Номер 5, страница 67 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

5. Охарактеризуйте химические свойства галогенов.

Галогены — это химические элементы 17-й группы периодической таблицы Д.И. Менделеева. К ним относятся фтор ($F$), хлор ($Cl$), бром ($Br$), иод ($I$) и астат ($At$). В свободном состоянии существуют в виде двухатомных молекул ($F_2, Cl_2, Br_2, I_2$). Галогены являются типичными неметаллами и одними из самых сильных окислителей.

1. Общая характеристика и окислительная активность

На внешнем электронном слое атомы галогенов имеют 7 электронов (электронная конфигурация $ns^2np^5$). Для завершения внешнего слоя до стабильного октета им не хватает одного электрона, поэтому они проявляют высокую склонность к его присоединению, образуя отрицательно заряженные ионы — галидиды ($X^−$). Это и определяет их сильные окислительные свойства.

Окислительная активность галогенов уменьшается в группе сверху вниз, с увеличением атомного радиуса и уменьшением электроотрицательности:

$F_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$

Фтор — самый электроотрицательный элемент и сильнейший окислитель из всех известных химических элементов.

2. Взаимодействие с простыми веществами (металлами и неметаллами)

С металлами: Галогены реагируют с большинством металлов, образуя соли — галогениды. Активность реакции снижается от фтора к иоду. Фтор реагирует со всеми металлами, часто со взрывом. Хлор и бром реагируют со многими металлами при нагревании, иод — с наиболее активными металлами.

Примеры реакций:

$2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$ (хлорид натрия)

$Mg + Br_2 \rightarrow MgBr_2$ (бромид магния)

С металлами, имеющими переменную степень окисления, более сильные окислители (фтор, хлор) переводят металл в высшую степень окисления, а более слабые (бром, иод) — в низшую.

$2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$ (хлор окисляет железо до $+3$)

$Fe + I_2 \xrightarrow{t} FeI_2$ (иод окисляет железо до $+2$)

С неметаллами: Галогены взаимодействуют со многими неметаллами, такими как водород, фосфор, сера, кремний. Они не реагируют непосредственно с кислородом, азотом и инертными газами (кроме фтора, который может образовывать соединения с тяжелыми инертными газами).

Реакции с водородом приводят к образованию галогеноводородов ($HX$). Активность реакции падает от фтора к иоду:

$H_2 + F_2 \rightarrow 2HF$ (реакция протекает со взрывом даже в темноте и при низких температурах)

$H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$ (реакция протекает со взрывом на свету по цепному механизму)

$H_2 + Br_2 \xrightarrow{t} 2HBr$ (реакция идет при нагревании)

$H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI$ (реакция обратима и идет при сильном нагревании)

Реакции с фосфором:

$2P + 3Cl_2 \rightarrow 2PCl_3$ (в избытке фосфора)

$2P + 5Cl_2 \rightarrow 2PCl_5$ (в избытке хлора)

3. Взаимодействие со сложными веществами

С водой: Характер взаимодействия зависит от галогена. Фтор, как сильнейший окислитель, окисляет воду с выделением кислорода:

$2F_2 + 2H_2O \rightarrow 4HF + O_2$

Хлор, бром и иод в реакции с водой вступают в обратимую реакцию диспропорционирования, образуя две кислоты:

$Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO$ (соляная и хлорноватистая кислоты)

$Br_2 + H_2O \rightleftharpoons HBr + HBrO$ (бромоводородная и бромноватистая кислоты)

Равновесие в этих реакциях смещено влево, особенно сильно в случае с иодом.

Со щелочами: Реакции также являются реакциями диспропорционирования (кроме фтора). Состав продуктов зависит от температуры.

На холоде:

$Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$ (образуется гипохлорит натрия)

При нагревании:

$3Cl_2 + 6NaOH \xrightarrow{t} 5NaCl + NaClO_3 + 3H_2O$ (образуется хлорат натрия)

Фтор окисляет гидроксид-ионы:

$2F_2 + 2NaOH_{разб.} \rightarrow 2NaF + OF_2 + H_2O$

4. Взаимовытеснение галогенов

Более активный галоген (расположенный выше в группе) способен вытеснять менее активный (расположенный ниже) из водных растворов его солей (галогенидов).

$Cl_2 + 2KBr \rightarrow 2KCl + Br_2$

$Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$

$Br_2 + 2KI \rightarrow 2KBr + I_2$

Обратные реакции не идут. Например:

$I_2 + 2KCl \rightarrow$ реакция не идет.

Фтор в водном растворе не вытесняет другие галогены, так как он в первую очередь бурно реагирует с водой.

Ответ:

Химические свойства галогенов определяются их высокой окислительной активностью, которая уменьшается в ряду от фтора к иоду. Они взаимодействуют с большинством металлов и многими неметаллами, образуя галогениды. Для хлора, брома и иода характерны реакции диспропорционирования с водой и щелочами. Каждый вышестоящий галоген в периодической таблице способен вытеснять нижестоящие из растворов их солей.