Страница 51 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. Сила кислот в ряду $HF$, $HCl$, $HBr$, $HI$ _____

так как _____

3. Сила кислот в ряду HF, HCl, HBr, HI увеличивается, так как с увеличением радиуса атома галогена и, как следствие, длины связи H–галоген, уменьшается ее прочность, что облегчает диссоциацию кислоты.

Решение

Сила бескислородных кислот, образованных элементами одной подгруппы (в данном случае, галогенами), определяется главным образом прочностью связи между атомом водорода и атомом элемента.

1. Положение элементов в периодической системе. Фтор (F), хлор (Cl), бром (Br) и йод (I) являются элементами VIIA группы. При движении по группе сверху вниз их атомный радиус закономерно увеличивается: $r(F) < r(Cl) < r(Br) < r(I)$.

2. Длина и прочность связи. С увеличением радиуса атома галогена растет и длина ковалентной связи в молекуле галогеноводорода. Чем длиннее связь, тем она менее прочная, и тем меньше энергии необходимо затратить на ее разрыв. Таким образом, прочность связи в ряду HF, HCl, HBr, HI уменьшается.

$E_{связи}(H–F) > E_{связи}(H–Cl) > E_{связи}(H–Br) > E_{связи}(H–I)$

3. Диссоциация и сила кислоты. Сила кислоты характеризуется ее способностью к диссоциации в водном растворе, то есть к отщеплению протона ($H^+$). Процесс диссоциации можно записать как:

$HX \rightleftharpoons H^+ + X^-$

Чем слабее связь H–X, тем легче она разрывается, тем выше степень диссоциации и, следовательно, тем сильнее кислота.

Поскольку связь H–I является самой длинной и самой слабой, йодоводородная кислота (HI) является самой сильной в представленном ряду. Напротив, связь H–F — самая короткая и прочная, что делает плавиковую кислоту (HF) самой слабой в этом ряду (она является кислотой средней силы, в то время как остальные — сильные).

Таким образом, кислотные свойства в ряду галогеноводородов усиливаются сверху вниз по группе.

Ответ: Сила кислот в ряду HF, HCl, HBr, HI увеличивается, так как с ростом радиуса атома галогена от F к I увеличивается длина связи H–галоген, ее прочность уменьшается, что облегчает диссоциацию кислоты с отщеплением протона $H^+$.

4. Получение соляной кислоты:

а) в промышленности

б) в лаборатории

а) в промышленности Основным промышленным методом получения соляной кислоты является прямой синтез из элементов — водорода и хлора. Водород ($H_2$) и хлор ($Cl_2$) обычно получают как побочные продукты в крупнотоннажном процессе электролиза водного раствора хлорида натрия. Синтез хлороводорода ($HCl$) проводят в специальных печах, сжигая струю водорода в атмосфере хлора. Реакция является цепной, экзотермической и инициируется светом или нагреванием. Уравнение реакции:
$H_2(г) + Cl_2(г) \rightarrow 2HCl(г)$
Полученный газообразный хлороводород затем охлаждается и поступает в абсорбционные башни, где он поглощается водой. В результате этого процесса, который также является экзотермическим, образуется водный раствор — соляная кислота. Этот метод позволяет получать продукт высокой чистоты.
Ответ: В промышленности соляную кислоту получают синтезом из водорода и хлора с последующим растворением газообразного хлороводорода в воде.

б) в лаборатории В лабораторных условиях для получения хлороводорода (из которого затем готовят соляную кислоту) используют реакцию обмена между твёрдым хлоридом натрия ($NaCl$) и концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$) при слабом нагревании. Метод основан на свойстве серной кислоты как сильной и нелетучей кислоты вытеснять летучие кислоты (в данном случае хлороводородную) из их солей. Реакция протекает в две стадии, но в лаборатории обычно проводят первую, не требующую сильного нагрева:
$NaCl(тв) + H_2SO_4(конц) \xrightarrow{t} NaHSO_4(тв) + HCl(г)\uparrow$
Выделившийся газообразный хлороводород является бесцветным газом с резким запахом, который тяжелее воздуха. Его собирают и растворяют в воде. Из-за очень высокой растворимости $HCl$ в воде для его растворения необходимо использовать специальную технику (например, воронку, краем касающуюся поверхности воды) для предотвращения "всасывания" воды в реакционный сосуд.
Ответ: В лаборатории соляную кислоту получают действием концентрированной серной кислоты на хлорид натрия при нагревании и последующим растворением выделившегося газа (хлороводорода) в воде.

5. Растворы галогеноводородов проявляют свойства, типичные для кислот. Напишите в молекулярной и ионной форме уравнения реакций растворов галогеноводородов:

1) с металлами:

2) с основными и амфотерными оксидами:

a)

б)

3) с основаниями и амфотерными гидроксидами:

a)

б)

4) с солями с образованием газа ($\uparrow$) или осадка ($\downarrow$):

a)

б)

5) HF взаимодействует с $SiO_2$:

1) с металлами:

Галогеноводородные кислоты реагируют с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений левее водорода. В результате реакции образуется соль и выделяется газообразный водород. В качестве примера рассмотрим реакцию соляной кислоты с цинком.

Молекулярное уравнение:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение:

$Zn^0 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + H_2^0 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Ответ: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$; $Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$.

2) с основными и амфотерными оксидами:

а) Реакция с основным оксидом. Галогеноводородные кислоты реагируют с основными оксидами с образованием соли и воды. Пример: взаимодействие оксида меди(II) с соляной кислотой.

Молекулярное уравнение:

$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$CuO + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Cu^{2+} + 2Cl^- + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$

Ответ: $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$; $CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$.

б) Реакция с амфотерным оксидом. Амфотерные оксиды реагируют с сильными кислотами с образованием соли и воды. Пример: взаимодействие оксида цинка с бромоводородной кислотой.

Молекулярное уравнение:

$ZnO + 2HBr \rightarrow ZnBr_2 + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$ZnO + 2H^+ + 2Br^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Br^- + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$ZnO + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2O$

Ответ: $ZnO + 2HBr \rightarrow ZnBr_2 + H_2O$; $ZnO + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2O$.

3) с основаниями и амфотерными гидроксидами:

а) Реакция с основанием (реакция нейтрализации). Кислоты реагируют с основаниями с образованием соли и воды. Пример: взаимодействие 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:

$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Ответ: $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$; $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$.

б) Реакция с амфотерным гидроксидом. Амфотерные гидроксиды, проявляя основные свойства, реагируют с кислотами. Пример: взаимодействие гидроксида алюминия с соляной кислотой.

Молекулярное уравнение:

$Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$

Полное ионное уравнение:

$Al(OH)_3 \downarrow + 3H^+ + 3Cl^- \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^- + 3H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$Al(OH)_3 \downarrow + 3H^+ \rightarrow Al^{3+} + 3H_2O$

Ответ: $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$; $Al(OH)_3 \downarrow + 3H^+ \rightarrow Al^{3+} + 3H_2O$.

4) с солями с образованием газа (↑) или осадка (↓):

а) Реакция с солью с образованием газа. Происходит, если в результате реакции образуется летучее соединение (например, $CO_2$, $SO_2$, $H_2S$). Пример: взаимодействие соляной кислоты с карбонатом натрия.

Молекулярное уравнение:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение:

$2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + H_2O + CO_2 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$; $CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$.

б) Реакция с солью с образованием осадка. Происходит, если один из продуктов реакции является нерастворимым веществом. Пример: взаимодействие соляной кислоты с нитратом серебра (качественная реакция на хлорид-ион).

Молекулярное уравнение:

$HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + HNO_3$

Полное ионное уравнение:

$H^+ + Cl^- + Ag^+ + NO_3^- \rightarrow AgCl \downarrow + H^+ + NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

Ответ: $HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + HNO_3$; $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$.

5) HF взаимодействует с SiO₂:

Фтороводородная (плавиковая) кислота обладает уникальным свойством реагировать с оксидом кремния(IV), который является основным компонентом стекла. Эта реакция лежит в основе процесса травления стекла.

Молекулярное уравнение:

$SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4 \uparrow + 2H_2O$

Ионные уравнения для этой реакции обычно не составляют, так как $SiO_2$ – твердое вещество с ковалентной кристаллической решеткой, $HF$ – слабая кислота, а $SiF_4$ – газ.

Ответ: $SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4 \uparrow + 2H_2O$.