Химические методы получения неметаллов

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 H₂O_{2 =} 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

D_H2 = 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 →

D_H2 = (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