Номер B, страница 137 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. Приведите примеры соединений хлора, которые проявляют:

а) только окислительные свойства;

б) только восстановительные свойства;

в) и окислительные, и восстановительные свойства.

2. Как меняются полярность и прочность связи в молекулах $HF$, $HCl$, $HBr$, $HI$?

3. Охарактеризуйте реакционную способность молекул галогенов по группе. Какая из приведенных реакций будет протекать? Напишите уравнения химических реакций. $KI + Cl_2 \rightarrow KBr + I_2$

4. Определите степень окисления хлора в соединениях: $NaClO$, $NaClO_2$, $NaClO_3$, $NaClO_4$. В какой из этих солей массовая доля хлора наибольшая?

5. Можно ли применять для осушения хлора и хлороводорода концентрированную серную кислоту и твердый гидроксид натрия?

1. а) только окислительные свойства;

Соединения, в которых хлор проявляет только окислительные свойства, должны содержать хлор в его высшей степени окисления +7. В этом состоянии атом хлора может только принимать электроны, т.е. понижать свою степень окисления, выступая в роли окислителя. Примерами таких соединений являются оксид хлора(VII) ($Cl_2O_7$), хлорная кислота ($HClO_4$) и ее соли — перхлораты (например, перхлорат калия $KClO_4$).

Ответ: $Cl_2O_7$, $HClO_4$, $KClO_4$.

б) только восстановительные свойства;

Соединения, в которых хлор проявляет только восстановительные свойства, должны содержать хлор в его низшей степени окисления -1. В этом состоянии атом хлора может только отдавать электроны, т.е. повышать свою степень окисления, выступая в роли восстановителя. Примерами являются хлороводород ($HCl$) и его соли — хлориды (например, хлорид натрия $NaCl$).

Ответ: $HCl$, $NaCl$.

в) и окислительные, и восстановительные свойства.

Окислительно-восстановительную двойственность проявляют соединения, в которых хлор находится в промежуточных степенях окисления (от 0 до +6, например: 0, +1, +3, +5). Атом хлора в таких соединениях может как принимать электроны (понижая степень окисления и являясь окислителем), так и отдавать их (повышая степень окисления и являясь восстановителем). Примеры: простой вещeство хлор $Cl_2$ (степень окисления 0), хлорноватистая кислота $HClO$ (+1), хлористая кислота $HClO_2$ (+3), хлорноватая кислота $HClO_3$ (+5).

Ответ: $Cl_2$, $HClO$, $KClO_3$.

2. В ряду галогеноводородов $HF \rightarrow HCl \rightarrow HBr \rightarrow HI$ происходит изменение полярности и прочности связи.

Полярность связи определяется разностью электроотрицательностей атомов. Электроотрицательность галогенов уменьшается в ряду $F > Cl > Br > I$. Следовательно, разность электроотрицательностей между водородом и галогеном также уменьшается в этом ряду. Поэтому полярность связи максимальна в молекуле $HF$ и минимальна в $HI$. Ряд по уменьшению полярности: $HF > HCl > HBr > HI$.

Прочность связи зависит от длины связи, которая, в свою очередь, связана с радиусом атома галогена. Радиус атомов галогенов увеличивается сверху вниз по группе: $r(F) < r(Cl) < r(Br) < r(I)$. Соответственно, длина связи в ряду $H-F, H-Cl, H-Br, H-I$ увеличивается. Чем длиннее связь, тем она менее прочная и тем меньше энергии требуется для ее разрыва. Таким образом, прочность связи уменьшается в ряду от $HF$ к $HI$. Ряд по уменьшению прочности связи: $HF > HCl > HBr > HI$.

Ответ: В ряду $HF \rightarrow HCl \rightarrow HBr \rightarrow HI$ полярность и прочность связи уменьшаются.

3. Реакционная способность галогенов как окислителей уменьшается по группе сверху вниз: $F_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$. Это означает, что более активный галоген (расположенный выше в периодической таблице) способен вытеснять менее активный галоген (расположенный ниже) из его солей (галидов).

Рассмотрим предложенные реакции:

1) $KI + Cl_2 \rightarrow$

Хлор ($Cl_2$) расположен в группе выше, чем йод ($I_2$), и является более активным галогеном. Следовательно, хлор вытеснит йод из его соли, иодида калия. Реакция протекает.

Уравнение реакции: $2KI + Cl_2 \rightarrow 2KCl + I_2$

2) $KBr + I_2 \rightarrow$

Йод ($I_2$) расположен в группе ниже, чем бром ($Br_2$), и является менее активным галогеном. Следовательно, йод не может вытеснить бром из его соли, бромида калия. Реакция не протекает.

Ответ: Протекать будет реакция $KI + Cl_2$. Уравнение реакции: $2KI + Cl_2 \rightarrow 2KCl + I_2$.

4. Дано:

Соли: $NaClO, NaClO_2, NaClO_3, NaClO_4$.

Найти:

1. Степени окисления $Cl$ в каждой соли.

2. Соль с наибольшей массовой долей хлора ($\omega(Cl)$).

Решение:

1. Определение степеней окисления хлора. Во всех соединениях натрий имеет степень окисления +1, а кислород -2. Сумма степеней окисления в молекуле равна нулю. Обозначим степень окисления хлора за $x$.

• Для $Na\overset{+1}{Cl^x}O^{-2}$: $1 + x + (-2) = 0 \Rightarrow x = +1$
• Для $Na\overset{+1}{Cl^x}O_2^{-2}$: $1 + x + 2 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow x = +3$
• Для $Na\overset{+1}{Cl^x}O_3^{-2}$: $1 + x + 3 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow x = +5$
• Для $Na\overset{+1}{Cl^x}O_4^{-2}$: $1 + x + 4 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow x = +7$

2. Определение соли с наибольшей массовой долей хлора.

Массовая доля элемента вычисляется по формуле: $\omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)}$, где $n$ - число атомов элемента, $Ar$ - относительная атомная масса, $Mr$ - относительная молекулярная масса.

Относительные атомные массы: $Ar(Na) \approx 23$, $Ar(Cl) \approx 35.5$, $Ar(O) \approx 16$.

• $Mr(NaClO) = 23 + 35.5 + 16 = 74.5$
• $Mr(NaClO_2) = 23 + 35.5 + 2 \cdot 16 = 90.5$
• $Mr(NaClO_3) = 23 + 35.5 + 3 \cdot 16 = 106.5$
• $Mr(NaClO_4) = 23 + 35.5 + 4 \cdot 16 = 122.5$

Теперь рассчитаем массовую долю хлора в каждой соли:

• $\omega(Cl \text{ в } NaClO) = \frac{35.5}{74.5} \approx 0.4765$ или $47.65\%$
• $\omega(Cl \text{ в } NaClO_2) = \frac{35.5}{90.5} \approx 0.3923$ или $39.23\%$
• $\omega(Cl \text{ в } NaClO_3) = \frac{35.5}{106.5} \approx 0.3333$ или $33.33\%$
• $\omega(Cl \text{ в } NaClO_4) = \frac{35.5}{122.5} \approx 0.2898$ или $28.98\%$

Сравнивая полученные значения, видим, что наибольшая массовая доля хлора в гипохлорите натрия $NaClO$.

Ответ: Степени окисления хлора: в $NaClO$ +1, в $NaClO_2$ +3, в $NaClO_3$ +5, в $NaClO_4$ +7. Наибольшая массовая доля хлора в $NaClO$.

5. Осушающее вещество не должно химически взаимодействовать с осушаемым веществом.

Концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$):

Это сильный осушитель. Она не реагирует ни с хлором ($Cl_2$), ни с хлороводородом ($HCl$) в обычных условиях. Хлор и хлороводород проявляют кислотные свойства или являются инертными по отношению к кислоте-осушителю. Поэтому концентрированную серную кислоту можно применять для осушения $Cl_2$ и $HCl$.

Твердый гидроксид натрия ($NaOH$):

Это вещество основного характера.

• Хлороводород ($HCl$) является кислотой и будет реагировать с гидроксидом натрия (реакция нейтрализации): $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$. Поэтому $NaOH$ нельзя использовать для осушения $HCl$.

• Хлор ($Cl_2$) также реагирует с щелочами (реакция диспропорционирования): $Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$. Поэтому $NaOH$ нельзя использовать для осушения $Cl_2$.

Ответ: Концентрированную серную кислоту применять для осушения хлора и хлороводорода можно. Твердый гидроксид натрия применять нельзя, так как он вступает в химическую реакцию с обоими веществами.