Совершенствование управления инновационной деятельностью. Инновационные технологии как объект совершенствования управления предприятием на примере смЗ. · организационную культуру фирмы, а также межличностные отношения между работниками, администрацией и о

>> Химия: Получение галогенов. Биологическое значение и применение галогенов и их соединений

Получение галогенов . Фтор и хлор получают электролизом расплавов или растворов их солей. Например, процесс элек-| тролиза расплава хлорида натрия можно отразить уравнением:

Но если водород можно получить другими, более удобными и дешевыми способами, например из природного газа, то гидроксид натрия получают почти исключительно электролизом раствора поваренной соли , как и хлор.

Бром и иод получают в промышленности по реакции вытеснения их соответственно из бромидов и иодидов.

Биологическое значение галогенов. Их применение. Вы не могли не обратить внимание, что на этикетках многих марок зубных паст указывается на содержание в них фтора - конечно, не свободного, а его соединений. Благодаря этому важному компоненту, участвующему в построении зубной эмали и костей, предотвращается такое заболевание, как кариес зубов . Кроме того, фтор является необходимым элементом в процессах обмена веществ в железах, мышцах и нервных клетках.

Важное значение имеет фтор и в промышленном производстве, где основные потребители его - ядерная промышленность и электротехника. Его соединение Nа3АlF6 (как оно называется?) используется для производства алюминия. А в быту все более широкое применение находит тефлоновая посуда, название которой дано по фторсодержащей пластмассе - тефлону.

Хлор - один из химических элементов, без которых немыслимо существование живых организмов. Основная форма его. поступления в организм - это хлорид натрия. Он стимулирует обмен веществ, рост волос, придает бодрость и силу. Больше всего NаСl содержится в плазме крови.

Особую роль в пищеварении играет соляная кислота НС1, которая входит в состав желудочного сока. Без 0,2%-ной НСl практически прекращается процесс переваривания пищи. И хотя почти все пищевые продукты содержат некоторое количество поваренной соли, человек вынужден добавлять к пище ежедневно около 20 г соли.

По масштабам промышленного применения хлор намного превосходит все галогены . Хлор и его соединения необходимы для отбеливания льняных и хлопчатобумажных тканей, бумаги и т. д. Особенно много его расходуется в органическом синтезе для производства пластмасс, каучуков, красителей и растворителей (рис. 20).

Многие хлорсодержащие соединения используют для борьбы с вредителями сельского хозяйства. В больших количествах хлор потребляется для обеззараживания питьевой воды, правда, далеко не без отрицательных последствий (какое вещество безопаснее применять для этой цели?). В цветной металлургии методом хлорирования руд извлекают из них некоторые металлы (титан, ниобий, тантал). Хлор нашел применение и в военных целях в качестве боевого отравляющего средства. Позднее он был заменен другими, более эффективными хлорсодержащими отравляющими веществами, например фосгеном СОСl2.

Хлор содержится в очень опасном для жизни и здоровья веществе - диоксине. Соединения хлора - одна из причин разрушения озонового слоя Земли.

Еще один галоген - бром также весьма важен для организма человека. Соединения этого элемента регулируют процессы возбуждения и торможения центральной нервной системы, поэтому для лечения нервных болезней (бессонницы, истерии, неврастении и т. д.) врачи прописывают «бром» - бромсодер-жащие препараты.

Бром активно накапливают некоторые растения, и в том числе морские водоросли . Именно в море сосредоточена большая часть брома на нашей планете, и море служит главным поставщиком брома. Подсчитано, что ежегодно вместе с морской водой в воздух переходит около 4 млн т брома. Понятно, что содержание его в воздухе приморских районов всегда больше, чем в районах, далеких от моря. Это одна из причин, почему так полезно дышать морским воздухом.

Не менее важную роль бром, а точнее, бромид серебра АgВr играет в фотографии. Те, кто занимается фотографией, вероятно, сразу же вспомнят названия сортов фотобумаги - «Уни-бром», «Бромпортрет» и др. Фотобумага содержит нанесенный на нее с помощью желатина слой бромида серебра, который легко разлагается под действием света:

2АgВr = 2Ag + Br2

И наконец, последний из рассматриваемых нами галогенов - иод - это тот элемент, без которого человек не может жить: недостаток его в воде и пище снижает выработку гормона щитовидной железы и приводит к заболеванию эндемическим зобом. Под регулирующим действием гормона щитовидной железы находятся мускульное возбуждение, биение сердца, аппетит, пищеварение , работа мозга и темперамент человека. Иод попадает в организм вместе с пищей: хлебом, яйцами, молоком, водой, морской капустой и с воздухом (особенно морским) при дыхании.

Спиртовой раствор иода (5-10% -ный), называемый йодной настойкой, применяется для обработки ран. Иод входит в состав многих лекарств.

Главными потребителями иода являются фармацевтичеcкая и химическая промышленность , а также производство светочувствительных фотоматериалов.

1. Получение галогенов электролизом расплавов и растворов солей.

2. Биологическое значение галогенов.

3. Применение хлора и соединений фтора, хлора и иода.

Какой объем хлора (н. у.) и какую массу натрия можно получить при электролизе 585 г хлорида натрия, содержащего 2% примесей?

Рассчитайте, сколько граммов 40%-ного раствора щелочи можно получить из натрия, массу которого вы определили в предыдущей задаче.

Французский химик Шееле получил хлор по реакции оксида марганца(IV) с соляной кислотой. В результате этой реакции образуются также хлорид марганца(II) и вода. Составьте уравнение этой реакции, рассмотрите окислительно-восстановительные процессы и рассчитайте массу оксида марганца(IV) и количество хлороводорода, необходимых для получения 100 л хлора (н. у.), если выход его составляет 95% от теоретически возможного.

Подготовьте сообщение о положительном и отрицательном значении галогенов в жизни человека.

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Галогены – элементы VIIА группы – фтор (F), хлор (Cl), бром (Br) и йод (I). Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня галогенов ns 2 np 5 .

Поскольку, до завершения энергетического уровня галогенам не хватает всего 1-го электрона, в ОВР они чаще всего проявляют свойства окислителей. Степени окисления галогенов: от «-1» до «+7». Единственный элемент группы галогенов – фтор – проявляет только одну степень окисления «-1» и является самым электроотрицательным элементом.

Получение галогенов и их соединений

Галогены можно получить при электролизе растворов или расплавов галогенидов:

MgCl 2 = Mg + Cl 2 (расплав)

Наиболее часто галогены получают по реакции окисления галогенводородных кислот:

MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 +2H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl = 3Cl 2 + 2KCl +2CrCl 3 +7H 2 O

2KMnO 4 +16HCl = 2MnCl 2 +5Cl 2 +8H 2 O +2KCl

HF и HCl получают взаимодействием их твердых солей с концентрированной серной кислотой при нагревании:

CaCl 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2HCl

HBr и HI получить таким способом нельзя, поскольку эти вещества – сильные восстановители и окисляются серной кислотой:

2KBr + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + Br 2 + 2H 2 O + SO 2

8KI + 5H 2 SO 4 = 4K 2 SO 4 +4I 2 +4H 2 O + H 2 S

Поэтому HBr и HI получают гидролизом соответствующих галогенидов фосфора:

PBr 3 +3H 2 O = 3HBr + H 3 PO 3

Среди кислородсодержащих соединений галогенов наибольшее значение имеют кислородсодержащие кислоты и их соли. Так, HClO – одна из кислородсодержащих кислот хлора — хлорноватистая кислота получается в водных растворах хлора как продукт гидролиза:

Cl 2 + H 2 O ↔ HClO + HCl

Соли хлорноватистой кислоты – гипохлориты образуются при пропускании хлора через холодные растворы щелочей, например:

Cl 2 + 2KOH = KClO + KCl + H 2 O

Хлорноватую кислоту (HClO 3) получают ее при действии на соли (хлораты) кислоты концентрированной серной кислотой:

Ba(ClO 3) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 +2HClO 3

Соли хлорноватистой кислоты – хлораты получают, пропуская Cl 2 в горячий раствор щелочи:

3Cl 2 + 6KOH = 5 KCl + KClO 3 + 3H 2 O

HClO 4 — хлорная кислота, которую можно получить, действуя на перхлорат калия концентрированной серной кислотой:

2 KClO 4 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 +2 HClO 4

Растворы бромноватистой (HOBr) и йодноватистой (HOI) кислот могут быть получены, подобно HClO, взаимодействием соответствующих галогенов с водой.

Br 2 + H 2 O = HBr + HOBr

I 2 + H 2 O = HI + HOI

Бромноватую (HBrO 3) и йодноватую (HIO 3) кислоты можно получить путем окисления бромной или йодной воды хлором:

Br 2 + 5Cl 2 + 6H 2 O = 2HBrO 3 + 10 HCl

Биологическое значение галогенов и их соединений

Хлор - один важнейших элементов, входящих в состав живых организмов. В организме он содержится в виде соли – хлорида натрия. Хлор стимулирует обмен веществ, рост волос, придает бодрость и силу. Больше всего NаСl содержится в плазме крови.

HCl, входящая в состав желудочного сока, контролирует процессы пищеварения. В отсутствие 0,2%-ной НСl процесс переваривания пищи практически прекращается.

Водоросли, а также некоторые другие растения активно накапливают бром. Морская вода содержит самое большое количество брома, который способен переходить в воздух, поэтому его содержание в воздухе приморских районов всегда больше, чем в районах, далеких от моря.

Йод, как и хлор - один важнейших элементов, входящих в состав живых организмов. Недостаток йода в воде и пище снижает выработку гормона щитовидной железы и приводит к заболеванию эндемическим зобом. Йод попадает в организм вместе с пищей: хлебом, яйцами, молоком, водой, морской капустой и с воздухом (особенно морским) при дыхании.

Применение галогенов и их соединений

Галогены нашли широкое применение в промышленности. Так, фтор используют для получения смазочных веществ, выдерживающих высокую температуру, тефлона, фреонов и т.д. Хлор используют в производстве соляной кислоты, хлорной извести, гипохлоритов и хлоратов, для отбеливания тканей и целлюлозы, идущей на изготовление бумаги, для стерилизации питьевой воды и обеззараживания сточных вод и т.д.

Бром необходим для выработки различных лекарственных веществ, некоторых красителей, а также бромида серебра, использующегося в производстве фотоматериалов.

Йод применяют в медицине в виде 10%-го раствора в этаноле в качестве антисептического и кровоостанавливающего средства. Йод входит в состав ряда фармацевтических препаратов.

Плавиковую кислоту (HF) используют для получения фторидов, травления стекла, удаления песка с металлических отливок, при анализах минералов.

Соляная кислота (HCl) нашла широкое применение в химической практике, также, как и её соли. Например, хлорид натрия (поваренная соль) служит сырьем для получения хлора, соляной кислоты, едкого натра, используется в красильном деле, в мыловарении и других отраслях производства.

Примеры решения задая

ПРИМЕР 1

Задание

Составьте уравнения следующих реакций: 1) FеSО 4 + КClO 3 + Н 2 SО 4 → … 2) FеSО 4 + КClO 3 + КОН → … 3) I 2 + Ва(ОН) 2 → … 4) КВr + КВrО 3 + Н 2 SО 4 → …

Ответ

а) В этой реакции железо повышает степень окисления с «+2» до «+3», т.е. FеSО 4 является восстановителем, а хлор понижает степень окисления с «+5» до «1» , т.е. КClO 3 является окислителем: 6FеSО 4 + КClO 3 + 3Н 2 SО 4 = 3Fе 2 (SО 4) 3 + КСl + 3Н 2 О б) В этой реакции железо повышает степень окисления с «+2» до «+3», т.е. FеSО 4 является восстановителем, а хлор понижает степень окисления с «+5» до «1» , т.е. КClO 3 является окислителем: 6FеSО 4 + КClO 3 + 12КОН + 3Н 2 О = 6Fе(ОН) 3 ↓ + КСl + 6К 2 SO 4 в) В этой реакции йод и повышает, и понижает степень окисления с «0» до «+5» и с «0» до «-1», т.е. I 2 является и восстановителем, и окислителем – происходит реакция диспропорционирования: 6I 2 + 6Ва(ОН) 2 = 5ВаI 2 + Ва(IO 3) 2 + 6Н 2 О г) В этой реакции бром и повышает, и понижает степень окисления с «-1» до «0» и с «+5» до «0», т.е. КВr является восстановителем, а КВrО 3 – окислителем: 5КВr + КВrО 3 + 3Н 2 SО 4 = 3Вr 2 + 3К 2 SО 4 + 3Н 2 О

1. Общая характеристика галогенов . Строение атомов и степени окисления галогенов в соединениях. Характер изменения атомных радиусов, энергий ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности в ряду F - At. Характер химических связей галогенов с металлами и неметаллами. Устойчивость высших валентных состояний галогенов. Особенности фтора.

1. с. 367-371; 2. с. 338-347; 3. с. 415-416; 4. с. 270-271; 7. с. 340-345.

2. Строение молекул и физические свойства простых веществ галогенов . Характер химической связи в молекулах галогенов. Физические свойства галогенов: агрегатное состояние, температуры плавления и кипения в ряду фтор – астат, растворимость в воде и в органических растворителях.

1. с. 370-372; 2. с. 340-347; 3. с. 415-416; 4. с. 271-287; 8. с. 367-370.

3. Химические свойства галогенов . Причины высокой химической активности галогенов и её изменение по группе. Отношение к воде, растворам щелочей, к металлам и неметаллам. Влияние температуры на состав продуктов диспропорционирования галогенов в растворах щелочей. Особенности химии фтора. Природные соединения галогенов. Принципы промышленных и лабораторных способов получения галогенов. Применение галогенов. Физиологическое и фармакологическое действие галогенов и их соединений на живые организмы. Токсичность галогенов и меры предосторожности при работе с ними.

1. с. 372-374, с. 387-388; 2. с. 342-347; 3. с. 416-419; 4. с. 276-287; 7. с.340-345, с. 355; 8. с. 380-382.

Простые вещества галогены, в отличие от водорода, очень активны. Для них наиболее характерны окислительные свойства, которые в ряду F 2 – At 2 постепенно ослабевают. Самый активный из галогенов - фтор: в его атмосфере самовоспламеняются даже вода и песок! Галогены энергично реагируют с большинством металлов, с неметаллами, со сложными веществами.

4. Получение и применение галогенов .

1. с. 371-372; 2. с. 345-347; 3. с. 416-419; 4. с. 275-287; 7. с.340-345; 8. с. 380-382.

Все способы получения галогенов основаны на реакциях окисления галогенид-анионов различными окислителями: 2Гал -1 -2е - = Гал

Галогены в промышленности получают электролизом расплавов (F 2 и Cl 2) или водных растворов (Cl 2) галогенидов; вытеснением менее активных галогенов более активными из соответствующих галогенидов (I 2 - бромом; I 2 или Br 2 - хлором)

Галогены в лаборатории получают окислением галогеноводородов (HCl, HBr) в растворах сильными окислителями (KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , PbO 2 , MnO 2 , KClO 3); окислением галогенидов (NaBr, KI) указанными окислителями в кислой среде (H 2 SO 4).

Бинарные соединения галогенов

1. Соединения с водородом (галогеноводороды) . Характер химической связи в молекулах. Полярность молекул. Физические свойства, агрегатное состояние, растворимость в воде. Характер изменения температур плавления и кипения в ряду HF – HI. Ассоциация молекул фтороводорода. Термическая устойчивость галогеноводородов. Реакционная способность. Кислотные свойства, особенности плавиковой кислоты. Восстановительные свойства. Общие принципы получения галогеноводородов: синтез из простых веществ и из галогенидов. Хлороводород и соляная кислота. Физические и химические свойства. Способы получения. Применение соляной кислоты. Роль соляной кислоты и хлоридов в процессах жизнедеятельности. Галогениды.

1. с. 375-382; 2. с. 347-353; 3. с. 419-420; 4. с. 272-275, с. 289-292; 7. с.354-545; 8. с. 370-373, с. 374-375.

2 . Соединения галогенов с кислородом.

1. с. 377-380; 2. с. 353-359; 3. с. 420-423; 4. с. 292-296; 7. с.350-354; 8. с. 375-376, с. 379.

3. Соединения с другими неметаллами.

1. с. 375-381; 2. с. 342-345; 4. с. 292-296; 7. с.350-355.

4 . Соединения с металлами .

2. с. 342; 4. с. 292-296; 7. с.350-355.

Многоэлементные соединения галогенов

1. Кислородсодержащие кислоты хлора и их соли. Хлорноватистая, хлористая, хлорноватая и хлорная кислоты. Изменение кислотных свойств, устойчивости и окислительных свойств в ряду HClO – HClO 4 . Принципы получения этих кислот. Гипохлориты, хлориты, хлораты и перхлораты. Термическая устойчивость и окислительные свойства. Общие принципы получения солей. Применение солей. Хлорная известь. Бертоллетова соль. Перхлорат аммония.

1. с. 382-387; 2. с. 353-359; 3. с. 423; 4. с. 292-296; 7. с.350-354; 8. с. 375-378.

2 . Кислородсодержащие кислоты брома и иода и их соли .

1. с. 382-387; 2. с. 353-359; 3. с. 423; 4. с. 292-296; 7. с.350-354; 8. с. 379-380.

3 . Применение галогенов и их важнейших соединений

1. с. 387-388; 2. с. 345-347; 3. с. 419-423; 4. с. 272-296; 8. с. 380-382.

4 . Биологическая роль соединений галогенов

1. с. 387-388; 2. с. 340-347; 3. с. 419-423; 4. с. 272-296; 8. с. 380-382.

Взаимосвязь важнейших соединений хлора: