Химические методы получения неметаллов связаны с проведением окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых неметаллические химические элементы могут как повышать, так и понижать степень окисления.
Например, хлор Cl2 в промышленности получают путём электролиза раствора хлорида натрия NaCl. При пропускании постоянного электрического тока через раствор этого вещества, протекает химическая реакция:
Эл.ток
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
Для того, чтобы получить кремний Si, в промышленности в электрических печах прокаливают смесь песка SiO2 с коксом C. При этом протекает химическая реакция:
SiO2+2C→Si+2CO↑
Лабораторные способы получения неметаллов также связаны с проведением окислительно-восстановительных реакций. Чаще всего это либо реакции разложения, либо реакции замещения.
Лабораторная работа. Получение кислорода и водорода.
1. Кислород O2 в лабораторных условиях можно получить путём разложения пероксида водорода H2O2, перманганата калия или бертолетовой соли. Протекает реакция разложения:
|
|
катализатор
2 H2O2 = 2H2O+O2
tºϹ
2 KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
tºϹ
2 KClO3 = 2KCl + 3O2
2. Водород H2 в лаборатории можно получить, используя цинк Zn и соляную кислоту HCl. Протекает реакция замещения:
Zn+2HCl→ZnCl2+H2↑
Лабораторная работа.
Цель: изучить способ получения кислорода и водорода в лаборатории, выяснить как можно обнаружить эти газы.
Оборудование: штатив большой, изогнутая стеклянная трубка с пробкой, кусочек ваты, лучинка,, спиртовка, спички, стакан с водой.
Реактивы:, KMnO4 –соль кристаллическая, соляная кислота, цинк, пероксид водорода, оксид марганца(IV)
Опыт1. Получение кислорода из перманганата калия.
Порядок действий: собрать прибор как на рисунке
(доп. материал).
Порядок действий: Осторожно нагрейте всю пробирку, а затем в месте расположения KMnO4, до потрескивания вещества KMnO4, проверьте наличие кислорода тлеющей лучинкой. Наблюдайте как горит лучинка в кислороде.
Рисунок зарисуйте.
Допишите уравнение получения O2:
KMnO4 = K2MnO4 +? +?.
Наблюдения: при нагревании соли KMnO4 выделяется простое вещество ……………………..…….(О2), которое можно обнаружить с помощью тлеющей лучинки. Лучинка загорается.
Опыт1. Получение кислорода из пероксида водорода.
Порядок действий: Осторожно налейте 5-6 мл пероксида водорода в пробирку всю пробирку, а затем туда же насыпьте оксида марганца (IV), проверьте наличие кислорода тлеющей лучинкой. Наблюдайте как горит лучинка в кислороде.
Допишите уравнение получения O2:
?
2 H2O2? +?
Опыт1. Получение водорода.
Порядок действий: в пробирку поместите 1–2 гранулы цинка, прилейте около 3 мл раствора соляной кислоты; накройте пробирку воронкой широкой частью вниз, на носик воронки наденьте чистую пробирку. Подожгите спиртовку. Поднесите пробирку с полученным водородом к пламени спиртовки для обнаружения водорода. Запишите уравнение реакции получения водорода и наблюдения в тетрадь:
|
|
Zn + HCl = ………………………….
Наблюдения: 1) при взаимодействии цинка с соляной кислотой (HCl)появились пузырьки газа это ……………………….
2)при поднесении пробирки с водородом к спиртовке появился свистящий звук следовательно там был …… (какой чистый или не чистый водород) ……………………,
если звук «п-х-х» …………… (какой чистый или не чистый водород) ……………,
3) водород … (какой легче или тяжелее воздуха) ………………………………, поэтому его собираем в перевёрнутую пробирку.
Работа с текстом, составление опорного конспекта.
Проведите лабораторный опыт, составьте уравнения реакций, выводы запишите в тетради
УЭ – 5
Применение неметаллов
Цель: рассмотреть основные области применения неметаллов.
Поскольку свойства неметаллов чрезвычайно разнообразны, эти вещества находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.
Таблица. Применение неметаллов.
Такие неметаллы, как сера S, азот N2, фосфор P и хлор Cl2 используются в качестве сырья для
получения кислот и другой продукции.
Сера S используется в качестве сырья в производстве резин.
Сажа C служит пигментом в производстве лаков и красок, а также пигментом и наполнителем в производстве пластмасс и резин.
Транспорт
Водород H2 используется в качестве топлива.Важно, что продукт сгорания этого топлива не загрязняет среду.
Сельское хозяйство
Сера S используется как эффективное средство борьбы с вредителями и болезнями растений.
Медицина
Кислород O2 применяют в тех случаях, когда у больного затруднено дыхание.
Активированный уголь C есть почти в каждой домашней аптечке. Точно так же, как иодная тинктура — спиртовой раствор иода I2.Мази, в состав которых входит сера S, используются при лечении кожных заболеваний.
Жидкий азот N2 используют не только для хранения биологического материала, но и в косметической медицине.
Подготовка воды
Для дезинфекции воды используют хлор Cl2 и озон O3.
Получение высоких температур
В металлургии и металлообработке для того, чтобы, сжигая горючее вещество, создать среду с высокой температурой, используют кислород O2.
Пиротехника
В производстве спичек и другой пиротехнической продукции используют серу S, фосфор P и уголь C.
Пищевая промышленность
Для продления срока годности
пищевых продуктов и для
создания инертной атмосферы в упаковку закачивается азот N2.
1) Вставьте слова, пропущенные в тексте.
Атомы ____ в отличие от атомов ____ легко принимают наружные электроны, являются ____
2) Вставьте слова, пропущенные в тексте.
Неметаллические свойства элементов с увеличением порядкового номера в периодах ____
В группах неметаллические свойства элементов ____
3) Пользуясь периодической таблицей, запишите молекулярные формулы высших кислородных соединений неметаллов III периода. Как будет изменяться кислотный характер?
4) Запишите формулы водородных соединений элементов VII А группы. Как изменяются кислотные свойства с увеличением порядкового номера элемента?
5) Водород занимает в периодической таблице два места: в I А группе и в VII А группе. Запишите молекулярные формулы водородных соединений Na, K, Cl, F.
6) Какую высшую степень окисления имеют следующие элементы?
7) Определите, окислителем или восстановителем является сера в следующих реакциях:
H2+S=H2S
S —
2SO2 + O2 → 2SO3
S —
8) Наиболее ярко выраженные неметаллические свойства проявляет вещество, образованное из атомов, в которых число электронов во внешнем электронном слое равно____.
|
|
• 4 • 5 • 6 • 7
9) Наиболее электроотрицательными являются атомы
• серы • фосфора • кремния • хлора
10) Типичному неметаллу соответствует следующая схема распределения электронов по электронным слоям:
· 2, 1
· 2, 8, 2
· 2, 8, 7
Поменяйтесь тестом с соседом и проверьте тест вместе со мной.
УЭ – 7
Контроль
1) Вставьте слова, пропущенные в тексте.
Атомы ____ в отличие от атомов ____ легко принимают наружные электроны, являются ____
2) Вставьте слова, пропущенные в тексте.
Неметаллические свойства элементов с увеличением порядкового номера в периодах ____
В группах неметаллические свойства элементов ____
3) Пользуясь периодической таблицей, запишите молекулярные формулы высших кислородных соединений неметаллов III периода. Как будет изменяться кислотный характер?
4) Запишите формулы водородных соединений элементов VII А группы. Как изменяются кислотные свойства с увеличением порядкового номера элемента?
5) Водород занимает в периодической таблице два места: в I А группе и в VII А группе. Запишите молекулярные формулы водородных соединений Na, K, Cl, F.
6) Какую высшую степень окисления имеют следующие элементы?
7) Определите, окислителем или восстановителем является сера в следующих реакциях:
H2+S=H2S
S —
2SO2 + O2 → 2SO3
S —
8) Наиболее ярко выраженные неметаллические свойства проявляет вещество, образованное из атомов, в которых число электронов во внешнем электронном слое равно____.
• 4 • 5 • 6 • 7
9) Наиболее электроотрицательными являются атомы
• серы • фосфора • кремния • хлора
10) Типичному неметаллу соответствует следующая схема распределения электронов по электронным слоям:
· 2, 1
· 2, 8, 2
· 2, 8, 7
Задачи.
1. Вычислите объем воздуха, который потребуется для сжигания 20 м3 сероводорода, если продуктами реакции являются вода и оксид серы (IV). Вычислите массу этого воздуха.
Дано: Решение
V(Н2S) = 20м3 20 м3 х м3
Найти: V(воздуха) 2Н2S + 3O2 = SO2 + H2O
m(воздуха) 2 моль 3 моль
V(О2) = 20·3/2 = 30 м3
т.к в воздухе всего 32% О2, то
|
|
V(воздуха) = 30·100/21 = 142, 86 м3
m(воздуха) = V/Vm·M =
142,86/22,4·29 = 184,29 г
Ответ: для сжигания 20 м3сероводорода потребуется 142,86 м3 воздуха, m(воздуха) = 184,29 г
2. Определите состав смеси азота и водорода, имеющий плотность по водороду 4,25.
Дано: Решение
DH2 = 4,25 Пусть Vсмеси = 22,4 л (n = 1 моль)
Найти: φ(N2) n (N2) = х, n (Н2) = у, тогда
φ(H2) m(N2) = 28х, г m(Н2) = 2у г,
m(Н2) = 22,4· 2/22,4 = 2 г →
DH2 = (28х + 2у)/2 = 4,25.
х + у = 1
(28х + 2у)/2 = 4,25
х = 0,25
у = 0,75
φ(N2) = 0,25/ 1 = 0,25 или 25%
φ(H2) = 0,75/1 = 0,75 или 75%
Ответ: состав смеси азота и водорода 25% и 75%
3. Вычислите объём водорода, который потребуется для восстановления 928 кг оксида вольфрама(VI), содержащего 25% примесей.
Дано: Решение
m(WO3) = 928 кг W(WO3) = 100-25=75%,
W(прим) = 25% m(WO3)чист = 928·75%/100%=696 кг.
Найти: V(Н2) WO3 + 3H2 = W + 3H2O
232 184
По реакции составляем пропорцию:
232 г WO3 восст-ся 3 х 22,4 л=67,2 л Н2
696000 г WO3 восстанавливаются Х л Н2.
Находим Х: Х=67,2 л * 696000 г/232 г
=201600 л = 201,6 м3
Составляем вторую пропорцию для
нахождения массы образовавшегося
металла:
232 г WO3 образуется 184 г W
696000 г WO3 образуется Y г W
Находим Y: Y=184 г * 696000 г/232 г
= 552000 г = 552 кг
Ответ: Для восстановления 928 кг оксида вольфрама (VI), содержащего 25% примесей, необходимо 201600 л (201,6 м3) водорода. При этом образуется 552000 г (552 кг) металла.
4. Для синтеза хлороводорода взяли 200 л водорода и 250 л хлора. Какие газы и в каком объеме останутся в сосуде после реакции?
Дано: Решение
V(Н2) = 200л H2+Cl2=2HCl
V(Cl2) = 250л n(Cl2)=200:22.4=8.9моль
n(H2)=250:22.4=11.1моль
Найти: V(газов) соотношение 1:1,значит H2 в
избытке
11.1-8.9=2.2мольH2 избыток
V=22.4*2.2=49.28 л H2 избыток
соотношение Cl2 к HCl как 1:2
значит
n(Cl2)=2n(HCl)=8.9*2=17.8 моль
V=22.4*17.8=399.72 л
Ответ: в сосуде после реакции останется водород в объёме 49,28 л.
5. Французский химик К. Шееле получил хлор по реакции оксида марганца (IV) с соляной кислотой. В результате этой реакции образуется так же хлорид марганца(II) и вода. Составьте уравнение реакции, рассчитайте массу оксида марганца(IV) и количество хлороводорода, необходимых для получения 100 л хлора, если выход составляет 95% от теоретически возможного.
Дано: Решение
η= 95% х,г 105,26
n(Cl2) = 100л MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Найти: m(MnO2) 1моль 1моль
m(HCl) 87г/моль 22,4л/моль
Vтеор = V(Cl2)/η= 100/ 0.95 = 105.26 л
n(НCl) = 4·n(Cl2) = 4·105,26/22,4 = 18,8
Из 87 г MnO2 образуется 22.4 л Cl2
Из х г MnO2 образуется 105,26 л Cl2
Х = 408,82 г
Ответ: масса оксида марганца(IV) необходимых для получения 100 л хлора равна 408,82 г. Количество хлороводорода, необходимых для получения 100 л хлора равно18.8 моль