Блок 3. Металлы. Неметаллы. Основные классы неорганических соединений
Химические свойства простых веществ-неметаллов
НЕМЕТАЛЛЫ
ГАЛОГЕНЫ
ПОДГРУППА КИСЛОРОДА
Входят элементы: кислород, сера, селен, теллур, полоний.
V ГРУППА А
IV ГРУППА А
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА
1. С МЕТАЛЛАМИ
(Li, Na, К, Rb, Cs, Са, Sr, Ва) → с щелочными и щелочноземельными металлами при нагревании образует твёрдые нестойкие вещества гидриды, остальные металлы не реагируют.
2K + H₂ = 2KH (гидрид калия)
Ca + H₂ = CaH₂
2. С НЕМЕТАЛЛАМИ
с кислородом, галогенами при нормальных условиях, при нагревании реагирует с фосфором, кремнием и углеродом, с азотом при наличии давления и катализатора.
2Н₂ + O₂ = 2Н₂O
Н₂ + Cl₂ = 2HCl
3Н₂ + N₂↔ 2NH₃
H ₂ + S = H₂S
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ
С водой не реагирует
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ
Восстановливает оксиды металлов (неактивных) и неметаллов до простых веществ:
CuO + H₂ = Cu + H₂O
2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O
SiO₂ + H₂ = Si + H₂O
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
С кислотами не реагирует
6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
С щелочами не реагирует
7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ
Восстанавливает малоактивные металлы из солей :
CuCl₂ + H₂ = Cu + 2HCl
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
С щелочными металлами при нормальных условиях – оксиды и пероксиды (литий – оксид, натрий – пероксид, калий, цезий, рубидий – надпероксид
4Li + O2 = 2Li2O (оксид)
2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)
K+O2=KO2 (надпероксид)
С остальными металлами главных подрупп при нормальных условиях образует оксиды со степенью окисления, равной номеру группы
2Сa+O2=2СaO
4Al + O2 = 2Al2O3
С металлами побочных подгрупп образует при нормальных условиях и при нагревании оксиды разной степени окисления, а с железом железную окалину Fe3O4 (FeO∙Fe2O3)
3Fe + 2O2 = Fe3O4
4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (красный);
2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чѐрный );
2Zn + O₂ = ZnO
4Cr + 3О2 = 2Cr2⁺³О3
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
образует оксиды – часто промежуточной степени окисления
C + O₂(изб)=CO₂;
C+ O₂ (нед) = CO
S + O₂ = SO₂
N₂ + O₂ = 2NO - Q
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ
С водой не реагирует
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ
Окисляет низшие оксиды до оксидов с более высокой степенью окисления:
Fe⁺²O + O2 = Fe2⁺³O3;
C⁺²O + O2 = C⁺⁴O2
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
Безводные бескислородные кислоты (бинарные соединения) сгорают в атмосфере кислорода
2H2S + O2 = 2S + 2H2O
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
В кислородсодержащих повышает степень окисления неметалла.
2HN⁺³O2 + O2 = 2HN⁺⁵O3
6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОСНОВАНИЯМИ
Окисляет неустойчивые гидроксиды в водных растворах до более высокой степени окисления
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ И БИНАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Вступает в реакции горения и каталитического окисления.
Горение
4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
Каталитическое окисление
NH3 + O2 = NO + H2O
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛОГЕНОВ
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ - образуют галогениды (фториды, хлориды, бромиды, иодиды).
С щелочными при нормальных условиях, с F, Cl, Br воспламеняются:
2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид)
Щелочноземельные и алюминий реагируют при нормальных условиях:
Сa+Cl2=СaCl2 2Al+3Cl2 = 2AlCl3
Металлы побочных подгрупп при повышенных температурах
Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂
2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (не бывает йодида меди (II)!)
2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид железа (III)
Фтор реагирует с металлами (часто со взрывом), включая золото и платину.
2Au + 3F₂ = 2AuF
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
С кислородом непосредственно не взаимодействуют(исключение F₂) , реагируют с серой, фосфором, кремнием. Химическая активность у брома и йода выражена слабее, чем у фтора и хлора:
Н2 + F2 = 2НF; Si + 2F2 = SiF4.
2P + 3Cl2 = 2P⁺³Cl3; 2P + 5Cl2 = 2P⁺⁵Cl5
S + 3F2 = S⁺⁶F6; S + Cl2 = S⁺²Cl2
F₂
Реагирует с кислородом: F2 + O2 = O⁺²F2
Реагирует с другими галогенами: Cl₂ + F₂ = 2Cl⁺¹F¯¹
Реагирует даже с инертными газами: 2F₂ + Xe = Xe⁺⁸F₄¯¹.
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ
Фтор при нормальных условиях образует плавиковую кислоту + О₂
2F2 + 2H2O → 4НF + О2↑
Хлор при повышении температуры образует хлороводородную кислоту + О₂,
2Сl₂ + 2H₂O → 4HCl + O₂↑
при н.у. - «хлорная вода»
Сl2↑ + Н2О ↔ НСl + НСlO (хлороводородная и хлорноватистая кислоты)
Бром при нормальных условиях образует «бромную воду»
Br2 + Н2О ↔ НBr + HBrО (бромоводородная и бромноватистая кислоты)
Йод →реакция не идет I2 + H₂O ≠
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ
РЕАГИРУЕТ только фтор F₂ , вытесняя кислород из оксида, образуя фториды
SiO2‾² + 2F2⁰ = SiF4‾¹ + O2⁰↑
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
реагируют с бескислородными кислотами, вытесняя менее активные неметаллы.
H2S‾² + I2⁰ → S⁰↓+ 2HI‾
6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
ФТОР образует фторид + кислород и воду
2F2 + 4NaOH = 4NaF¯¹ + O2↑ + 2H2O
ХЛОР при нагревании образует хлорид, хлорат и воду
3Cl₂ + 6KOH = 5KCl¯¹ + KCl⁺⁵O3 + 3H2O
На холоде хлорид, гипохлорат и воду, с гидроксидом кальция хлорную известь и воду
Cl2 + 2KOH-(холод)= KCl-¹ + KCl⁺¹O + H2O
Cl2 + Ca(OH)2 = CaOCl2(хлорная известь – смесь хлорида, гипохлорита и гидроксида) + H2O
Бром при нагревании → бромид, бромат и воду
3Br2 + 6KOH =5KBr¯¹ + KBr ⁺⁵O3 + 3H2O
Йод при нагревании → иодид, иодат и воду
3I2 + 6NaOH = 5NaI-¹ + NaI ⁺⁵O3 + 3H2O
7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ
Вытеснение менее активные галогены из солей
2KBr + Cl2↑ → 2KCl + Br2
2KCl + Br2↑ 2KCl + F2↑→ 2KF + Cl2
2KBr + J2↑≠
Окисляют в солях неметаллы до более высокой степени окисления
2Fe⁺²Cl2 + Cl2⁰ → 2Fe⁺³Cl3‾¹
Na2S⁺⁴O3 + Br2⁰↑ + 2H2O →Na2S⁺⁶O4 + 2HBr‾
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРЫ
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
реагирует при нагревании даже с щелочными металлами, с ртутью при нормальных условиях:
с серой – сульфиды:
2K + S = K2S
2Cr + 3S = Cr2⁺³S3
Fe + S = Fe⁺²S
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
При нагревании с водородом, c кислородом (сернистый газ)
c галогенами (кроме йода), с углеродом, азотом и кремнием и не реагирует.
S + Cl₂ = S⁺²Cl₂
S + O₂ =S⁺⁴O₂
H₂ + S = H₂S¯²
2P + 3S = P₂S₃¯²
С + 3S = CS₂¯²
С ВОДОЙ, ОКСИДАМИ, СОЛЯМИ НЕ РЕАГИРУЕТ
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
Окисляется серной кислотой при нагревании до сернистого газа и воды и азотной кислотой
S + 2H2SO4 (конц.) = 2H2O + 3S⁺⁴O2
Азотной кислотой при нагревании до серной кислоты, оксида азота (+4) и воды
S + 6HNO3(конц.) =H2SO4 + 6N⁺⁴O2 + 2H2O
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
При нагревании образует сульфит, сульфид + вода
3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТА
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
реакции протекают при нагревании (исключение: литий с азотом при нормальных условиях):
С азотом – нитриды 6Li + N2 = 3Li2N (нитрид лития) (н.у.)
3Mg + N2 = Mg3N2 (нитрид магния)
2Cr + N2 = 2CrN
У железа в данных соединениях степень окисления +2
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
(из-за тройной связи азот очень малоактивен).
При обычных условиях с кислородом не реагирует.
Реагирует с кислородом только при высокой температуре (электрическая дуга), в природе – во время грозы
N2+O2=2NO (эл.дуга, 30000C)
С водородом при высоком давлении, повышенной температуре и в присутствии катализатора:
t, p,kat
3N2+3H2 ↔ 2NH3
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРА
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
реакции протекают при нагревании
с фосфором – фосфиды: 3Ca + 2P =K3P2,
У железа в данных соединениях степень окисления +2
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
Горение в кислороде
4P + 5O₂ = 2P₂⁺⁵O₅
4P + 3O₂ = 2P₂⁺³O₃
С галогенами и серой при нагревании
2P + 3Cl₂ = 2P⁺³Cl₃
2P + 5Cl₂ = 2P⁺⁵Cl₅
2P + 5S = P₂⁺⁵S₅
С водородом, углеродом, кремнием непосредственно не взаимодействует
С ВОДОЙ И ОКСИДАМИ НЕ РЕАГИРУЕТ
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
Взаимодействует с серной и азотной кислотой
С концентрированной азотной кислотой оксид азота (+4), с разбавленной оксид азота (+2) и фосфорная кислота
3P + 5HNO₃(конц.) =3H₃PO₄ + 5N⁺⁴O₂↑
3P + 5HNO₃ + 2H₂O =3H₃PO₄ + 5N⁺²O↑
С концентрированной серной кислотой образуется фосфорная кислота, оксид серы (+4) и вода
3P + 5H₂SO₄(конц.) =3H₃PO₄ + 5S⁺⁴O₂↑+ 2H₂O
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
С растворами щелочей образует фосфин и гипофосфит
4P⁰ + 3NaOH + 3H2O = P¯³H3 + 3NaH2P⁺1O2 (гипофосфит натрия)
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ
С сильными окислителями, проявляя восстановительные свойства
3P⁰ + 5NaN⁺⁵O₃ = 5NaN⁺³O₂ + P₂⁺⁵O₅
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДА
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ - реакции протекают при нагревании:
с углеродом карбиды
2Li + 2C = Li2C2,
Са + 2С = СаС2
Металлы – d-элементы образуют с углеродом соединения нестехиометрического состава типа твердых растворов: WC, ZnC, TiC – используются для получения сверхтвёрдых сталей.
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
Из галогенов непосредственно реагирует только с фтором, с остальными при нагревании.
С + 2F₂ = CF₄.
Взаимодействие с кислородом:
2С + О₂ (недост) = 2С⁺²О (угарный газ),
С + О₂(изб) = С⁺⁴О₂(углекислый газ).
Взаимодействие с другими неметаллами при повышенной температуре, не взаимодействует с фосфором.
C + Si = SiC¯⁴ С + N₂ = C₂⁺⁴N₂
C + 2H₂ = C¯⁴H₄ С + 2S = C⁺⁴S₂
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ
Пропускание водяных паров через раскаленный уголь – образуется угарный газ и водород (синтез-газ)
C + H₂O = CO + H₂
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ
УГЛЕРОД ВОССТАНАВЛИВАЕТ ПРИ НАГРЕВАНИИ МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ ИЗ ОКСИДОВ ДО ПРОСТОГО ВЕЩЕСТВА (КАРБОТЕРМИЯ), в углекислом газе уменьшает степень окисления
2ZnO + C = 2Zn + CO
4С + Fe₃O₄ = 3Fe + 4CO
P₂O₅ + C = 2P + 5CO
2С + SiO₂ = Si + 2CO
С + C⁺⁴O₂ = 2C⁺²O
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
Окисляется концентрированными азотной и серной кислотой до углекислого газа
C +2H2SO4(конц.)=C⁺⁴O2↑+ 2S⁺⁴O2↑+ 2H2O;
C+4HNO3 (конц.) =C⁺⁴O2↑ + 4N⁺⁴O2 + 2H2O.
С ЩЕЛОЧАМИ И СОЛЯМИ НЕ РЕАГИРУЕТ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЯ
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ - реакции протекают при нагревании:
с кремнием реагируют активные металлы – силициды:
4Cs + Si = Cs4Si,
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
Из галогенов непосредственно только с фтором. С хлором реагирует при нагревании.
Si + 2F2 = SiF4
Si + 2Cl2 = SiCl4
Взаимодействие с кислородом, углеродом, азотом при повышении температуры
Si + O₂ = SiO₂
Si + C = SiC
3Si + 2N₂ = Si₃N₄
С водородом не взаимодействует.
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
взаимодействует только со смесью плавиковой и азотной кислот, образуя гексафторокремниевую кислоту
3Si + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂[SiF6] + 4NO + 8H₂O
Взаимодействие с галогеноводородами (это не кислоты) – вытесняет водород, образуются галогениды кремния и водород.
С фтороводородом реагирует при обычных условиях.
Si + 4HF = SiF₄ + 2H₂↑
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
Растворяется при нагревании в щелочах, образуя силикат и водород:
Si +2NaOH +H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑
С ВОДОЙ, ОКСИДАМИ, СОЛЯМИ НЕ РЕАГИРУЕТ |