин амоніаку поводиться в хімічних реакціях як дуже розбавлений розчин лугу.

У розчині амоніаку між його молекулами і молекулами води утворюються водневі зв’язки, зокрема H₃N•••HOH. Частина таких зв’язків спричиняє відокремлення катіонів Н⁺ від молекул води, які сполучаються з атомами Нітрогену молекул амоніаку ковалентним зв’язком за донорно-акцепторним механізмом:

H⁺ + NH₃ = NH⁴⁺ .

                  йон амонію

Аніони ОН^– залишаються в розчині, створюючи в ньому лужне середовище.

Реакція амоніаку з водою є оборотною:

NH₃ + H₂O ↔ NH⁴⁺ + OH^–.

За звичайних умов перетворення зазнає менше 1 % розчиненого амоніаку. Частина газу постійно виділяється з розчину і зумовлює його характерний запах.

Розчин амоніаку іноді називають розчином амонійної основи. Її формулу правильно записувати так: NH₃•H₂O. Однак у хімічних рівняннях використовуватимемо іншу формулу — NH₄OH. Цей запис указує на схожість водного розчину амоніаку з розчинами лугів за хімічними властивостями. Крім формули NH₄OH, вживають і назву гіпотетичної сполуки — амоній гідроксид.

Завдяки оснoвним властивостям розчин амоніаку взаємодіє майже з усіма кислотами.

Це — реакції нейтралізації, у результаті яких утворюються солі амонію:

NH₄OH + HCl = NH₄Cl + H₂O.

                      амоній хлорид

Перетворимо молекулярне рівняння на йонно-молекулярне, враховуючи, що амонійна основа є слабкою (кількість йонів NH⁴⁺ і ОН^– у розчині незначна), а амоній хлорид — розчинною у воді йонною сполукою:

NH₄ОН + H⁺ + Cl^– = NH⁴⁺ + Cl^– + H₂O;

NH₄ОН + H⁺ = NH⁴⁺ + H₂O.

Амоніак може взаємодіяти з хлороводнем і за відсутності води. Часто виконують відповідний дослід, відомий під назвою «Дим без вогню».

Одну скляну паличку занурюють у концентрований розчин амоніаку, іншу — в концентровану хлоридну кислоту. Потім палички зближують. З’являється білий дим. Його утворюють дуже дрібні кристалики амоній хлориду — продукту реакції між газами (амоніак і хлороводень постійно виділяються із крапель розчинів, які залишилися на паличках):

NH₃ + HCl = NH₄Cl.

Такий самий ефект можна спостерігати, якщо поставити склянки із вказаними розчинами поряд.

Амоніак у водному розчині взаємодіє з багатьма солями. Реакції відбуваються з утворенням нерозчинної у воді основи або амфотерного гідроксиду:

3NH₄ОН + Al(NO₃)₃ = 3NH₄NO₃ + Al(OH)₃↓.

                                  амоній нітрат

Реакції сірководню й амоніаку з киснем. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном (крім галогеноводнів) здатні горіти на повітрі або в атмосфері кисню. Це — окисно-відновні реакції. Вам відомо, що при горінні вуглеводнів залежно від кількості кисню можуть утворюватися вуглець, чадний або вуглекислий газ. Аналогічна особливість притаманна горінню сірководню:

2H₂S + O_{2 (нестача)} = 2S + 2H₂O;

2H₂S + 3O_{2 (надлишок)} = 2SO₂ + 2H₂O.

Амоніак горить в атмосфері кисню (але не на повітрі) з утворенням азоту і водяної пари:

NH₃ + O₂→ N₂ + H₂O.

Якщо реакція відбувається за наявності каталізатора (платини), то замість азоту утворюється нітроген(ІІ) оксид:

                            t, k

NH₃ + O₂⎯→NО + H₂O.

? Перетворіть схеми двох останніх реакцій на хімічні рівняння.

Застосування гідроген хлориду, амоніаку та гідроген сульфіду. Сфери використання гідроген хлориду і хлоридної кислоти - виробництво хлоровмісних органічних речовин, хлоридів, очищення поверхні металів від продуктів корозії, добування хлору в лабораторії, здійснення гідролізу целюлози. Гідроген сульфід використовують як вихідну речовину в деяких технологічних процесах. Природна вода, яка містить розчинений сірководень, має лікувальні властивості.