неорганическая химия 9 класс

Открытие халькогенов

Что Вам известно о халькогенах из курса химии 8-го класса? Что нового Вы узнали об этих элементах и их соединениях в этом учебном году?

Главную подгруппу VI группы образуют кислород, сера, селен, теллур и полоний. Часто их объединяют общим назва­нием халькогены.

В главной подгруппе VI группы эти элементы оказались не случайно: на внешнем электронном слое атомов халькогенов находятся шесть электронов. Положение элементов в пери­одах определяется числом электронных слоев в атомах: в ато­ме кислорода два электронных слоя — химический элемент «кислород» находится во втором периоде; три электронных слоя в атоме серы определяет положение химического эле­мента «сера» в третьем периоде.

Сколько электронных слоев в атомах се­лена, теллура и полония? Объясните, как Вы это узнали.

Сравним электронное строение атомов галогенов и халькогенов, например фтора и кислорода (рис. 66).

Чтобы оторвать от атома фтора один электрон, нужно затратить энергии на 30% больше, чем на от­рыв одного электрона от атома кис­лорода.

Радиус атома кислорода немного боль­ше радиуса атома фтора, а на внешнем электронном слое атома кислорода на один электрон меньше по сравнению с внешним электронным слоем атома фтора. Увеличение расстояния между взаимодей­ствующими зарядами с одновременным уменьшением их вели­чины приводит к тому, что электроны внешнего слоя атома кис­лорода не так прочно связаны с ядром, как в атоме фтора.

Исходя из этого, можно предположить, что элементы глав­ной подгруппы VI группы будут не такими активными неме­таллами, как галогены. Подтверждение этому мы находим в природных соединениях элементов подгруппы кислорода (рис. 67 и 68).

Рис. 67. Простое вещество сера часто встречается в природе в виде красивых желтых кристаллов. Она из­вестна людям с древнейших времен

Рис. 68. Самолеты летают в небе, а точнее — в атмосфере Земли. В этой газовой смеси около 21 % приходится на простое вещество кислород

Определите степени окисления кислорода и серы в простых веществах, которые встречаются в природе.

Различие в активности элементов главных подгрупп VI и VII групп периодической системы проявляется в первую оче­редь в их химических свойствах.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ОПЫТ 26

Налейте в пробирку 2 мл раствора сульфида натрия и добавляйте по каплям хлорную воду до тех пор, пока не заметите признаков хими­ческой реакции. Запишите их в тетрадь, составьте химическое урав­нение наблюдаемого явления и расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

Через 5-10 минут рассмотрите содержимое пробирки. Наблюда­ется ли растворение серы? Обратима ли реакция между раствором сульфида натрия и хлорной водой?

То, что галогены — более сильные окислители по сравне­нию с элементами главной подгруппы VI группы, подтвержда­ется и реакциями между простыми веществами, образованны­ми элементами разных групп:

S + С1₂ → SCl₆

С помощью метода электронного баланса расставьте коэффициенты в схеме реак­ции хлора с серой. Назовите окислитель и восстановитель.

И все же для элементов подгруппы кислорода, ядра атомов которых имеют небольшие заряды (кислород, сера), харак­терны окислительные свойства.

Взрывы дирижаблей, унесшие жизни сотен людей, по­служили причиной отказа от этого вида воздушного транс­порта. На рис. 69 запечатлен взрыв водорода, когда дири­жабль находился у причальной мачты.

Составьте уравнение этой разрушитель­ной окислительно-восстановительной реакции и назовите вещество, которое явля­ется окислителем.

Рис. 69. Взрыв дирижабля

С водородом вступает в химическую реакцию и сера. Но, поскольку в атоме серы больше электронных слоев, чем в ато­ме кислорода, окислительные свойства се­ры выражены слабее по сравнению с кис­лородом. Это проявляется в условиях и признаках реакции серы с водородом: ре­акция идет при нагревании, а пары серы не образуют с водородом взрывоопасных смесей:

H₂ + S = H₂S

Образующееся в результате реакции водородное соединение серы — сероводо­род — растворяется в воде, но его растворимость значительно ниже по сравнению с хлороводородом. Растворение сероводорода в воде сопровож­дается диссоциацией, которую легко обнаружить с помощью индикатора:

H₂S ↔ 2H⁺ + S^2-

Как с помощью индикатора доказать, что сероводород в воде диссоциирует?

Какая из двух кислот — соляная или серо­водородная — сильнее? Дайте объяснение исходя из строения атомов хлора и серы.

Сравним условия взаимодействия кислорода и серы с ка­ким-нибудь металлом, например, с железом.

4Fe + ЗО₂ = 2Fe₂O₃ Fe + S = FeS

Реакция протекает Для начала реакции

при обычных условиях смесь нужно нагреть

Таким образом, с увеличением заряда атомного ядра халькогена окислительные свойства простого вещества ослабева­ют, а восстановительные свойства усиливаются.

Какими свойствами обладают бинарные соединения важ­нейших элементов главной подгруппы VI группы?

Рис. 70. Минеральный источник. Сероводород — ядо­витый газ, но минеральные воды с небольшим количест­вом этого вещества полезны для человека.

Со свойствами воды и оксидов Вы уже достаточ­но хорошо знакомы, поэтому основное внимание обратим на сульфиды.

Опишите физические свойства сероводо­рода (рис. 70).

На некоторых химических производствах серо­водород образуется как побочный продукт в больших количе­ствах. Высокая токсичность этого газа ставит проблему свое­временного обнаружения его в воздухе. Для этой цели ис­пользуют раствор нитрата свинца, из которого под действием сероводорода выпадает черный осадок сульфида свинца:

Pb(NO₃)₂ + H₂S = PbS + 2HNO₃.

Составьте уравнение этой реакции в со­кращенном ионном виде.

Уравнение реакции в сокращенном ионном виде наводит на мысль о том, что раствор нитрата свинца можно использовать для обнаружения в растворе не только серо­водорода, но и солей сероводородной кислоты. Проверим догадку опытным путем.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ОПЫТ 27

Налейте в пробирку 2 мл раствора сульфида натрия и добавьте к нему 1-2 капли раствора нитрата свинца (осторожно, это соединение ядовито!). Запишите свои наблюдения.

Повторите опыт, заменив раствор сульфида натрия раствором сульфида калия.

С помощью одного уравнения химической реакции опишите Ваши наблюдения (в каком виде должно быть составлено химическое урав­нение?).

Сульфиды широко распространены в природе (рис. 71). Они используются для получения других соединений серы и для получения металлов.

Рис. 71. На фотографии Вы видите природные сульфиды металлов: а) галенит PbS, б) сфалерит ZnS, в) пирит FeS₂

 ИТАК, уменьшение числа электронов на внешнем элек­тронном слое и увеличение размеров атомов элементов, рас­положенных в главной подгруппе VI группы, по сравнению с
галогенами тех же периодов приводит к ослаблению окисли­тельных свойств и усилению восстановительных свойств про­стых веществ (рис. 72).