Окисні та відновні властивості неметалів
- 15-11-2023, 22:13
- 132
11 клас , Хімія 11 клас Ярошенко (рівень стандарту)
§ 17. Окисні та відновні властивості неметалів
Інформаційна довідка
• Під час окисно-відновних реакцій відбувається зміна ступенів окиснення атомів хімічних елементів, що входили до складу реагентів.
• Окисно-відновні процеси характеризуються такими поняттями, як окиснення, відновлення, окисник, відновник.
• Окиснення — це процес віддавання електронів атомом, молекулою або йоном.
• Відновлення — це процес приєднання електронів атомом, молекулою або йоном.
• Окисник — атом, молекула або йон, що приєднує електрони.
• Відновник — атом, молекула або йон, що віддає електрони.
• Пояснюючи окисно-відновні процеси, вдаються до складання електронного балансу окисно-відновної реакції, який допомагає урівноважити кількість відданих і приєднаних електронів.
ПРИЧИНА ХІМІЧНОЇ АКТИВНОСТІ НЕМЕТАЛІВ. Неметали, за винятком інертних (благородних) газів, є хімічно активними простими речовинами, що взаємодіють із металами, іншими неметалами, а деякі також зі складними речовинами.
• Пригадайте з органічної хімії горіння та хлорування метану СН4, горіння етанолу С2Н5ОН і складіть відповідні рівняння реакцій.
Причина хімічної активності неметалів пояснюється електронною будовою їхніх атомів. Маючи на зовнішньому енергетичному рівні половину й більше половини електронів відповідного завершеного зовнішнього енергетичного рівня, атомам неметалічних елементів енергетично вигідніше приєднувати, а не віддавати електрони. Тому в реакціях неметалів із металами атоми неметалічних елементів приєднують електрони, а в реакціях з іншими неметалами утворюють спільні електронні пари. Дізнатися, до атомів якого з двох неметалічних елементів зміщуються спільні електронні пари в молекулі, допомагає ряд електронегативності неметалічних елементів:
Пригадаємо, як змінюється активність неметалічних елементів у межах одного періоду й однієї підгрупи.
У межах одного періоду зі збільшенням порядкового номера неметалічні властивості хімічних елементів посилюються.
У межах однієї підгрупи зі збільшенням порядкового номера неметалічні властивості хімічних елементів послаблюються.
Розглянемо хімічні властивості неметалів, спираючись на розглянуті закономірності.
Окисні властивості неметалів.
1. Взаємодія неметалів з металами.
У наведених рівняннях реакцій продуктами є бінарні сполуки, назви аніонів у них закінчуються на -ид (-ід).
Формули та назви бінарних сполук складають за такими загальними правилами номенклатури:
- зазвичай першим пишуть символ менш електронегативного елемента (з позитивним ступенем окиснення), а після нього — більш електронегативного (з негативним ступенем окиснення);
- першим називають у називному відмінку менш електронегативний елемент (елемент з позитивним ступенем окиснення);
- якщо елемент проявляє змінну валентність, її зазначають у назві римською цифрою;
- другою зазначають у називному відмінку назву більш електронегативного елемента (з негативним ступенем окиснення), тобто неметалічного, додаючи при цьому суфікси -ид або -ід.
З'ясуємо, чому взаємодія магнію з киснем є окисно-відновною реакцією:
Відбулася зміна ступенів окиснення Магнію та Оксигену. Отже, це окисно-відновна реакція.
Напишемо її електронний баланс, визначимо окисник і відновник:
А як змінилася будова електронних оболонок атомів Магнію та Оксигену в утвореній сполуці?
Як бачимо, зовнішні енергетичні рівні обох атомів набули завершеної конфігурації: Магнію — за рахунок віддавання двох електронів, Оксигену — за рахунок їх приєднання. Окисно-відновні процеси в інших наведених рівняннях взаємодії неметалів із металами розгляньте, попрацювавши групами.
Попрацюйте групами
Завдання 1. Складіть електронні баланси до рівнянь реакцій на с. 89.
Завдання 2. Установіть, який елемент є окисником, а який — відновником. Зазначте процеси окиснення і відновлення.
Завдання 3. До якого з відомих вам типів хімічних реакцій, крім окисно-відновних, належать реакції металів із неметалами?
Завдання 4. На підставі виконаної групової роботи й одержаних результатів зробіть висновок про те, яку функцію — окисника чи відновника — виконують неметали в реакціях з металами. Яким правилом ви доповнили б текст параграфа?
2. Взаємодія неметалів із неметалами як окисно-відновний процес.
За певних умов неметали взаємодіють між собою, утворюючи сполуки з ковалентним хімічним зв'язком, які називають за зазначеними вище правилами номенклатури. Щоб не помилитися, щоразу, розглядаючи взаємодію неметалів і складаючи рівняння, необхідно керуватись рядом електронегативності.
2.1. Взаємодія з киснем
До реакції атоми Карбону й Оксигену перебувають у вигляді простих речовин зі ступенями окиснення 0. В утвореному оксиді Карбон є менш електронегативним і має ступінь окиснення +4, тоді як більш електронегативний Оксиген має ступінь окиснення -2.
2.2. Взаємодія із воднем
Н2 + Cl2 = 2НСl (гідроген хлорид, або хлороводень)
Н2 + S = H2S (гідроген сульфід, або сірководень)
В атома Сульфуру до завершення зовнішнього енергетичного рівня не вистачає двох електронів, а в атома Гідрогену — одного. За рахунок утворення Сульфуром двох спільних електронних пар із двома атомами Гідрогену зовнішній енергетичний рівень електронної оболонки атома Сульфуру стає завершеним. Оскільки Сульфур більш електронегативний, то спільні електронні пари зміщуються в бік його атома і зв'язок, що утворився, є ковалентним полярним:
Унаслідок реакції ступені окиснення елементів зазнали змін:
Взаємодія неметалів із воднем належить до окисно-відновних реакцій. Утворюються леткі (газоподібні чи рідкі) бінарні сполуки.
Водний розчин гідроген сульфіду виявляє хімічні властивості кислот і називається сульфідна кислота. Їй притаманні загальні хімічні властивості кислот. Сульфідна кислота належить до слабких електролітів.
2.3. Взаємодія неметалів з іншими неметалами
Окрім взаємодії з киснем і воднем, неметали взаємодіють також з іншими неметалами, наприклад:
С + 2S = CS2 (карбон(IV) сульфід)
Si + 2Cl2 = SiCl4 (силіцій(IV) хлорид)
• Користуючись рядом електронегативності, визначте ступені окиснення атомів неметалічних елементів у кapбон(IV) сульфіді та силіцій(IV) хлориді.
Продуктами взаємодії двох неметалів є речовини з ковалентним полярним хімічним зв'язком, спільні електронні пари якого зміщуються до атома більш електронегативного неметалічного елемента.
ВІДНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДНЮ Й ВУГЛЕЦЮ В РЕАКЦІЯХ З ОКСИДАМИ МЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. Відновні властивості водню й вуглецю в їх реакціях з оксидами металічних хімічних елементів можна передати загальною схемою:
Розглянемо приклади.
Приклад 1. Відновлення вуглецем (відновлення відбувається за високої температури).
Fe2O3 + 3С = 2Fe + 3СО
FeO + С = Fe + СО
Сu2О + С = 2Сu + СО
ZnO + С = Zn + CO
МnО2 + 2С = Мn + 2СО
Приклад 2. Відновлення воднем
Fe2O3 + 3Н2 = 2Fe + 3Н2О
МоO3 + 3Н2 = Мо + 3Н2О
Попрацюйте групами
До кожного з рівнянь реакцій у прикладах 1 і 2 складіть електронний баланс і переконайтесь, що вуглець і водень у розглянутих прикладах є відновниками.
Завдяки своїм фізичним і хімічним властивостям неметали здобули широке використання в різних галузях суспільного господарства. Стислу інформацію про це ви отримаєте, попрацювавши з малюнком 30 (с. 80).
Знаємо, розуміємо
- 1. Як змінюються окисні властивості неметалів у межах одного періоду й однієї групи періодичної системи?
- 2.Наведіть приклад реакції, у якій сірка виявляє: а) окисні властивості; б) відновні властивості.
- 3. Як дізнатись, у якого неметалічного елемента бінарної сполуки ступінь окиснення є позитивним, а у якого — негативним?
- 4. Пригадайте з 10 класу, які неметали використовують для перетворення каучуку на гуму та під час виготовлення автомобільних шин.
Застосовуємо
- 1. Складіть таблицю з такими рубриками: назва неметалу; застосування; властивість, що зумовлює застосування.
- 2. Окисні чи відновні властивості виявляє азот у реакції з киснем, продуктом якої є нітроген(ІІ) оксид? Відповідь підтвердьте рівнянням реакції та електронним балансом.
- 3. Обґрунтуйте, чому неметали в реакціях з металами виявляють окисні властивості.
- 4. Обчисліть, яку масу міді можна відновити вуглецем (коксом) з купрум(I) оксиду кількістю речовини 8 моль.
- 5. Обчисліть, чи вистачить 112 л водню (н. у.) для відновлення цинку із цинк оксиду масою 225 г.
Коментарі (0)