Номер 4, страница 136 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

4. Приведите примеры природных веществ, в которых неметаллы находятся в отрицательных, нулевой и положительных степенях окисления. Какие способы — физические или химические — лежат в основе получения каждого из этих неметаллов в чистом виде?

Неметаллы в отрицательной степени окисления

В природе неметаллы часто встречаются в соединениях, где они проявляют отрицательную степень окисления. В качестве примера можно привести:

• Хлор в степени окисления -1 в составе хлорида натрия ($NaCl$) – основной компонент морской воды и минерала галита (каменная соль).

• Сера в степени окисления -2 в составе сероводорода ($H_2S$), который содержится в природном газе, вулканических газах и является продуктом гниения органических веществ.

• Азот в степени окисления -3 в составе аммиака ($NH_3$), который образуется в природе при разложении органических остатков.

Для получения таких неметаллов в чистом виде из их природных соединений используются химические способы, так как необходимо разорвать химические связи и изменить степень окисления элемента. Например, хлор получают электролизом водного раствора или расплава хлорида натрия:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$

Серу из сероводорода получают в ходе процесса Клауса, который представляет собой химический процесс каталитического окисления:

$2H_2S + SO_2 \xrightarrow{катализатор, t} 3S + 2H_2O$

Ответ: Примеры: хлор в NaCl, сера в H₂S. Для их получения в чистом виде применяют химические методы, основанные на окислительно-восстановительных реакциях (электролиз, каталитическое окисление).

Неметаллы в нулевой степени окисления

Некоторые неметаллы встречаются в природе в свободном, самородном виде, то есть их степень окисления равна нулю. Примеры:

• Азот ($N_2$), кислород ($O_2$) и инертные газы (Ar, Ne и др.) являются основными компонентами атмосферного воздуха.

• Самородная сера ($S$) образует крупные месторождения.

• Углерод ($C$) встречается в виде минералов алмаза и графита.

Поскольку эти вещества уже находятся в простом виде, для их выделения и очистки применяются физические методы, основанные на различиях в физических свойствах (температуре кипения, плотности, растворимости).

Например, азот и кислород получают фракционной перегонкой (ректификацией) сжиженного воздуха. Этот метод основан на разнице их температур кипения.

Самородную серу из подземных залежей добывают методом Фраша — выплавкой перегретой водой и вытеснением расплава на поверхность сжатым воздухом. Это также физический процесс.

Алмаз и графит добывают из горных пород механическими способами (добыча, обогащение).

Ответ: Примеры: азот и кислород в воздухе, самородная сера. Для их получения в чистом виде применяют физические методы (ректификация сжиженного воздуха, выплавка, добыча).

Неметаллы в положительной степени окисления

В природе неметаллы также широко распространены в соединениях, где они связаны с более электроотрицательными элементами (чаще всего с кислородом) и имеют положительную степень окисления. Примеры:

• Кремний в степени окисления +4 в составе диоксида кремния ($SiO_2$) — минерала кварца, который является основой песка.

• Фосфор в степени окисления +5 в составе фосфатов, например, фосфата кальция $Ca_3(PO_4)_2$ в минералах апатите и фосфорите.

• Сера в степени окисления +6 в составе сульфатов, например, гипса $CaSO_4 \cdot 2H_2O$.

Для получения неметаллов из этих соединений необходимо провести их восстановление, то есть понизить положительную степень окисления до нуля. Это достигается с помощью химических методов.

Например, кремний получают, восстанавливая его из диоксида кремния ($SiO_2$) углем (коксом) в электродуговых печах при высокой температуре:

$SiO_2 + 2C \xrightarrow{1800-2000 ^\circ C} Si + 2CO\uparrow$

Фосфор получают из фосфата кальция также путем восстановления коксом в присутствии песка ($SiO_2$):

$2Ca_3(PO_4)_2 + 6SiO_2 + 10C \xrightarrow{1500 ^\circ C} 6CaSiO_3 + P_4\uparrow + 10CO\uparrow$

Ответ: Примеры: кремний в SiO₂, фосфор в Ca₃(PO₄)₂. Для их получения в чистом виде применяют химические методы, как правило, высокотемпературное восстановление из их оксидов или солей.