Общая характеристика р-элементов 7 группы. Получение галогенов, их свойства. Соединения галогенов с водородом

Характеристика элементов

Галоген – рождающий соль. Галогены – неметаллы. Структура внешнего электронного слоя атомов галогенов: ns2 np5.

Степени окисления: -I, 0, I. За счёт d-АО III, IV, V, VI, VII.

Молекулы галогенов двухатомны из-за наличия у атомов одного неспаренного электрона. В обычных условиях: F2 – зеленоватый газ, Cl2 – жёлто-зелёный газ, Br2 – бурая дымящая жидкость, I2 – чёрно-фиолетовые кристаллы.

Методы получения сводятся к превращению:

2Г- → Г2

Получение фтора:

• PtF6 = PtF4 + F2 (при нагревании).

• KF·2HF = H2 + F2 + KF (при электролизе расплава).

Получение хлора:

• 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 (при электролизе раствора).

• 2LaCl3 = 2La + 3Cl2 (при электролизе расплава).

• 2KCl = 2K + Cl2 (при электролизе расплава).

• 16HCl + 2KMnO4 = 5Cl2 + 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O (лабораторный метод).

• 4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O (лабораторный метод).

Другие окислители: PbO2, KClO3.

Получение брома:

• 2KBr + MnO2 + 2H2SO4 = Br2 + K2SO4 + MnSO4 + 2H2O.

• 2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2.

Получение йода:

• 2KI + MnO2 + 2H2SO4 = I2 + K2SO4 + MnSO4 + 2H2O.

• 2KI + Cl2 = 2KCl + I2.

Химические свойства

Галогены проявляют свойства окислителей. В ряду F2, Cl2, Br2, I2 окислительная способность уменьшается. Любой Г2 с меньшим атомным номером окисляет любой Г с большим атомным номером:

F2 + 2Cl- = 2F- + Cl2.

Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2.

Br2 + 2I - = 2Br- + I2.

Галогены реагируют почти со всеми простыми веществами, очень легко – с металлами, образуя галогениды:

2Na + Cl2 = 2NaCl.

F2 пассивирует при 20 °C Al, Fe, Ni, Cu, Zn. F2 не реагирует с O2, N2, C(алмаз), He, Ne, Ar.

Cl2, Br2, I2 не реагируют с O2, N2, He-Rn. H2 легко реагирует с F2 (со взрывом), Cl2, труднее с Br2, реакция с I2 обратима:

H2 + F2 = 2HF;

H2 + Cl2 = 2HCl (при hν или при нагревании);

H2 + Br2 = 2HBr (при нагревании);

H2 + I2 = 2HI (при нагревании);

Реакции F2 с другими неметаллами: Si + 2F2 = SiF4 S + 3F2 = SF6 Cl2 + 3F2 = 2ClF3 Xe + F2 = XeF2.

Реакции F2 с оксидами: SiO2 + F2 = SiF4 + O2.

Взаимодействие с водой: 2F2 + 2H2O = 4HF + O2.

При 20 °C в 1 л воды растворяется 2,5 л Cl2 (хлорная вода): Cl2 + H2O = HCl + HClO (равновесие сильно смещено влево). При 20 °C в 100 г воды растворяется 3,5 г Br2 (бромная вода): Br2 + H2O = HBr + HBrO (равновесие смещено влево ещё сильнее). При 20 °C в 100 г воды растворяется 0,02 г I2 (йодная вода): I2 + H2O = HI + HIO (равновесие смещено влево почти полностью).

Растворимость в органических растворителях

Br2 и I2 хорошо растворяются в органических растворителях: CS2, C2H5OH, (C2H5)2O, CHCl3, CCl4, C6H6. Br2 окрашивает раствор в CCl4 в жёлтый или оранжевый цвет. I2 окрашивает раствор в CCl4 в розовый или малиновый цвет.

Галогены как окислители:

FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3.

Na2SO3 + Br2 + H2O = Na2SO4 + 2HBr.

H2S + I2 = S + 2HI.

I2 с крахмалом образует комплекс синего цвета. I2 легко растворяется в водном растворе KI: I2 + KI = KI3 – бурый цвет.

Галогеноводороды – бесцветные газы с резким удушливым запахом, токсичны. HF имеет аномально высокие значения температур плавления и кипения из-за образования водородных связей – (HF)n.

Получение галогенводородов

• Прямой синтез из водорода и глагена.

• Вытеснение из галогенидов металлов сильными неокисляющими кислотами HF и HCl.

CaF2 + H2SO4 = CaSO4↓ + 2HF↑

NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl↑

При нагревании: NaCl + NaHSO4 = Na2SO4 + HCl↑ HBr и HI

KBr + H3PO4 = KH2PO4 + HBr↑

KI + H3PO4 = KH2PO4 + HI↑

• При хлорировании углеводородов (при нагревании или УФ-облучении): RH + Cl2 = RCl + HCl↑

• При взаимодействии галогенов с восстановителями: I2 + H2S = S + 2HI↑

• Гидролиз галогенидов неметаллов при недостатке H2O.

SiCl4 + 2H2O = SiO2 + 4HCl↑

SBr4 + 2H2O = SO2↑ + 4HBr↑

PBr3 + 3H2O = H3PO3 + 3HBr↑

PI3 + 3H2O = H3PO3 + 3HI↑

2P + 3I2 + 6H2O = 2H3PO3 + 6HI↑

Свойства галогеноводородов

В водных растворах: HF – слабая кислота. HCl, HBr, HI, HAt – сильные кислоты. Водные растворы: HF – фтороводородная кислота, плавиковая кислота. Cl – хлороводородная кислота, соляная кислота. HBr – бромоводородная кислота. HI – йодоводородная кислота.

ОВР галогеноводородов

Галогеноводороды-окислители:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑

2Al + 6HBr = 2AlBr3 + 3H2↑

Галогеноводороды-восстановители:

2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2.

2HI + S = H2S↑ + I2.

4HI + O2 = 2H2O + 2I2.

4HBr + O2 = 2H2O + 2Br2.

4HCl + O2 = 2H2O + 2Cl2 – обратимая реакция.