Номер 5, страница 71 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

5. Дайте сравнительную характеристику галогеноводородных кислот. Укажите черты сходства и различия. Сравнение химических свойств проиллюстрируйте уравнениями химических реакций в молекулярной и ионной формах.

Галогеноводородные кислоты — это водные растворы соединений водорода с галогенами (фтором, хлором, бромом, иодом). К ним относятся плавиковая (фтороводородная) кислота $HF$, соляная (хлороводородная) кислота $HCl$, бромоводородная кислота $HBr$ и иодоводородная кислота $HI$.

Черты сходства

Все галогеноводородные кислоты проявляют общие кислотные свойства, так как в водных растворах они диссоциируют с образованием катионов водорода $H^+$. Они реагируют с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, с основными и амфотерными оксидами, с основаниями и солями более слабых кислот.

Пример 1: Взаимодействие с основаниями (реакция нейтрализации).

Все галогеноводородные кислоты реагируют с основаниями, образуя соль и воду. Возьмем для примера реакцию соляной кислоты с гидроксидом натрия:

• Молекулярное уравнение: $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$
• Полное ионное уравнение: $H^+ + Cl^- + Na^+ + OH^- \rightarrow Na^+ + Cl^- + H_2O$
• Сокращенное ионное уравнение: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Пример 2: Взаимодействие с основными оксидами.

Все кислоты реагируют с основными оксидами с образованием соли и воды. Пример с бромоводородной кислотой и оксидом кальция:

• Молекулярное уравнение: $2HBr + CaO \rightarrow CaBr_2 + H_2O$
• Полное ионное уравнение: $2H^+ + 2Br^- + CaO \rightarrow Ca^{2+} + 2Br^- + H_2O$
• Сокращенное ионное уравнение: $2H^+ + CaO \rightarrow Ca^{2+} + H_2O$

Пример 3: Взаимодействие с металлами.

Сильные кислоты ($HCl, HBr, HI$) реагируют с металлами, стоящими левее водорода в электрохимическом ряду напряжений. Пример с соляной кислотой и цинком:

• Молекулярное уравнение: $2HCl + Zn \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$
• Полное ионное уравнение: $2H^+ + 2Cl^- + Zn^0 \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + H_2^0 \uparrow$
• Сокращенное ионное уравнение: $2H^+ + Zn^0 \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Ответ: Общие свойства галогеноводородных кислот обусловлены их способностью диссоциировать в воде с образованием ионов водорода, что позволяет им вступать в типичные для кислот реакции: с основаниями, основными оксидами, активными металлами и солями слабых кислот.

Черты различия

Различия в свойствах галогеноводородных кислот обусловлены изменением свойств галогенов в группе сверху вниз: увеличением радиуса атома и уменьшением электроотрицательности.

1. Сила кислот

Сила кислот в ряду $HF - HCl - HBr - HI$ возрастает. Это связано с уменьшением энергии связи $H-Hal$ по мере увеличения радиуса галогена, что облегчает диссоциацию молекулы в водном растворе.

• $HF$ (плавиковая кислота) – слабая кислота, диссоциирует обратимо: $HF \rightleftharpoons H^+ + F^-$
• $HCl, HBr, HI$ – сильные кислоты, в разбавленных растворах диссоциируют практически полностью.

2. Восстановительные свойства

Восстановительная активность галогенид-ионов ($Cl^-, Br^-, I^-$) возрастает в ряду $Cl^- < Br^- < I^-$ (ион $F^-$ восстановительных свойств в растворах не проявляет). Это объясняется увеличением радиуса иона и, как следствие, ослаблением связи внешних электронов с ядром.

• Соляная кислота ($HCl$) проявляет восстановительные свойства только при реакции с очень сильными окислителями, например, с перманганатом калия:
  • Молекулярное уравнение: $16HCl_{конц.} + 2KMnO_4 \rightarrow 2MnCl_2 + 5Cl_2 \uparrow + 2KCl + 8H_2O$
  • Сокращенное ионное уравнение: $10Cl^- + 2MnO_4^- + 16H^+ \rightarrow 5Cl_2 \uparrow + 2Mn^{2+} + 8H_2O$
• Бромоводородная кислота ($HBr$) является более сильным восстановителем и может окисляться, например, концентрированной серной кислотой:
  • Молекулярное уравнение: $2HBr + H_2SO_4 (конц.) \rightarrow Br_2 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$
  • Сокращенное ионное уравнение: $2Br^- + SO_4^{2-} + 4H^+ \rightarrow Br_2 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$
• Иодоводородная кислота ($HI$) – самый сильный восстановитель в этом ряду. Она окисляется даже кислородом воздуха и более глубоко восстанавливает концентрированную серную кислоту (до сероводорода):
  • Молекулярное уравнение: $8HI + H_2SO_4 (конц.) \rightarrow 4I_2 + H_2S \uparrow + 4H_2O$
  • Сокращенное ионное уравнение: $8I^- + SO_4^{2-} + 10H^+ \rightarrow 4I_2 + H_2S \uparrow + 4H_2O$

3. Особые свойства плавиковой кислоты ($HF$)

Плавиковая кислота обладает уникальной способностью реагировать с диоксидом кремния ($SiO_2$) и силикатами, что используется для травления стекла. Другие галогеноводородные кислоты этим свойством не обладают.

• Молекулярное уравнение: $SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4 \uparrow + 2H_2O$
• Эта реакция не имеет ионной формы, так как $SiO_2$ – твердое вещество с атомной кристаллической решеткой, а $HF$ – слабая кислота.

4. Качественные реакции на галогенид-ионы

Различия проявляются в реакциях с нитратом серебра ($AgNO_3$).

• $HCl$ образует белый творожистый осадок $AgCl$:
  • Молекулярное: $HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + HNO_3$
  • Сокращенное ионное: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$
• $HBr$ образует бледно-желтый осадок $AgBr$:
  • Молекулярное: $HBr + AgNO_3 \rightarrow AgBr \downarrow + HNO_3$
  • Сокращенное ионное: $Ag^+ + Br^- \rightarrow AgBr \downarrow$
• $HI$ образует желтый осадок $AgI$:
  • Молекулярное: $HI + AgNO_3 \rightarrow AgI \downarrow + HNO_3$
  • Сокращенное ионное: $Ag^+ + I^- \rightarrow AgI \downarrow$
• $HF$ с нитратом серебра осадка не дает, так как фторид серебра ($AgF$) растворим в воде.

Ответ: Различия между галогеноводородными кислотами заключаются в их силе (возрастает от $HF$ к $HI$), в восстановительной способности их анионов (возрастает от $Cl^-$ к $I^-$), в особых свойствах плавиковой кислоты (реакция со стеклом) и в результатах качественных реакций с ионами серебра (разные цвета осадков и растворимость $AgF$).