Номер 4, страница 255 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 35. Галогены - номер 4, страница 255.

Условие.

4. Расскажите о нахождении галогенов в природе и способах их получения из природных минералов.

Решение.

Решение 2.

Галогены (элементы 17-й группы) — фтор, хлор, бром, иод и астат — являются очень активными неметаллами. Из-за своей высокой химической активности они не встречаются в природе в свободном виде, а только в виде соединений, как правило, солей-галидов, входящих в состав различных минералов и растворенных в природных водах.

Фтор (F)
Нахождение в природе: Фтор — самый распространенный галоген в земной коре. Основные его природные соединения — это минералы: флюорит (плавиковый шпат) $CaF_2$, криолит $Na_3[AlF_6]$ и фторапатит $Ca_5(PO_4)_3F$. Соединения фтора также содержатся в костях и зубной эмали животных и человека.
Способы получения: В промышленности фтор получают электролизом расплава кислого фторида калия $KHF_2$ (или $KF \cdot HF$) в безводном фтороводороде $\text{HF}$. Процесс состоит из двух стадий:
1. Получение безводного фтороводорода из плавикового шпата и концентрированной серной кислоты при нагревании:
$CaF_2(тв) + H_2SO_4(конц) \xrightarrow{t} CaSO_4(тв) + 2HF(г)$
2. Электролиз расплава $KHF_2$ при температуре около $100^\circ C$ в стальном электролизере с угольным анодом:
На катоде (сталь): $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$
На аноде (графит): $2F^- - 2e^- \rightarrow F_2 \uparrow$
Суммарное уравнение реакции: $2KHF_2 \xrightarrow{электролиз} H_2 \uparrow + F_2 \uparrow + 2KF$
Ответ: Основной природный минерал фтора — флюорит $CaF_2$. Фтор получают электролизом расплава $KHF_2$, для чего сначала получают $\text{HF}$ из флюорита и серной кислоты.

Хлор (Cl)
Нахождение в природе: Хлор является самым распространенным галогеном в гидросфере. Его основные природные соединения — это хлориды металлов. Огромные количества хлорида натрия $NaCl$ находятся в виде минерала галита (каменная соль), а также в растворенном виде в водах морей, океанов и соленых озер. Другие важные минералы: сильвинит $NaCl \cdot KCl$ и карналлит $KCl \cdot MgCl_2 \cdot 6H_2O$.
Способы получения: Основной промышленный способ получения хлора — электролиз водных растворов (рассолов) или расплавов хлорида натрия.
1. Электролиз водного раствора $NaCl$ (хлор-щелочной процесс):
На аноде (графитовом или титановом): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$
На катоде (стальном или ртутном): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$
Суммарное уравнение реакции: $2NaCl(р-р) + 2H_2O(ж) \xrightarrow{электролиз} 2NaOH(р-р) + H_2(г) \uparrow + Cl_2(г) \uparrow$
2. Электролиз расплава $NaCl$:
Суммарное уравнение: $2NaCl(расплав) \xrightarrow{электролиз} 2Na(ж) + Cl_2(г) \uparrow$
Ответ: Хлор в природе встречается в основном в виде хлорида натрия $NaCl$ (каменная соль, морская вода). Промышленный способ получения — электролиз водного раствора или расплава $NaCl$.

Бром (Br)
Нахождение в природе: Бром — рассеянный элемент, он не образует собственных минералов, а встречается в виде бромид-ионов $Br^-$ в качестве примеси в хлоридных минералах. Основными источниками брома служат морская вода, воды соленых озер и буровые воды нефтегазовых месторождений.
Способы получения: Бром получают из природных рассолов путем вытеснения его более активным галогеном — хлором. Рассол подкисляют серной кислотой для предотвращения гидролиза хлора, а затем продувают через него газообразный хлор.
$2Br^-(р-р) + Cl_2(г) \rightarrow Br_2(р-р) + 2Cl^-(р-р)$
Выделившийся бром отгоняют из раствора током воздуха или водяного пара, а затем конденсируют.
Ответ: Бром встречается в виде бромидов, растворенных в морской воде и соляных рассолах. Его получают, вытесняя из солей газообразным хлором.

Иод (I)
Нахождение в природе: Иод — самый редкий из стабильных галогенов. В небольших количествах иодиды содержатся в морской воде. Некоторые морские водоросли (например, ламинария) способны накапливать иод. Промышленными источниками иода являются:
- Буровые воды нефтегазовых месторождений, содержащие иодиды ($I^-$).
- Залежи чилийской селитры ($NaNO_3$), содержащие примеси иодата натрия $NaIO_3$.
Способы получения:
1. Из буровых вод (содержащих иодиды) иод получают вытеснением хлором, аналогично брому:
$2I^-(р-р) + Cl_2(г) \rightarrow I_2(тв) + 2Cl^-(р-р)$
2. Из растворов, содержащих иодаты, иод получают восстановлением. Раствор иодата натрия обрабатывают восстановителем, например, гидросульфитом натрия $NaHSO_3$. Реакция приводит к образованию свободного иода, который выпадает в осадок:
$2NaIO_3 + 5NaHSO_3 \rightarrow I_2 \downarrow + 3NaHSO_4 + 2Na_2SO_4 + H_2O$
Ответ: Источниками иода служат буровые воды (иодиды) и чилийская селитра (иодаты). Иод получают либо вытеснением из иодидов хлором, либо восстановлением иодатов.

Астат (At)
Нахождение в природе и получение: Астат — радиоактивный элемент, не имеющий стабильных изотопов. В природе встречается в ничтожных количествах в урановых и ториевых рудах как промежуточный продукт их распада. Из природных минералов его не добывают. Астат получают искусственно, например, путем бомбардировки висмута альфа-частицами в циклотроне:
$^{209}_{83}Bi + ^4_2He \rightarrow ^{211}_{85}At + 2^1_0n$
Ответ: Астат в природе практически не встречается из-за радиоактивности и не добывается из минералов. Его получают искусственным путем в ядерных реакциях.