Хлор, бром, иод - элементы, простые вещества

И МЕЖГАЛОГЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

 

151. Исходя из положения в периодической системе и электронного строения атомов, опишите общие свойства хлора, брома и иода: 1) валентные возможности, 2) степени окисления в соединениях, 3) закономерности изменения металлических и неметаллических свойств, 4) состав: а) молекул простых веществ, б) соединений с водородом и металлами, в) оксидов и гидроксидов, г) соединений между собой.

 

152. Чему равна энергия связи в молекулах галогенов и почему она уменьшается в ряду Cl₂ - Br₂ - I₂ - At₂? Объясните образование этих молекул методом ВС; определите кратность химической связи. Имеется ли в этих молекулах дополнительное донорно-акцепторное взаимодействие, укрепляющее основную связь? Если имеется, как оно называется?

 

153. Как и почему изменяются агрегатное состояние, температура плавления и кипения в ряду F₂ - Cl₂ - Br₂ - I₂ - At₂?

 

154. Почему хлор, бром и иод хорошо растворяются в органических растворителях и плохо растворяются в воде? Найдите в справочниках растворимость хлора в воде при 20 ºC и вычислите массовую долю хлора в хлорной воде, принимая ее плотность равной плотности чистой воды. Такой же расчет проведите для бромной воды.

 

155. Растворимость хлора в воде (в г на 100 г H₂О) равна 0,73 при 20 ºC и 0,46 при 40 ºC. Какой объем хлора, приведенный к н.у., выделится из одного м³ воды, насыщенной хлором при 20 ºС, при нагревании до 40 ºС? Почему растворимость газов в воде при нагревании уменьшается?

 

156. Объясните плохую растворимость иода в воде и хорошую растворимость во многих органических растворителях (бензоле, сероуглероде, ацетоне и др.). Почему растворимость иода в воде увеличивается, если в ней содержится растворённый йодид калия или натрия?

 

157. Соединение КI₃, которое образуется при смешивании иода с водным раствором йодида калия, считается комплексным. Что является в этом соединении комплексообразователем, лигандами, внутренней сферой и внешней сферой? Чему равны заряды комплексообразователя, внутренней сферы и координационное число комплексообразователя?

 

158. Вычислите энергию Гиббса и константу равновесия при 1000 К реакций атомизации молекул Cl₂, Br₂ и I₂ и сделайте вывод о прочности этих молекул. Данные для вычислений:

 

Молекулы и атомы	Cl2(г)	Br2(г)	I2(г)	Cl(г)	Br(г)	I(г)
DHºf, кДж/моль		30,9	62,4	121,3	111,8	106,3
Sº, Дж/(моль∙К)	222,9	245,5	260,6	165,1	186,9	178,8

 

159. Степень термической диссоциации (атомизации) молекул хлора, брома и иода при 1000 К и стандартном давлении равна 3,5∙10^–4, 2,3∙10^–3 и 2,8∙10^–2, соответственно. Вычислите константы равновесия этих процессов и сделайте вывод о прочности связей в молекулах галогенов.

 

160. Вычислите термодинамические параметры реакций хлора, брома и иода с водородом. Какие из них при стандартных условиях необратимы, а какая является обратимой реакцией? Для обратимой реакции вычислите температуру, при которой константа равновесия равна единице.

 

161. Опишите кинетику и механизм реакций хлора, брома и иода с водородом. Какая (или какие) из них является простой, сложной или цепной? Какую реакцию обычно проводят в присутствии катализатора? Для реакции иода с водородом вычислите энергию активации, если константа её скорости при 637 К равна 2,2∙10^–4, а при 973 К – 8,33.

 

162. Опишите цепной механизм реакции хлора с водородом и его внешнее проявление. Какое практическое значение имеет эта реакция? Приведите примеры других реакций, протекающих по такому же механизму.

 

163. Многие металлы сгорают в хлоре. Какая масса алюминия сгорает в одном литре хлора, если объем газа был измерен до опыта при 20 ºС и 100 кПа? Какая масса хлорида алюминия при этом образуется?

 

164. Почему некоторые реакции с бромом (например, взаимодействие порошкообразного алюминия) протекают энергичнее, чем с хлором?

 

165. Реакцию порошкообразного алюминия с иодом инициирует одна капля воды, поэтому воду можно считать катализатором этой реакции. Как Вы считаете, в чем состоит механизм действия воды как катализатора?

 

166. Почему золото, не взаимодействующее при обычных условиях с водой и сухим хлором, взаимодействует с влажным хлором? Поэтому хлор тщательно сушат перед наполнением им стальных баллонов или стальных железнодорожных цистерн перед транспортировкой? Какие вещества можно использовать в качестве осушителей хлора?

 

167. Реакции хлора, брома и иода с NO в химической кинетике рассматриваются как простые. Напишите химические и кинетические уравнения этих реакций и укажите их кинетические параметры: а) порядок по NO и по галогену; б) общий кинетический порядок; в) молекулярность. Случайно или не случайно общий кинетический порядок и молекулярность этих реакций совпадают?

 

168. Взаимодействие хлора с оксидом азота (II) - простая тримолекулярная реакция. Напишите её химическое и кинетическое уравнения. Как изменится скорость этой реакции при увеличении концентрации в три раза: а) только NO;
б) только хлора; в) NO и Cl₂ одновременно?

 

169. Для реакций хлора, брома и иода с водяным паром можно записать следующие уравнения:

 

1) 2Cl₂(г) + 2H₂O(г) = 4HCl(г) + O₂(г)

 

2) 2Br₂(г) + 2H₂O(г) = 4HBr(г) + O₂(г)

 

3) 2I₂(г) + 2H₂O(г) = 4HI(г) + O₂(г)

 

Термодинамическими расчетами установите, при какой температуре возможно протекание каждой реакции. Сделайте вывод об окислительных свойствах галогенов.

 

170. Выпишите из справочной литературы значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов полуреакций, в которых галогены восстанавливаются до галогенид-ионов. Как и почему изменяются окислительные свойства галогенов? Напишите продукты реакций:

 

1) K₂MnO₄ + Cl₂ = 2) SO₂ + Br₂ + H₂O = 3) H₂S + I₂ =

 

171. Почему и как изменяются окислительно-восстановительные свойства галогенов в ряду F₂-Cl₂-Br₂-I₂-At₂? Напишите уравнения реакций:

 

1) Cl₂ + FeCl₃ + NaOH = Na₂FeO₄ + …

 

2) Br₂ + KCrO₂ + KOH = K₂CrO₄ + …

 

3) I₂ + H₂SO₃ + H₂O = H₂SO₄ + …

 

172. Используя значения окислительно-восстановительных потенциалов, для каждой данной реакции вычислите энергию Гиббса прямого процесса при стандартных условиях и определите возможность её протекания:

 

1) 2NO + Cl₂ + 2H₂O = 2HNO₂ + 2HCl

 

2) 2NO + Br₂ + 2H₂O = 2HNO₂ + 2HBr

 

3) 2NO + I₂ + 2H₂O = 2HNO₂ + 2HI

 

173. Сколько граммов хлорной воды потребуется для окисления 3,9 г хлорида олова (II) в хлорид олова (IV), если в 100 г воды при 20 ºС растворяется 0,73 г хлора?

 

174. Какая масса бромной воды потребуется для окисления 30,4 г сульфата железа (II) в сернокислом растворе, если в 100 г воды при 20 ºС растворяется
3,58 г брома?

 

175. Выпишите из справочной литературы значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов полуреакций, в которых галогены окисляются до степени окисления +5 в кислой и щелочной средах. Как изменяется восстановительная способность галогенов в ряду Cl₂ -Br₂ - I₂? В какой среде галогены окисляются легче? Напишите уравнения реакций, в которых йод является восстановителем:

 

1) I2 + HNO3 =	3) I2 + O3 + H2O =
2) I2 + H2O2 =	4) I2 + O3 + NaOH =

 

176. В 100 мл 60%-й HNO₃ (r = 1,37) внесли 25,4 г иода, который полностью провзаимодействовал с азотной кислотой с выделением NO. Определите качественный и количественный состав образовавшегося раствора, считая, что его плотность практически не изменилась.

 

177. В один литр пергидроля (30%-й H₂O₂, r = 1,12) внесли 12,7 г иода, который полностью провзаимодействовал с H₂O₂. Определите качественный и количественный состав образовавшегося раствора, считая, что его плотность практически не изменилась.

 

178. Напишите уравнения реакций диспропорционирования в воде хлора, брома и иода и названия продуктов. Какие молекулы и ионы содержатся в хлорной воде? Запишите их в ряд по увеличению концентрации.

 

179. Хлор, бром и иод при растворении в воде диспропорционируют. Напишите уравнения реакций и названия образующихся продуктов. Используя справочные значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, вычислите энергию Гиббса и константу равновесия реакций. Какой из галогенов и почему диспропорционирует в воде полнее других?

 

180. Почему в химических лабораториях обычно используют не хлор, а хлорную воду? Почему хлорная вода обесцвечивает органические красители и обладает обеззараживающим действием?

 

181. В свежеприготовленной хлорной воде содержится четыре вещества, а после длительного стояния на свету - только два. Какие это вещества? Что происходит с хлорной водой при ее хранении на свету?

 

182. Определите молярную концентрацию хлора в хлорной воде, если после ее длительного стояния на свету на титрование 20 мл раствора потребовалось 4 мл децимолярного раствора NaOH.

 

183. Напишите уравнения реакций хлора, брома и иода с растворами KOH и Na₂CO₃. Укажите условия их проведения и названия продуктов.

184. Напишите уравнения реакций хлора с водой и растворами KOH и Ba(OH)₂ – горячими и холодными. Укажите тип реакций и названия продуктов. Объясните, почему взаимодействие хлора с водой - обратимая, а со щелочами - практически необратимая реакция.

 

185. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций хлора с холодным и нагретым раствором гидроксида калия. Используя справочные значения окислительно-восстановительных потенциалов, вычислите энергию Гиббса и константу равновесия реакций.

 

186. Вычислите объем хлора (20 ºС; 102,5 кПа), теоретически необходимый для взаимодействия с одним литром нагретого 11%-го раствора гидроксида калия (r = 1,10).

 

187. Какая масса брома расходуется на взаимодействие с одним литром
14%-го раствора Na₂CO₃ (r = 1,15)? Чему равен объем (н.у.) образующегося в этой реакции углекислого газа?

 

188. Какое количество электричества (в ампер-часах) потребуется для получения одной тонны хлора при электролизе хлорида натрия, если выход по току составляет 95 %? Какой объем водорода выделится при этом и какая масса NaOH накапливается в растворе?

 

189. Электролиз раствора хлорида натрия проводился 5 ч при силе тока 10 А. При этом выделилось 20 л хлора (н.у.). Напишите схемы электродных процессов и общее уравнение электролиза. Определите выход по току.

 

190. Какой объем хлора (н.у.) можно теоретически получить из 1 м³ раствора (r = 1,23), содержащего 20,7 % NaCl и 4,3 % MgCl₂?

 

191. Какой объем хлора (при 40 ºС и 98 кПа) образуется при взаимодействии концентрированной соляной кислоты с 10 г диоксида марганца, если MnO₂ расходуется на 50 %?

 

192. Какой объем соляной кислоты(w = 30 %, r = 1,15) теоретически провзаимодействует с 15,8 г KMnO₄ и какой объем хлора, приведенный к нормальным условиям, выделится при этом?

 

193. Какой объем соляной кислоты (w = 35,2 %, r = 1,175) и какая масса дихромата калия провзаимодействовали с выделением хлора, если его оказалось достаточно для окисления одного моля FeCl₂ до FeCl₃?

 

194. Какая общая закономерность наблюдается при взаимодействии свободных галогенов с соединениями других галогенов в степени окисления -1? Напишите продукты возможных реакций:

 

1) Br2 + NaCl =	3) I2 + NaBr =	5) Br2 + NaI =
2) Cl2 + NaI =	4) Cl2 + NaBr =	6) I2 + NaCl =

195. Какой объем хлора (25 ºС, 100 кПа) и какой объем 40%-го раствора KBr (r = 1,37) потребуются для получения одного килограмма брома?

 

196. Какой объем хлора (25 ºС, 100 кПа) необходимо пропустить через 10 л
40 %-го раствора KI (r = 1,40) для выделения из него всего йода?

 

197. Иод содержится в морских водорослях. После их обработки получают раствор, содержащий 45 % иодида калия. Иод получают из этого раствора взаимодействием с диоксидом марганца в присутствии H₂SO₄. Какая масса раствора и MnO₂ расходуется на получение одного килограмма йода?

 

198. Какая масса иода образуется при взаимодействии избытка раствора иодида натрия с 100 мл 10%-го раствора K₂Cr₂O₇ (r = 1,07)?

 

199. Город с населением около 500 тысяч человек потребляет ежесуточно до 200000 м³ водопроводной воды. Какой объем хлора (н.у.) затрачивается на хлорирование этой воды, если содержание хлора в ней должно быть не менее 0,3 мг/л?

 

200. Сколько граммов иода и какой объем спирта (r = 0,79) надо взять для приготовления 200 г иодной настойки, применяющейся в медицине и представляющей собой 10%-й раствор йода в спирте?

 

201. Напишите продукты взаимодействия галогенов между собой в газовой фазе, в воде и в растворе щелочи:

 

1) Cl2 + Br2 =   2) Cl2 + I2 =

3) Cl2 + Br2 + H2O =   4) Cl2 + I2 + H2O =

5) Cl2 + Br2 + NaOH =   6) Cl2 + I2 + NaOH =

 

202. Иод образует с хлором два соединения, массовая доля хлора в которых составляет 21,8 % и 45,6 %. Установите формулы соединений.