§ 29.1. Водородные соединения неметаллов и металлов

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 «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mo»§#8644;«/mo»«/math» «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«msubsup»«mi»NH«/mi»«mn»4«/mn»«mo»+«/mo»«/msubsup»«/math» + OН^–;

Н₂О «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mo»§#8644;«/mo»«/math» Н⁺ + ОН^–;

HF «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mo»§#8644;«/mo»«/math» 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.

Углерод и водород образуют значительное число бинарных органических соединений различных классов: алканы С_nH_2n+2, алкены С_nH_2n, алкины С_nH_2n–2, арены С_nH_2n–6 и др.

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

Для серы известен ряд водородных соединений состава Н₂S_n (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.

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↑.

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⁺ + «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«msubsup»«mi»BH«/mi»«mn»4«/mn»«mo»-«/mo»«/msubsup»«/mstyle»«/math» + 4OH⁻ → 2Ni + «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«msubsup»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»4«/mn»«mo»-«/mo»«/msubsup»«/mrow»«/mstyle»«/math» + 2H₂↑ (восстановление ионов металлов в процессах получения металлических покрытий и порошков).

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) «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8594;«/mo»«/mrow»«mrow»«mn»1«/mn»«mo»*«/mo»«/mrow»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»§#1057;a«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mover»«mo»§#8594;«/mo»«mn»2«/mn»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»N§#1053;«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8594;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mover»«mn»3«/mn»«mrow»«mo»+«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«/mrow»«/mover»«/mover»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1061;«/mi»«/mrow»«/mstyle»«/math»;
• б) «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8594;«/mo»«/mrow»«mrow»«mn»1«/mn»«mo»*«/mo»«/mrow»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«mi»Li«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mrow»«mo»§#8594;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mover»«mo»§#8594;«/mo»«mover»«mn»3«/mn»«mrow»«mo»+«/mo»«msub»«mi»CH«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«msub»«mi»CH«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«/mover»«/mover»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1061;«/mi»«/mrow»«/mstyle»«/math».

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.