Номер 1, страница 172 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 37. Свойства и применение важнейших неметаллов. Глава VII. Неметаллы - номер 1, страница 172.

Условие.

1. Пользуясь таблицами 17–20, охарактеризуйте химические свойства важнейших неметаллов и их применение.

Решение.

Решение 2.

Решение

Водород (H)

Химические свойства: Водород является самым легким химическим элементом. Его молекула двухатомна — $H_2$. В соединениях водород может проявлять как окислительные (степень окисления -1), так и восстановительные (степень окисления +1) свойства.
1. Взаимодействие с неметаллами (проявляет восстановительные свойства): Водород реагирует со многими неметаллами, особенно с галогенами и кислородом.
С кислородом образует воду, реакция протекает со взрывом (гремучий газ): $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$.
С хлором на свету или при нагревании образует хлороводород: $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$.
С азотом реагирует при высоком давлении, температуре и в присутствии катализатора, образуя аммиак (процесс Габера-Боша): $N_2 + 3H_2 \xleftrightarrow{p, t, kat} 2NH_3$.
2. Взаимодействие с активными металлами (проявляет окислительные свойства): При нагревании водород реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами, образуя гидриды.
$2Na + H_2 \xrightarrow{t} 2NaH$.
3. Восстановление металлов из их оксидов: Водород является хорошим восстановителем и используется в металлургии.
$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$.
$Fe_2O_3 + 3H_2 \xrightarrow{t} 2Fe + 3H_2O$.

Применение:
• Производство аммиака, который является сырьем для получения азотных удобрений и азотной кислоты.
• Производство метанола, хлороводорода и других химических продуктов.
• Гидрогенизация (гидрирование) жидких жиров для получения твердых жиров (маргарина).
• В качестве ракетного топлива (жидкий водород в смеси с жидким кислородом).
• В кислородно-водородных горелках для сварки и резки тугоплавких металлов.
• В качестве экологически чистого топлива в топливных элементах.

Ответ: Водород — химически активный неметалл, проявляющий как восстановительные (в реакциях с неметаллами), так и окислительные (в реакциях с металлами) свойства. Широко применяется в химической промышленности (синтез аммиака, метанола), пищевой промышленности (гидрогенизация жиров) и как перспективное экологически чистое топливо.

Галогены (F, Cl, Br, I)

Химические свойства: Галогены — это элементы VIIA группы. Они являются очень сильными окислителями, их химическая активность уменьшается от фтора к иоду.
1. Взаимодействие с металлами: Реагируют почти со всеми металлами, образуя соли — галогениды.
$2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$.
2. Взаимодействие с водородом: Образуют летучие водородные соединения — галогеноводороды.
$H_2 + F_2 \rightarrow 2HF$ (реакция протекает со взрывом даже в темноте и при низких температурах).
$H_2 + I_2 \xleftrightarrow{t} 2HI$ (реакция обратима и протекает при нагревании).
3. Взаимодействие с водой: Фтор разлагает воду, а хлор, бром и иод образуют смесь кислот.
$2F_2 + 2H_2O \rightarrow 4HF + O_2$.
$Cl_2 + H_2O \leftrightarrow HCl + HClO$ (хлорноватистая кислота).
4. Взаимовытеснение: Более активный галоген вытесняет менее активный из растворов его солей.
$Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$.

Применение:
• Фтор: производство тефлона, хладагентов (фреонов), фторирование зубных паст и питьевой воды для профилактики кариеса.
• Хлор: обеззараживание питьевой воды, отбеливание тканей и бумаги, производство пластмасс (ПВХ), соляной кислоты, ядохимикатов.
• Бром: производство светочувствительных материалов (бромид серебра в фотографии), лекарственных препаратов, антипиренов (веществ, замедляющих горение).
• Иод: в медицине как антисептик (спиртовой раствор иода), для производства лекарств, как добавка к поваренной соли для профилактики заболеваний щитовидной железы.

Ответ: Галогены — типичные неметаллы, сильные окислители. Их активность уменьшается от фтора к иоду. Применяются в производстве полимеров, для дезинфекции, в медицине, фотографии и для синтеза различных органических и неорганических веществ.

Кислород (О) и Сера (S)

Химические свойства: Кислород и сера — элементы VIA группы (халькогены). Кислород — второй по электроотрицательности элемент после фтора, очень сильный окислитель. Сера также проявляет окислительные свойства, но значительно слабее кислорода; в реакциях с более сильными окислителями (кислородом, галогенами) сера является восстановителем.
1. Кислород ($O_2$): Реагирует почти со всеми простыми веществами (кроме благородных газов, золота, платины), образуя оксиды. Эти реакции, как правило, экзотермические и часто сопровождаются горением.
$C + O_2 \rightarrow CO_2$ (горение угля).
$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$ (горение магния).
2. Сера (S): При нагревании реагирует со многими металлами и неметаллами.
С металлами образует сульфиды (проявляет окислительные свойства): $2Na + S \rightarrow Na_2S$.
С кислородом образует оксиды (проявляет восстановительные свойства): $S + O_2 \rightarrow SO_2$.

Применение:
• Кислород: в медицине для дыхания, в металлургии для выплавки стали, для сварки и резки металлов (в смеси с ацетиленом или водородом), как окислитель в ракетном топливе. Озон ($O_3$), аллотропная модификация кислорода, используется для обеззараживания воды и воздуха.
• Сера: основное применение — производство серной кислоты ($H_2SO_4$), одного из важнейших продуктов химической промышленности. Также используется для вулканизации каучука, в производстве спичек, пороха, лекарств и в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями.

Ответ: Кислород и сера — халькогены. Кислород — сильный окислитель, необходимый для горения и дыхания, применяется в металлургии и медицине. Сера — менее активный неметалл, основной продукт её переработки — серная кислота. Также используется в производстве резины и в сельском хозяйстве.

Азот (N) и Фосфор (P)

Химические свойства: Азот и фосфор — элементы VA группы.
1. Азот ($N_2$): Ввиду наличия очень прочной тройной связи в молекуле, азот химически инертен при обычных условиях. Он вступает в реакции только при высоких температурах или в присутствии катализаторов.
С водородом (процесс Габера-Боша): $N_2 + 3H_2 \xleftrightarrow{p, t, kat} 2NH_3$.
С кислородом (в электрическом разряде): $N_2 + O_2 \xleftrightarrow{t} 2NO$.
2. Фосфор (P): Существует в виде нескольких аллотропных модификаций (белый, красный, черный). Белый фосфор очень активен и самовоспламеняется на воздухе. Красный фосфор менее активен.
Горит в кислороде с образованием оксида фосфора(V): $4P + 5O_2 \rightarrow P_4O_{10}$.
Реагирует с галогенами: $2P + 3Cl_2 \rightarrow 2PCl_3$.

Применение:
• Азот: производство аммиака и азотных удобрений; создание инертной атмосферы в химических процессах, электронике и упаковке пищевых продуктов; жидкий азот используется как хладагент (криогенная техника, медицина).
• Фосфор: производство фосфорной кислоты, которая идет на получение фосфорных удобрений и моющих средств; красный фосфор используется в производстве спичек; также фосфор и его соединения применяются в металлургии и для военных целей.

Ответ: Азот — инертный газ, используемый для синтеза аммиака и как инертная среда. Фосфор — более активный неметалл, основное применение которого — производство удобрений и спичек. Оба элемента жизненно важны для растений.

Углерод (C) и Кремний (Si)

Химические свойства: Углерод и кремний — элементы IVA группы.
1. Углерод (C): Имеет несколько аллотропных модификаций (алмаз, графит, карбин, фуллерен). При высоких температурах является сильным восстановителем.
Горит в кислороде: $C + O_2 \rightarrow CO_2$ (полное сгорание), $2C + O_2 \rightarrow 2CO$ (неполное сгорание).
Восстанавливает металлы из оксидов: $Fe_2O_3 + 3C \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO$.
Реагирует с водяным паром: $C + H_2O \xrightarrow{t} CO + H_2$ (синтез-газ).
2. Кремний (Si): Полупроводник, менее активен, чем углерод.
Сгорает в кислороде при высокой температуре: $Si + O_2 \xrightarrow{t} SiO_2$.
Реагирует с активными металлами, образуя силициды: $2Mg + Si \xrightarrow{t} Mg_2Si$.
Взаимодействует с растворами щелочей: $Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2\uparrow$.

Применение:
• Углерод: как топливо (уголь, кокс); графит — в производстве электродов, карандашей, смазочных материалов; алмаз — в ювелирном деле и как абразивный материал; активированный уголь — как адсорбент; сажа — наполнитель для резины и пигмент. Углерод — основа всех органических соединений.
• Кремний: сверхчистый кремний — основа полупроводниковой электроники (микросхемы, транзисторы, солнечные батареи); в металлургии для раскисления сталей и как компонент сплавов; производство силиконов (каучуки, масла, смолы); его оксид $SiO_2$ (кварц, песок) — сырье для производства стекла и цемента.

Ответ: Углерод и кремний — элементы IVA группы. Углерод — основа органической жизни и важнейшее топливо, его аллотропные модификации имеют широчайшее применение. Кремний — ключевой материал для современной электроники, а его соединения являются основой производства стекла и керамики.