Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Лашевська

§ 19. Окисні та відновні властивості неметалів

Після опрацювання цього параграфа ви зможете:

  • складати рівняння, що підтверджують окисні властивості неметалів у реакціях з воднем і металами та відновні властивості водню, вуглецю, силіцію в реакціях з оксидами металічних елементів.

Загальні хімічні властивості неметалів зумовлені особливостями будови атомів неметалічних елементів (схарактеризуйте їх).

Заповніть прогалини в наведеному тексті. «Унаслідок цього всі прості речовини неметалічних елементів (окрім ...) можуть виявляти окислювальні властивості. Найсильнішим окисником поміж них є ... - адже атоми ... не здатні віддавати електрони атомам інших хімічних елементів. Електронегативність ... менша за електронегативність Флуору, але більша, ніж в інших неметалічних елементів. Тому в реакціях з неметалами кисень - ... . Решта неметалів може виявляти в хімічних реакціях як окисні, так і ... властивості».

Взаємодія з киснем - реакція, властива всім неметалам, за винятком інертних газів і галогенів. Розгляньмо докладніше окиснення фосфору, азоту, сірки, вуглецю та силіцію.

Складіть термохімічні рівняння реакцій, про які йтиметься далі. Розгляньте їх з погляду окиснення-відновлення та класифікуйте за відомими вам ознаками.

Який із цих неметалів найактивніше реагує з киснем? Пригадайте, білий фосфор Р4 зберігають під шаром води, щоби запобігти його повільному окисненню. Червоний фосфор окиснюється киснем повітря значно важче й повільніше за білий. Продукти окиснення червоного фосфору гігроскопічні, тому внаслідок зберігання в негерметичній тарі він «відсиріває». Температура займання білого фосфору становить близько 50 °С, тож він може спалахнути від необережного натискання чи тертя. Червоний фосфор спалахує за значно вищої температури. Продуктами окиснення обох алотропних модифікацій Фосфору є оксиди цього елемента. За надлишку кисню утворюється фосфор(V) оксид (рис. 19.1).

Рис. 19.1. Горіння фосфору супроводжується виділенням теплової та світлової енергії, утворенням густого білого диму фосфор(V) оксиду

За нестачі кисню продуктом окиснення фосфору є фосфор(ІІІ) оксид.

Сліпучо-біле полум’я та густий білий дим, які виникають під час згоряння фосфору, зумовили його застосування військовими для створення димових завіс та в запалювальних бомбах. Наразі застосування фосфорних снарядів заборонено міжнародним законодавством.

Хоча Нітроген належить до тієї самої підгрупи, що й Фосфор, реакція азоту з киснем відбувається лише за температури понад 1200 °С або в електричному розряді, наприклад під час грози. Продуктом цієї ендотермічної реакції є нітроген(ІІ) оксид. Це зумовлено потрійним зв’язком між атомами Нітрогену в молекулі азоту, для руйнування якого потрібно багато енергії.

Натомість реакція сірки з киснем екзотермічна, хоча й потребує попереднього нагрівання до температури близько 250 °С. Розплавлена сірка займається та горить на повітрі майже непомітним блідо-блакитним полум’ям. У кисні горіння сірки пришвидшується, полум’я набуває сліпучо-фіолетового кольору (рис. 19.2).

Рис. 19.2. Горіння сірки на повітрі і в посудині з киснем

Продукт реакції горіння сірки - сульфур(ІV) оксид - безбарвний, з різким задушливим запахом, так званий сірчистий газ.

Сірка - складник димного пороху, який і в наш час використовують у феєрверках. Також цей неметал - компонент різноманітних запалювальних сумішей. Разом із сіркою в димному поросі є деревне вугілля. Температура його займання вища, ніж у сірки. Горіння без полум’я - характерна ознака горіння вуглецю. За нестачі кисню продуктом згоряння є дуже небезпечний чадний газ-карбон(ІІ) оксид. Унаслідок повного окиснення вуглецю утворюється карбон(ІV) оксид - вуглекислий газ. Зауважмо, що алмаз і графіт згоряють лише в чистому кисні за температури близько 700 °С.

Силіцій реагує з киснем лише за нагрівання до температури 400-500 °С, продукт реакції - силіцій (IV) оксид.

Виконавши поставлене перед вами завдання, ви пересвідчилися, що вуглець, силіцій, азот , фосфор та сірка в реакціях з киснем є ... . Продуктами цих реакцій є оксиди: одні з них кислотні (які саме?), інші - несолетворні (які саме?). Докладніше про хімічний характер оксидів неметалічних елементів ітиметься в § 21.

Реакція з воднем можлива не для всіх неметалів. Які саме неметали реагують з ним? Розгляньмо це питання докладніше.

Складіть термохімічні рівняння реакцій, про які йтиметься далі. Розгляньте їх з погляду окиснення-відновлення та класифікуйте за відомими вам ознаками.

Взаємодію водню з киснем ви вже вивчали. Тож обізнані з практичним значенням водню як екологічно чистого палива та небезпекою вибуху так званої гримучої суміші.

За звичайних умов водень реагує лише з фтором з утворенням гідроген флуориду. Ця реакція відбувається дуже швидко, її перебіг супроводжується вибухом. Реакції водню з іншими галогенами можливі лише за певних умов. Наприклад, водень миттєво реагує з хлором під дією УФ-випромінювання. Значно повільніше відбуваються реакції з бромом та йодом, їхній перебіг можливий лише за нагрівання.

Нагрівання також є умовою взаємодії водню із сіркою. Продуктом екзотермічної реакції є летка сполука Сульфуру з Гідрогеном - сірководень. Екзотермічна реакція водню з азотом потребує не лише нагрівання, а й застосування каталізатора та високого тиску. Адже без цих умов швидкість її буде дуже малою (поясніть чому). Натомість екзотермічна каталітична реакція водню з вуглецем становить лише теоретичний інтерес (поясніть чому). Силіцій і фосфор з воднем майже не взаємодіють.

Виконавши поставлене перед вами завдання, ви пересвідчилися, що неметали в реакціях з воднем є ... . Докладніше про бінарні сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном ви дізнаєтеся з наступного параграфа.

Взаємодія з металами - характерна властивість багатьох неметалів. Саме в цих реакціях вони найяскравіше виявляють себе як окисники. Залежно від хімічної активності реагентів реакції неметалів з металами відбуваються за різних умов та різною швидкістю, супроводжуються різноманітними зовнішніми ефектами.

Складіть термохімічні рівняння реакцій, про які йтиметься далі. Розгляньте їх з погляду окиснення-відновлення та класифікуйте за відомими вам ознаками.

Наприклад, реакція сірки із цинком відбувається дуже швидко, супроводжується виділенням теплової та світлової енергії, хоча й потребує попереднього нагрівання. Якщо змішати тонко подрібнені сірку та цинк, а потім торкнутися суміші розпеченим сталевим шпателем, спалахне полум’я, утвориться густий білий дим (рис. 19.3) цинк сульфіду.

Рис. 19.3. Реакція сірки із цинком

Азот - малоактивний неметал, тому за стандартних умов без нагрівання реагує лише з літієм. Його взаємодія з іншими металами відбувається за підвищеної температури. Окисні властивості кисню та хлору сильніші порівняно із сіркою, тому продукт нагрівання міді в кисні (рис. 19.4) - купрум(ІІ) оксид, а продукт окиснення міді парою сірки - купрум(І) сульфід.

Рис. 19.4. Окиснення міді в атмосфері кисню

Аналогічно продукт спалювання заліза в хлорі - ферум(ІІІ) хлорид, а продукт його взаємодії із сіркою - ферум(ІІ) сульфід.

Зверніть увагу на назви бінарних сполук - продуктів реакцій неметалів з воднем і металами. Сполуки Оксигену - оксиди, Сульфуру - сульфіди, Хлору - хлориди, Флуору - флуориди. Сполуки Карбону називають карбідами, Фосфору - фосфідами, Силіцію - силіцидами. Виконавши поставлене перед вами завдання, ви пересвідчилися, що неметали в реакціях з металами є ... .

У реакціях з оксидами металічних елементів деякі неметали також виявляють відновні властивості. Ідеться про водень, вуглець, силіцій тощо. Продуктами цих реакцій є відповідний метал і вищий оксид неметалічного елемента.

Перетворіть на хімічні рівняння схеми реакцій: а) вольфрам(VІ) оксиду з воднем; б) купрум(ІІ) оксиду з вуглецем; в) купрум(ІІ) оксиду з воднем; г) магній оксиду із силіцієм. Розгляньте ці реакції з погляду окиснення-відновлення й класифікуйте за відомими вам ознаками.

https://www.youtube.com/watch?v=_7Om-pHYaDU

https://www.youtube.com/watch?v=RIet3pHelrs

https://www.youtube.com/watch?v=AppyhWb06b8

ПРО ГОЛОВНЕ

• Загальні хімічні властивості неметалів зумовлені особливостями будови атомів неметалічних елементів: невеликими атомними радіусами, наявністю на зовнішньому енергетичному рівні здебільшого від чотирьох до семи електронів.

• У реакціях з киснем неметали виявляють відновні властивості.

• У реакціях з металами та воднем неметали - окисники.

• Водень, вуглець, силіцій у реакціях з оксидами металічних елементів виявляють відновні властивості.

Перевірте себе

  • 1. Перетворіть розповідні речення рубрики ПРО ГОЛОВНЕ на питальні. Чи можете ви відповісти на ці запитання без допомоги підручника?

Застосуйте свої знання й уміння

  • 2. Поміркуйте й висловте припущення, чому сірка, на відміну від водню, вуглецю та силіцію, не відновлює метали з оксидів металічних елементів.
  • 3. Обчисліть об’єм (м3) (н. у.) сульфур(ІV) оксиду, який утвориться внаслідок спалювання на ТЕЦ вугілля масою 1 т, масова частка сірки в якому становить 1,6 %.
  • 4. Обчисліть: а) масу (г) продукту реакції, для проведення якої було взято залізо масою 5,6 г і хлор об’ємом 2,24 л (н. у.); б) відносний вихід (%) реакції синтезу амоніаку, якщо з азоту об’ємом 2000 м3 було добуто амоніак об’ємом 1500 м3 (об’єми газів виміряно за однакових умов); в) масу (г) нітроген(ІІ) оксиду, який утвориться внаслідок реакції між азотом масою 560 г і киснем такої самої маси, якщо вихід продукту реакції становить 5 % від теоретичного.

Творча майстерня

  • 5. З’ясуйте, як використовують реакції: а) горіння сірки, фосфору, вуглецю в побуті; б) оксидів металічних елементів з воднем, вуглецем, силіцієм на виробництві. Створіть інфографіку за результатами дослідження.