Номер 4, страница 48 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 3. Галогены. Параграф 12. Характеристика галогенов. Подумай, ответь, выполни... - номер 4, страница 48.

Условие.

4. Охарактеризуйте способы получения галогенов. Какие из галогенов труднее, а какие легче выделить в свободном состоянии?

Решение.

Решение 2.

Решение

Галогены — это химически активные неметаллы, поэтому в свободном виде в природе они не встречаются. Их получают из природных соединений — галогенидов. Общий принцип получения галогенов заключается в окислении галогенид-ионов ($X^-$), однако для каждого галогена существуют свои особенности, обусловленные их различной химической активностью.

Способы получения галогенов

1. Фтор ($F_2$)

Фтор — самый электроотрицательный элемент и сильнейший из всех известных окислителей. Из-за этого для его получения невозможно применить химические методы (не существует более сильного окислителя). Единственным промышленным способом получения фтора является электролиз расплава кислого фторида калия $KHF_2$ в безводном фтороводороде $HF$.

Процессы на электродах:

Катод (-): $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$

Анод (+): $2F^- - 2e^- \rightarrow F_2 \uparrow$

Суммарное уравнение реакции:

$2KHF_2 \xrightarrow{\text{электролиз}} 2KF + H_2 \uparrow + F_2 \uparrow$

Процесс технологически сложен и опасен из-за высокой агрессивности и токсичности фтора и фтороводорода.

2. Хлор ($Cl_2$)

В промышленности хлор получают преимущественно электролизом водных растворов хлорида натрия ($NaCl$) или хлорида калия ($KCl$).

Процессы на электродах при электролизе раствора $NaCl$ :

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Катод (-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

Суммарное уравнение реакции:

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

В лабораторных условиях хлор получают действием сильных окислителей (например, $MnO_2, KMnO_4$) на концентрированную соляную кислоту.

$MnO_2 + 4HCl_{\text{конц.}} \xrightarrow{t} MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

$2KMnO_4 + 16HCl_{\text{конц.}} \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 \uparrow + 8H_2O$

3. Бром ($Br_2$) и Йод ($I_2$)

Промышленное получение брома и йода основано на вытеснении их из растворов природных бромидов и иодидов (например, из морской воды или буровых вод) более активным галогеном — хлором.

$2Br^- + Cl_2 \rightarrow 2Cl^- + Br_2$

$2I^- + Cl_2 \rightarrow 2Cl^- + I_2$

В лаборатории бром и йод можно получить аналогично хлору, окисляя их соли (бромиды и иодиды) в кислой среде сильными окислителями.

$2KBr + MnO_2 + 2H_2SO_4 \xrightarrow{t} K_2SO_4 + MnSO_4 + Br_2 + 2H_2O$

Ответ: Основными способами получения галогенов являются электролиз расплавов или растворов их солей (для фтора и хлора) и химическое окисление галогенидов более активными галогенами или другими сильными окислителями (для хлора, брома и йода).

Какие из галогенов труднее, а какие легче выделить в свободном состоянии?

Легкость выделения галогена из его соединений (галогенидов) напрямую связана с его окислительной активностью, которая является мерой способности атома принимать электроны. В группе галогенов окислительная активность уменьшается сверху вниз:

$F_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$

Соответственно, способность галогенид-ионов отдавать электроны (т.е. быть восстановителями) возрастает в обратном порядке:

$F^- < Cl^- < Br^- < I^-$

Исходя из этого:

Труднее всего выделить в свободном состоянии фтор. Фторид-ион ($F^-$) является самым слабым восстановителем среди галогенид-ионов и обладает исключительной устойчивостью. Для его окисления до $F_2$ требуется применение самого мощного из доступных методов — электролиза, так как не существует химического реагента-окислителя, способного на это.

Легче всего выделить в свободном состоянии йод. Иодид-ион ($I^-$) — самый сильный восстановитель в этом ряду. Он легко окисляется до свободного йода $I_2$ не только более активными галогенами (хлором, бромом), но и многими другими, менее сильными окислителями (например, ионами $Fe^{3+}$, пероксидом водорода $H_2O_2$, азотной кислотой $HNO_3$).

Таким образом, сложность выделения галогенов в свободном состоянии уменьшается в ряду: Фтор > Хлор > Бром > Йод.

Ответ: Труднее всего выделить в свободном состоянии фтор ($F_2$) из-за его высочайшей окислительной способности и, как следствие, очень низкой восстановительной способности фторид-иона. Легче всего выделить йод ($I_2$), так как иодид-ион является сильным восстановителем и легко окисляется до свободного йода даже сравнительно слабыми окислителями.