Print bookPrint book

§ 29.1. Водородные соединения неметаллов и металлов

Site: Профильное обучение
Course: Химия. 11 класс
Book: § 29.1. Водородные соединения неметаллов и металлов
Printed by: Guest user
Date: Saturday, 25 May 2024, 8:14 AM

Кислотно-основные свойства водных растворов водородных соединений неметаллов

Рассмотрим изменение кислотно-основных свойств водных растворов летучих водородных соединений в зависимости от положения элемента в периодической системе. Известно, что СН4 не растворяется в воде, NH3 образует слабое основание NH3 Н2O, а раствор НF — слабая кислота:

NH3 Н2O rightwards arrow over leftwards arrow NH subscript 4 superscript plus + OН;

Н2О rightwards arrow over leftwards arrow Н+ + ОН;

HF rightwards arrow over leftwards arrow H+ + F.

Значит, кислотные свойства водородных соединений неметаллов в периоде с увеличением порядкового номера элемента усиливаются.

В группах кислотные свойства водных растворов водородных соединений неметаллов также усиливаются: НF является слабой кислотой, а HCl, HBr, HI — сильными.

img

Углерод и водород образуют значительное число бинарных органических соединений различных классов: алканы СnH2n+2, алкены СnH2n, алкины СnH2n–2, арены СnH2n–6 и др.

Кислород образует два устойчивых соединения с водородом — Н2О и Н2О2 (вода и пероксид водорода).

Для серы известен ряд водородных соединений состава Н2Sn (n = 1–20), например, Н2S, Н2S2.

Водородные соединения металлов

Водородные соединения щелочных и щёлочноземельных металлов можно получить прямым соединением простых веществ, например:

Н2 + 2Li = 2LiH,

Н2 + Вa = ВaH2.

Для этого водород под давлением пропускают над разогретым до 200−600 °С металлом.

Наиболее распространённые соединения водорода с неметаллами, а также металлами IA- и IIA-групп представлены на рисунке 67.1.

img
Рис. 67.1. Водородные соединения некоторых металлов и неметаллов

Водородные соединения металлов IA- и IIA-групп (s-элементов, кроме бериллия) — ионные гидриды. Это белые кристаллические вещества с достаточно высокими температурами кипения, их расплавы электропроводны.

Важнейшим свойством гидридов металлов является их взаимодействие с водой и кислотами с образованием водорода:

LiH + Н2О = LiOH + H2↑;

СаН2 + 2НСl = CaCl2 + 2H2↑.

img

Ионные гидриды — это вещества, при нагревании разлагающиеся на металл и водород без плавления: 2NaH = 2Na + H2.

Исключение составляют LiH и CaH2, которые плавятся без разложения, но при дальнейшем нагревании всё же разлагаются.

Ионные гидриды металлов обладают восстановительными свойствами:

NaH + C2H5OH = C2H5ONa + H2.

Благодаря восстановительным свойствам ионные гидриды используют для получения металлов из их оксидов или галогенидов, удаления окалины с поверхности тугоплавких металлов. Гидриды — источники водорода и поэтому перспективны как компонент ракетного топлива.

При взаимодействии ионных гидридов с гидридами алюминия или бора образуются комплексные гидриды. Из них наибольшее значение имеют борогидрид натрия Na[BH4] и алюмогидрид лития Li[AlH4] как сильные восстановители:

2RCHO + 2Li[BH4] + 2H2O = 2RCH2OH + 2LiOH + B2H6↑ (восстановление альдегидов);

2Ni2+ + begin mathsize 14px style BH subscript 4 superscript minus end style + 4OH → 2Ni + begin mathsize 14px style straight B left parenthesis OH right parenthesis subscript 4 superscript minus end style + 2H2↑ (восстановление ионов металлов в процессах получения металлических покрытий и порошков).

Кислотные свойства водных растворов водородных соединений неметаллов в периодах усиливаются.

Гидриды s-элементов (металлов) — ионные соединения. Они обладают восстановительными свойствами, гидролизуются и реагируют с кислотами с образованием водорода.

Вопросы, задания, задачи

1. Назовите общие формулы водородных соединений элементов VIIA-, VIA-, VA- и IVA-групп.

2. Выпишите формулы водородных соединений с ковалентной связью: HCl, СаН2, Н2Se, LiH, HF, BaH2, NaH.

3. Определите степени окисления атомов в следующих гидридах:

  • а) HBr, BаН2, Н2S, NH3;
  • б) HF, H2S, NaH, CaH2.

4. Составьте уравнения синтеза гидридов, указанных в задании 3.

5. Назовите водородные соединения неметаллов, между молекулами которых существует сильная водородная связь. Объясните причину этого явления.

6. Составьте уравнения реакций между гидроксидом калия и водородными соединениями фтора и йода в молекулярной и ионной формах. Почему сумма коэффициентов в уравнениях, написанных в ионной форме, различна?

7. Составьте уравнения реакций согласно схеме:

  • a) begin mathsize 14px style straight N subscript 2 stack space rightwards arrow with 1 asterisk times on top space Сa subscript 3 straight N subscript 2 space rightwards arrow with 2 on top space NН subscript 3 stack space rightwards arrow space with 3 with plus straight H subscript 2 straight O on top on top straight Х end style;
  • б) begin mathsize 14px style straight H subscript 2 stack space rightwards arrow with 1 asterisk times on top space Li straight H space stack rightwards arrow space with 2 on top straight Н subscript 2 rightwards arrow with 3 with plus CH subscript 2 equals CH subscript 2 on top on top straight Х end style.

Дайте характеристику реакциям 1* по известным вам классификационным признакам.

8. Имеется ряд водородных соединений: NaH, BaН2, Н2О, NН3, HCl. Какие из них за счёт атомов водорода могут проявлять свойства:

  • а) восстановительные;
  • б) окислительные?

9. Бинарное соединение кальция и неметалла VА-группы массой 1,82 г при действии воды образует газ объёмом 448 см3 (н. y.). Установите химическую формулу газообразного соединения.

10. Смесь, содержащую хлор массой 35,5 г и водород массой 1,5 г, подожгли. Определите объёмные доли каждого из компонентов в смеси газов после окончания реакции.

Самоконтроль

1. Летучими водородными соединениями являются вещества, формулы которых:

  • а) NaH;
  • б) HF;
  • в) СН4;
  • г) HCl.

2. Кислотные свойства усиливаются в водных растворах соединений в ряду:

  • а) NН3, СН4, HF;
  • б) HF, СН4, NН3;
  • в) NН3, HF, HCl;
  • г) HCl, HF, СН4.

3. При растворении в воде образуют щёлочь соединения:

  • а) NaH;
  • б) HI;
  • в) SrH2;
  • г) HCl.

4. Атомы водорода могут проявлять только окислительные свойства в составе:

  • а) NaH;
  • б) HBr;
  • в) Н2S;
  • г) Н2.

5. В четырёх пробирках находятся дистиллированная вода, а также продукты растворения в воде аммиака, бромоводорода и гидрида кальция. Результаты испытания содержимого пробирок универсальным индикатором следующие:

1 – рН = 10
2 – рН = 7
3 – рН = 13
4 – рН = 2

Вода и раствор бромоводорода находятся в пробирках:

  • а) 1 и 2;
  • б) 2 и 3;
  • в) 2 и 4;
  • г) 1 и 4.