Додатковий матеріал до теми АЛКАНИ. ВЛАСТИВОСТІ АЛКАНІВ для студентів 1 курсу

 

 

Додатковий матеріал до заняття . Неметали, загальна характеристика неметалів. Фізичні властивості. Алотропія. Алотропні модифікації речовин неметалічних елементів. Явище адсорбції

 

Кристалічні гратки яких неметалів зображені на малюнку?

Самостійна робота студентів 2 курсу

 

Змістовий модуль5. Неорганічні речовини, їх властивості. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном   

 

Методична розробка лекції

 

Тема1. Неметали, загальна характеристика неметалів. Фізичні властивості  

 Тема 2. Алотропія. Алотропні модифікації речовин неметалічних елементів. Явище адсорбції

 

 

1.     Особливості будови атомів неметалічних елементів

Атоми неметалічних елементів на зовнішньому енергетичному рівні мають від 4 до 8 електронів. Виключенням є елементи Гідроген (Н) – один електрон –, Гелій (Не) – два електрони –, Бор (В) – три електрони. Кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні визначається за номером групи, в якій перебуває цей неметалічний елемент.

Неметалічні елементи належать до р-елементів, за виключенням Гідрогену та Гелію, які є s-елементами.

Характерними для неметалічних елементів є приєднання їхніми атомами до завершення  р-підрівня зовнішнього енергетичного рівня; внаслідок цього утворюються аніони:

Е + ne^- → E^n-

Наприклад, схема перетворення атома Оксигену на аніон:   О + 2е^-  → О^2-,

                      схема перетворення атома Нітрогену на аніон: N   + 3e^-  → N^3-,

                     схема перетворення атома хлору на аніон: Cl + 1e^-     → Cl^-.         

2.     Будова неметалів                             

Неметалічні елементи утворюють прості речовини із загальною назвою неметали.

Частина неметалів має атомну будову. З окремих атомів складаються інертні гази – гелій (Не), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn).  У графіті, алмазі, силіції, борі, червоному фосфорі атоми сполучені один з одним. Інші неметали мають молекулярну будову. Існують неметали, які мають двохатомні молекули – кисень (О₂), водень (Н₂), азот (N₂), фтор (F₂), хлор (Сl₂), бром (Br₂), йод (І₂). Більша кількість атомів міститься в молекулах озону (О₃), білого фосфору (Р₄), сірки (S₈). Атоми неметалів сполучені ковалентними неполярними зв’язками – простими ( Н – Н, водень), подвійними (О = О, кисень), потрійними (N ≡ N, азот).

3.     Алотропія

Для деяких неметалічних елементів відомо по дві або більше простих речовин.

Явище утворення елементом кількох простих речовин називається алотропією.

Прості речовини, утворені одним елементом – алотропними модифікаціями. Вони можуть різнитися кількістю атомів у молекулах, будовою, способами сполучення атомів в молекулах. Це впливає на фізичні властивості речовин, а в окремих випадках і на їх активність у хімічних реакціях.

Для Оксигену існують дві прості речовини – кисень О₂ і озон О₃. Отже, кисень і озон – алотропні модифікації Оксигену. Вони відрізняються між собою складом молекули ( молекула кисню містить два атоми Оксигену, молекула озону – три атоми Оксигену). Така особливість в будові є причиною відмінностей у фізичних та хімічних властивостях. Кисень – безбарвний газ, без запаху; озон світло-блакитний газ, що має запах свіжості після дощу. У хімічних реакціях озон виявляє значно більшу хімічну активність.

Загальна назва простих речовин Карбону – вуглець. Алотропні модифікації Карбону, що мають атомну будову – алмаз і графіт, молекулярну будову має фулерен. Молекула фулерену складається із 60 атомів.

Алмаз – безбарвна кристалічна речовина, яка не проводить електричного струму і є найтвердішою серед природних речовин. В алмазі кожен атом Карбону сполучений простими ковалентними зв’язками із чотирма іншими атомами.

Графіт – темно-сіра речовина зі слабким металевим блиском, яка проводить електричний струм. Графіт має шарувату будову. Зв'язок між атомами реалізується лише в шарі, який нагадує бджолиний стільник. Кожний атом Карбону сполучений із трьома іншими атомами простими ковалентними зв’язками за участю трьох валентних електронів. Четвертий електрон переходить від одного атома до іншого в шарі. Такі електрони зумовлюють електропровідність графіту. Завдяки шаруватій будові графіт досить м’який.

Молекула фулерену С₆₀ нагадує футбольний м’яч , зшитий із 20 шестикутників і 12 п’ятикутників.

Деревне вугілля, яке добувають шляхом нагрівання без доступу повітря, називають аморфним вуглецем, тому що в цій речовині , що складається майже повністю з атомів Карбону, вони розташовані хаотично.

Алотропні модифікації Сульфуру – моноклінна та ромбічна сірка – мають схожу будову. Їх молекули складаються з восьми атомів, але порядок їх розташування в кристалах різний. Сірку пластичну можна добути, якщо її розплавити та нагріти майже до кипіння, а потім вилити цю рідину в холодну воду.

Фосфор утворює кілька алотропних модифікацій. Найважливіші – білий   та червоний фосфор. Білий фосфор має молекулярну будову (Р₄), а червоний – атомну. Білий фосфор має запах часнику, легко випаровується, хімічно активний, дуже отруйний. Червоний фосфор не має запаху, не випаровується, хімічно менш активний.

4.     Поширення неметалів у природі

В атмосфері поширені азот (N₂), кисень (О₂), у верхніх шарах – водень (Н₂) та гелій (Не), у невеликих кількостях присутній озон (О₃), утворюючи так званий озоновий шар. У літосфері трапляються три неметали сірка, графіт і алмаз.

5.     Фізичні властивості неметалів

Для неметалів характерні невисокі температури плавлення і кипіння. Винятки – бор (В), силіцій (Sі), графіт (С), алмаз (С).

Агрегатний стан неметалів: прості речовини інертних елементів , азот, кисень, озон, водень, фтор і хлор за звичайних умов є газами, бром рідиною, а інші – тверді речовини.

Неметали не проводять електричного струму, крім графіту, не розчиняються або слабо розчиняються у воді

6.     Адсорбція

Явище поглинання молекул, йонів поверхневим шаром твердої речовини називають адсорбцією, а речовину – адсорбентом. Адсорбент поглинає молекули газів, а також молекули і йони речовин з розчинів. Ці частинки «заходять» у численні пори адсорбента і залишаються там. В одних випадках поглинені частинки залишаються незмінними (фізична адсорбція), а в інших – взаємодіють із частинками адсорбента (хімічна адсорбція). У разі фізичної адсорбції молекули речовин можна видалити з адсорбента, наприклад, нагріваючи його.

Одним з таких адсорбентів є деревне вугілля, для збільшення кількості пор його обробляють гарячою водяною парою. Отримане в такий спосіб вугілля називають активованим. Його використовують для очищення води, промислових стоків, газових викидів, як лікарський засіб при отруєнні, у протигазах.

У промисловості крім активованого вугілля використовуються інші адсорбенти у різних фільтрах, при ліквідації забруднень водойм нафтопродуктами.

У побуті фільтри використовують для очищення води, засобах для видалення запаху в холодильнику.

Висновок. Неметали – прості речовини неметалічних елементів. Деякі неметалічні елементи утворюють по кілька простих речовин, які різняться будовою і фізичними властивостями. Таке явище називається алотропією.

Більшість неметалів має молекулярну будову, а деякі складаються з атомів.

Неметали поширені в атмосфері та літосфері.

Фізичні властивості неметалів різніться між собою. Для них характерні невисокі температури плавлення і кипіння, нездатність проводити електричний струм. Явище поглинання молекул, йонів поверхневим шаром речовини називається адсорбцією. Одним з найважливішим адсорбентом є активоване вугілля.

Домашнє завдання для студентів 2 курсу з тем Неметали, загальна характеристика неметалів. Фізичні властивості  

  Алотропія. Алотропні модифікації речовин неметалічних елементів. Явище адсорбції

 

Опрацювати ⸹15, 16, складіть інтелект-карту з теми

Поширення неметалів у природі та надішліть на електронну пошту.

 

 

Методична розробка лекції

 

Тема3. Хімічні властивості  неметалів

 Тема4. Застосування неметалів

 

 

1.     Неметали як окисники взаємодіють з металами та воднем

2Zn + O₂ = 2ZnO;

2Al + 3S = Al₂S₃;

6Li + N₂ = 2Li₃N;

2Na + Cl₂ = 2NaCl;

 3Mg + 2P =  Mg₃P₂;

2Ca + Si = Ca₂Si.

H₂ + S = H₂S;

3H₂ + N₂ = 2NH₃;

H₂ + F₂  = 2HF.

2.     Неметали як відновники взаємодіють між собою

Si + 2Br₂ = SiBr₄;

2H₂ + O₂ = 2H₂O;

C + 2S = CS₂;

C + 2Cl₂ = CCl₄.

3.     Водень, вуглець й силіцій проявляють відновні властивості під час взаємодії з оксидами металів

ZnO + H₂ = Zn + H₂O

2Fe₂O₃ + 3C = 4Fe + 3CO₂;

2CuO + Si = 2Cu + SiO₂.

4.     Застосування неметалів

Більшість неметалів мають широке застосування в практиці. Кисень використовують у приготуванні дихальних сумішей для аквалангістів, альпіністів, льотчиків, пожежників. Незамінний він при лікуванні хворих. Речовини у кисні горять швидше, нвж на повітрі, тому він використовується під час зварювання та різання металів. Для інтенсифікації його використовують у металургії та хімічній промисловості.

Озон і хлор використовують для знезараження води. Хлор є вихідною речовиною для виготовлення органічних розчинників, дезінфікуючих засобів та засобів для захисту рослин від хвороб та шкідників.

Водень є сировиною для виробництва амоніаку, органічних речовин, у нафтопереробній промисловості.

Алмаз, як найтвердіший матеріал у вигляді порошку використовують у шліфувальних та різальних інструментах. Оброблені алмази називаються діаманти.

Графіт використовують як змащувальний матеріал, а завдяки  електропровідності з нього виготовляють електричні контакти та електроди. Стержні з графіту використовують в ядерних реакторах.

Силіцій використовують в електронній техніці та сонячних батареях.

Азотом наповнюють колби електричних ламп. З азоту через ряд хімічних перетворень добувають азотні мінеральні добрива, вибухові матеріали.

 Природна сірка – сировина для виробництва сульфатної кислоти. Сірку додають у каучук для перетворення її на гуму. Фосфор використовують для виготовлення сірників.

Висновок. Неметали в хімічних реакціях є переважно окисниками. Вони взаємодіють із металами, між собою. Водень, вуглець та силіцій як відновники реагують з оксидами металічних елементів; за допомогою цих реакцій добувають метали. Більшість неметалів використовують у техніці, хімічній промисловості.

 

Домашнє завдання для студентів 2 курсу з тем Хімічні властивості  неметалів. Застосування неметалів

Опрацювати ⸹ 17, письмово виконати завдання 121,125.

Завдання 121. Допишіть схеми реакцій і перетворіть їх на хімічні рівняння:

а) S + Li                           б) N₂ + H₂

     Si + Mg                           B + O₂

     ZnO + C                          H₂ + Ag₂O

Завдання 125. Складіть рівняння реакцій хлору з калієм, цинком алюмінієм, силіцієм, фосфором. Зважте на те, що Силіцій і Фосфор у продуктах відповідних реакцій мають найвищі ступені окиснення.

 Методична розробка лекції

Тема:                      Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном

                                Хлоридна кислота

1.     Склад і назви сполук неметалічних елементів з Гідрогеном

Сполуки з Гідрогеном відомі для більшості неметалічних елементів; їх не утворюють лише інертні елементи:

СН₄ – метан

SiH₄ – силан

NH₃ – амоніак

РН₃ – фосфін

АsН₃ – арсин

Н₂О – вода

Н₂S – сірководень

Н₂Se – селеноводень

Н₂Те – телуроводень

Для того, щоб правильно скласти формулу сполуки неметалічного елемента з Гідрогеном, необхідно пам’ятати, що ступінь окиснення Гідрогену в сполуках з неметалічними елементами постійна і дорівнює +1. Тоді ступінь окиснення неметалічного елемента буде негативною і дорівнюватиме різниці між числом 8 і числом , що дорівнюватиме номеру групи періодичної системи, в якій міститься елемент.

Загальна формула сполук елементів з Гідрогеном має два варіанти написання – Н_nE і EH_n . послідовність запису елементів у хімічній формулі кожної сполуки зумовлена традицією: символи елементів шостої і сьомої груп розміщують після символу Гідрогену (Н₂Те), а символи елементів інших груп – перед ним (СН₄). Для сполук неметалічних елементів з Гідрогеном крім тривіальних назв використовують хімічні: НF – гідроген фторид, НСl – гідроген хлорид, Н₂S – гідроген сульфід тощо.

2.     Будова сполук неметалічних елементів з Гідрогеном

Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном мають молекулярну будову, атоми в їх молекулах сполучені ковалентними зв’язками. Якщо електронегативності елемента і Гідрогену однакові, то ці зв’язки неполярні (наприклад, у молекулі фосфіна РН₃), а якщо різні – зв’язки неполярні.

 

Завдання. Зобразіть електронні та графічні формули молекул HF і  SiH₄ . Покажіть у графічних формулах зміщення спільних електронних пар до відповідних атомів.

Якщо позитивні й негативні заряди, що виникли на атомах після зміщення спільних електронних пар, рівномірно розподілені в молекулі, то вона є неполярною (наприклад, молекула метану СН₄). В іншому випадку молекула в одній частині має невеликий негативний заряд, а в протилежній – позитивний заряд. Така молекула полярна; її називають диполем. Полярними є молекули фтор оводню НF, води H₂O, амоніаку NH₃ і деякі інші.

3.     Фізичні властивості сполук неметалічних елементів з Гідрогеном

Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном, які наведено, за звичайних умов є газами, а вода – рідиною. Гідроген фторид за температури +19,5℃ переходить із рідкого стану в газуватий. Серед вуглеводнів, сполук Карбону з Гідрогеном, є гази, рідини, тверді речовини.

 Температури плавлення і кипіння сполук з Гідрогеном елементів кожної групи періодичної системи зростають зі збільшенням відносних молекулярних мас. Винятком є вода, амоніак і фтороводень. Температури кипіння і плавлення цих сполук значно вища від температури кипіння і плавлення  інших сполук неметалічних елементів з Гідрогеном в межах груп елементів в ПСХЕ. Аномально високі температури їх плавлення і кипіння зумовлені існуванням водневих зв’язків між молекулами. 

H – F … H – F … H – F            трьома крапками позначається водневий зв’язок  

H₂O … H₂O … H₂O               між молекулами

NH₃ … NH₃ … NH₃

Водневий зв'язок – електростатична взаємодія між молекулами за участю атомів Гідрогену.

Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном безбарвні, деякі мають характерний запах – неприємний, іноді різкий. Багато цих речовин є токсичними.

Найбільшу розчинність у воді мають галогеноводні (сполуки галогенів з Гідрогеном – фтороводень НF, хлороводень НСl, бромоводень НВr, йодоводень НІ) та амоніак. Наприклад, в 1л води за нормальних умов (0℃, 760 мм рт. ст.) розчиняється приблизно 500 л газу хлороводню або майже 1000 л газу амоніаку. Цьому сприяє утворення водневих зв’язків між молекулами води і цих сполук, а також дисоціація молекул галогеноводнів у водному розчині.

Н – F … H – F … H –F              трьома крапками позначається водневий зв'язок

H – Cl … H – Cl … H – Cl         між молекулами

H – Br … H – Br … H – Br

H – I … H – I … H – I

Дисоціація – процес розпаду сполуки на заряджені частинки, йони, при розчиненні у воді та розплавленні.

Дисоціація галогеноводнів:

HF ↔ H⁺ + F^-

HCl ↔ H⁺ + Cl^-

HBr ↔ H⁺ + Br^-

HI ↔ H⁺ + I

4.     Фізичні властивості хлоридної кислоти

Хлоридна кислота – це розчин газу хлороводню у воді. Тому вона має запах цього газу.

 

5.     Хімічні властивості хлоридної кислоти

1.     Дисоціація

НСl ↔   H⁺ + Cl^-

 

2.     Дія на індикатори

НСl + лакмус → червоний розчин

НСl + метилоранж → рожевий розчин

 

3.     Взаємодія з металами, які знаходяться в ряді активності металів ліворуч від водню.

2НСl + Mg = MgCl₂ + H₂  (молекулярне рівняння )

2Н⁺ + 2Cl^- + Mg⁰ = Mg²⁺ + 2Cl^- + H₂⁰   (повне йонно-молекулярне рівняння)

2Н⁺ + Mg⁰ = Mg²⁺ + H₂⁰   (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

 

4.     Взаємодія з оксидами

а) основними

2НСl + CuO = CuCl₂ + H₂O   (молекулярне рівняння )

2Н⁺ + 2Cl^- + CuO = Cu²⁺ + 2Cl^- + H₂O  (повне йонно-молекулярне рівняння)

2Н⁺ + CuO = Cu²⁺ + H₂O   (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

б) амфотерними

 6НСl + Аl₂O₃ = 2AlCl₃ + 3H₂O  (молекулярне рівняння )

6Н⁺ + 6Cl^- + Аl₂O₃ =  2Al³⁺ + 6Cl^- + 3H₂O  (повне йонно-молекулярне рівняння)

6Н⁺  + Аl₂O₃ =  2Al³⁺  + 3H₂O   (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

 

5.     Взаємодія з основами

а) розчинними або лугами

НСl + NaOH = NaCl + H₂O   (молекулярне рівняння )

Н⁺ + Cl^- + Na⁺ + OH^-  = Na⁺  + Cl^-  + H₂O   (повне йонно-молекулярне рівняння)

Н⁺  + OH^-  =  H₂O    (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

б) нерозчинними

2НСl + Cu(OH)₂ =  CuCl₂ + 2H₂O   (молекулярне рівняння )

2Н⁺ + 2Cl^- + Cu(OH)₂  = Cu²⁺ + 2Cl^-  + 2H₂O   (повне йонно-молекулярне рівняння)

2Н⁺  + Cu(OH)₂  = Cu²⁺ + 2H₂O    (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

в) амфотерними гідроксидами

2НСl +  Zn(OH)₂ =  ZnCl₂ + 2H₂O   (молекулярне рівняння )

2Н⁺ + 2Cl^- + Zn(OH)₂  = Zn²⁺ + 2Cl^-  + 2H₂O   (повне йонно-молекулярне рівняння)

2Н⁺  + Zn(OH)₂  = Zn²⁺ + 2H₂O    (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

 

6.     Взаємодія із солями більш слабких кислот

а) розчинними

2НСl + Na₂СO₃ = 2NaCl + H₂O + СО₂  (молекулярне рівняння )

2Н⁺ + 2Cl^- + 2Na⁺ + СО₃^2-  = 2Na⁺ +  2Cl^-  + H₂O + СО₂    (повне йонно-молекулярне рівняння)

2Н⁺ + СО₃^2-  = H₂O + СО₂    (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

б) нерозчинними

2НСl + СаСO₃ = СaCl₂ + H₂O + СО₂  (молекулярне рівняння )

2Н⁺ + 2Cl^- + СаСO₃ = Cа²⁺ + 2Cl^-  + H₂O + СО₂   (повне йонно-молекулярне рівняння)

2Н⁺  + СаСO₃ = Cа²⁺  + H₂O + СО₂    (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

в) якісна реакція на хлоридну кислоту та її солі

НСl + NaOH = NaCl + H₂O   (молекулярне рівняння )

Н⁺ + Cl^- + Na⁺ + OH^-  = Na⁺  + Cl^-  + H₂O   (повне йонно-молекулярне рівняння)

Н⁺  + OH^-  =  H₂O    (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

НСl  + AgNO₃ = AgCl + HNO₃  (молекулярне рівняння )

Н⁺ + Cl^- + Ag⁺ + NO₃  = AgCl   + H₂O   (повне йонно-молекулярне рівняння)

 Ag⁺  + Cl^-  =   AgCl     (скорочене йонно-молекулярне рівняння)

 

Висновки. Хлорид на кислота належить до сильних кислот, реагує з металами, основними та амфотерними оксидами, основами й амфотерними гідроксидами, більшістю солей.

 

Домашнє завдання для студентів 2 курсу з теми  СПОЛУКИ НЕМЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ З ГІДРОГЕНОМ.  ХЛОРИДНА КИСЛОТА

 

Опрацюйте ⸹18, 19 (с.105, 106), письмово виконайте завдання 140, 144.

Завдання 140. Напишіть рівняння таких реакцій:

а) НСl + Аl →                                       б) НСl + Cr(OH)₃ →  

    НСl +  ZnO →                                       НСl + Na₂S  → 

 

Завдання 144. Який об’єм газу (н.у.) виділиться під час взаємодії достатньої кількості хлоридної кислоти з кальцій карбонатом масою 10 г?