Номер 12, страница 183 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 5. Химические реакции в водных растворах. Параграф 26. Неорганические и органические кислоты в свете теории электролитической диссоциации и протолитической теории - номер 12, страница 183.

Условие.

12. Проиллюстрируйте зависимость окислительно-восстановительных свойств галогеноводородных кислот по катиону и аниону в зависимости от положения галогена в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Решение.

Решение 2.

Решение

Окислительно-восстановительные свойства галогеноводородных кислот ($\text{HF}$, $HCl$, $HBr$, $\text{HI}$) определяются двумя компонентами: катионом водорода $H^+$ (окислитель) и анионом-галогенидом $Hal^-$ (восстановитель). Зависимость этих свойств от положения галогена в периодической системе проявляется по-разному для катиона и аниона.

Зависимость окислительных свойств по катиону (H⁺)

Окислительные свойства галогеноводородных кислот обусловлены катионом водорода $H^+$, который может принимать электроны, восстанавливаясь до молекулярного водорода:

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$

Активность катионов $H^+$ напрямую зависит от силы кислоты. Сила кислот в ряду $HF - HCl - HBr - HI$ возрастает. Это связано с уменьшением энергии связи $H-Hal$ при увеличении радиуса атома галогена сверху вниз по группе. Чем слабее связь, тем легче кислота диссоциирует на ионы, и тем выше концентрация ионов $H^+$ в растворе. Фтороводородная кислота ($\text{HF}$) является слабой, в то время как остальные — сильными.

Таким образом, окислительная способность, связанная с катионом водорода, усиливается в ряду $HF < HCl < HBr < HI$. Это иллюстрируется их взаимодействием с металлами, стоящими в ряду активности до водорода. Например, цинк будет реагировать со всеми кислотами, кроме самой слабой ($\text{HF}$), с заметной скоростью.

Пример реакции для соляной кислоты:

$Zn^0 + 2H^{+1}Cl \rightarrow Zn^{+2}Cl_2 + H_2^0 \uparrow$

Здесь цинк ($Zn^0$) является восстановителем, а ион водорода ($H^+$) — окислителем.

Ответ: Окислительные свойства галогеноводородных кислот обусловлены катионом $H^+$. Их сила как окислителей за счет $H^+$ возрастает в ряду $HF < HCl < HBr < HI$, так как в этом направлении увеличивается сила кислот и, соответственно, их способность предоставлять ионы $H^+$ для реакции.

Зависимость восстановительных свойств по аниону (Hal⁻)

Восстановительные свойства обусловлены способностью галогенид-аниона ($F^-$, $Cl^-$, $Br^-$, $I^-$) отдавать электроны, окисляясь до простого вещества:

$2Hal^- - 2e^- \rightarrow Hal_2^0$

Эта способность зависит от положения галогена в периодической таблице. При движении сверху вниз по группе (от $\text{F}$ к $\text{I}$) увеличивается радиус атома и, соответственно, иона. Электроны на внешней оболочке находятся дальше от ядра и слабее с ним связаны. Поэтому способность отдавать электроны (т.е. восстановительная активность) у галогенид-ионов резко возрастает в ряду $F^- < Cl^- < Br^- < I^-$.

Эту зависимость можно проиллюстрировать реакциями с сильными окислителями, например, с концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$):

• Фторид-ион ($F^-$) практически не проявляет восстановительных свойств. Реакция с концентрированной $H_2SO_4$ не является окислительно-восстановительной:
  $NaF(тв) + H_2SO_4(конц) \rightarrow NaHSO_4 + HF \uparrow$

• Хлорид-ион ($Cl^-$) — очень слабый восстановитель. Концентрированная $H_2SO_4$ не может его окислить. Окисление возможно только более сильными окислителями (например, $MnO_2$, $KMnO_4$):
  $MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

• Бромид-ион ($Br^-$) — более сильный восстановитель. Он уже окисляется концентрированной $H_2SO_4$, которая при этом восстанавливается до $SO_2$ (степень окисления серы $+4$):
  $2HBr + H_2SO_4(конц) \rightarrow Br_2 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$

• Иодид-ион ($I^-$) — самый сильный восстановитель в этом ряду. Он окисляется концентрированной $H_2SO_4$ очень легко, восстанавливая серу до $H_2S$ (степень окисления $-2$):
  $8HI + H_2SO_4(конц) \rightarrow 4I_2 + H_2S \uparrow + 4H_2O$

Ответ: Восстановительные свойства галогеноводородных кислот обусловлены анионом $Hal^-$. Восстановительная способность резко усиливается при движении по группе сверху вниз в ряду $HF \ll HCl < HBr < HI$. Это связано с увеличением радиуса иона и уменьшением его электроотрицательности, что облегчает отдачу электронов.