11_Лекция
реклама
Химические элементы, их класификация. Человек и биосфера. Водород и его соединения. s-элементы ІА группы. Щелочные металлы Общие свойства металлов пластичность Металлический блеск. Тепло- и электропроводность ковкость Активность металлов Атомные радиусы элементов Li 10-4 Na 0,08 Содержание в организме человека, % K Rb Cs Be Mg Ca 0,23 10-5 10-4 10-7 0,027 1,4 Sr 10-3 Ba 10-5 Свойства атомарного водорода H+←-е H +е→ H– Радиус 21 pm 37 pm Эл. конф. 1s0 1s1 H – e = H+ (протон) H + e = H– (гидрид) H + H2O = H3O+ (гидроксоний) Н3О+ 133 pm 1s2 Получение 1) Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 2) 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4]+ 3H2 3) 2H2O → 2H2 + O2 2NaCl + 2H2O → H2 + Cl2 + 2NaOH 4) C + H2O → CO + H2 5) CH4 + H2O → CO + 3H2 Способы собирания Получение водорода в промышленности • Очевидно, что при огромных объемах промышленного производства сырьем для получения водорода должны быть легкодоступные и дешевые вещества. Такими веществами являются природный газ (метан СН4) и вода. Запасы природного газа велики, а воды — практически не ограничены. Получение водорода в промышленности • 1. В основном получают из природного газа путем конверсии (превращения) под действием водяных паров и катализатора: СН4 + 2Н2О → 4Н2↑+СО2 • 2. Нагревание: CH4 →2H2↑ +C • 3. Разложение воды под действием электрического тока: 2Н2О→Н2↑ +О2↑ • В промышленности водород получают, пропуская водяные пары над раскаленным углем: С + Н20 = СО + Н2. Применение водорода Применение водорода • 1 — производство минеральных удобрений • 2 — получение соляной кислоты; • 3 — водород — автомобильное топливо XXI века; • 4 — топливо для ракетных двигателей; • 5 — сварка и резка металлов; • 6 — получение тугоплавких металлов; • 7 — получение твердых жиров (маргарина); • 8 — синтез метилового спирта и других органических продуктов. Выводы: • B промышленности для получения водорода используют доступное и дешевое сырье — природный газ, каменный уголь и воду. • Водород — это перспективный источник энергии XXI в. Химические свойства Восстановительные свойства: 1) с неметаллами: 2H20 + O2 → 2H2+1O (со взрывом при поджеге) H20 + S (150-250°) → H2+1S 3H20+N2(p;t°)→ 2NH3+1 (в присутствии железного катализатора) H20 + F2 → 2HF (со взрывом) H2 + I2 (t°) → 2H+1I-1 2) с оксидами металлов: H20 + СuO (t°) → Cu + H2O (способ получения малоактивных металлов Pb, Мо, W, Ni, Cu и др. С их оксидов) Окислительные свойства 3) со щелочными и щелочно-земенльными металлами: H20 + 2Li0 → 2Li+1H-1 H20 + Ca0 → Ca+2H2-1 Гидриды 1. Солеобразующие гидриды 2Li + H2 = 2LiH (т.пл. 680 оС) NaH + H2O = NaOH + H2 4LiH + AlCl3→ Li[AlCl4] + 3LiCl 4NaH + BCl3 → Na[BH4] + 3NaCl MgH2 NaH ZrHx LaNi5H6 2. Металлические гидриды 3. Полимерные гидриды Применение ВОДА речовини). Між молекулами води - водневі зв'язки: sp3 гибридизация D2O “тяжелая” вода Вещество. Молекулы. Подавляющие большинство веществ состоит из молекул, мельчайших частиц которые сохраняют, все физические свойства вещества. В природе существует около 100 видов атомов, приведенных в таблице Менделеева, из этих атомов образуется все многообразие существующих в природе веществ. МОЛЕКУЛЫ Молекула вещества может состоять : • из нескольких разных атомов, • из нескольких одинаковых атомов. • Некоторые вещества состоят просто из атомов. Водородные связи. Структура воды. Кислотно-основные свойства 1) Слабый электролит: H2O → H+ + OH2) Вода – амфотерное соединение. Li2O + H2O → 2LiOH MgO + H2O → → Mg(OH)2 SO3 + H2O → H2SO4 3) Гидролиз солей: Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 ↓+ 3H2S Al2(CO3)3 + 6H2O → 2Al(OH)3 ↓ + 3H2O + 3CO2 4) Разложение гидридов CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2 Ca3P2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2PH3 CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3 5) Образование кристаллогидратов: CuSO4 (білий) + 5H2O → CuSO4·5H2O (синий) 6) С активными металлами: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 3Fe + 4H2O (t°) → Fe3O4 + 4H2 7) С галогенами (продукты разные): 4F2 + 3H2O → OF2+ 6HF + O2 Cl2 + H2O → HClO + HCl Пероксид водорода Получение Гидролиз его производных: 1. BaO2 + 2H2O → H2O2 + Ba(OH)2 2. H2S2O8 + 2H2O → H2O2 + 2H2SO4 Химические свойства 1. Разложение: 2H2O2 → 2H2O + O2 2. Окислительные и восстановительные свойства H2O2. 4Н2О2 +PbS →PbSO4+4H2O 5H2O2+2KMnO4+3H2O →5O2↑+2MnSO4+K2SO4+8H2O ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ Общая характеристика Ат. Ном. Название Ел.конф. Ат. рад, нм r г/см3 t°пл. °С t°кип. °С Ст. ок 3 Li [He] 2s1 0,531 180,5 1347 0,97 +1 11 Na [Ne]3s1 0,97 97,9 882,9 1,01 +1 19 K [Ar] 4s1 0,859 63,65 774 0,91 +1 27 Rb [Kr] 5s1 1.53 38,4 688 0,89 +1 55 Cs [Xe] 6s1 1,88 28.4 678 0,86 +1 87 Fr [Rn] 7s1 – – – – +1 Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева Группы элементов Пери – оды I 1 Н 2 Li 3 Na 3 6.939 Литий Калий 29 Сu Бериллий Ag Cs 55 Ва 132,905 Аu 196,967 Золото Fr 112,40 [223] Алюминий Скандий 80 200,59 114,82 Rа Индий * 138,81 Hg ТI [226] 49 Кремний 204,37 Радий R2О RO Азот 40 91,22 Zr Цирконий Sn Фосфор VII Олово 81 Таллий Гафний Pb Мышьяк 41 92,906 Nb Ниобий Свинец Rf 73 Та 180,948 Тантал [262] Сера VIII Не 2 51,996 Хром Db Фтор 34 Br Селен 42 95,94 Мо 183.85 [263] [99] Технеций 52 I 55,847 W Со 58,9332 Кобальт 75 186,2 Re Рений [262] 44 101,07 Ru Рутений 45 Rh 102,905 Родий 76 190,2 Оs 77 192,2 Ir Иридий R2O5 RO3 R2O7 RH4 RH3 RH2 RH 36 83,80 46 106,4 Pd Палладий 54 131,30 78 195,09 Рt Платина Rn 85 RO2 Никель Ксенон 210 Борий Ni Xe Осмий Bh 58,71 39,948 Криптон Радон Астат 107 28 Кr 53 84 At Сиборгий 27 126,9044 [210] Sg Fe Железо Йод Полоний 106 Тс 43 26 35 Бром 18 Аргон 79,904 78,96 Теллур 74 Хлор 10 Ar 17 4.0026 20,183 Неон 35,453 Марганец 78,96 Nе 9 18,9984 Cr 25 Мn 44,956 24 83 Ро Висмут 105 32,064 Вольфрам 208,980 F 17 Cl 51 Тe 121,75 Актиний Резерфордий Дубний R2O3 Кислород Молибден Сурьма 82 Вi 207,19 8 15,9994 33 Se 74,9216 50 Sb 118,69 О 15 S 30,9738 32 As 72,59 Германий ** Ас 104 88 89 138,81 [261] Франций 7 14,0067 Ванадий La 72 Hf 178.49 Лантан Ртуть 87 Y Иттрий Сd In Барий N 14 P 28,086 31 Ge 88,905 56 57 Углерод Титан 26,9815 38 39 137.34 6 12,01115 Sc 22 Ti 23 V 47,90 50,942 44,956 Галлий 87,62 С 13 Si 26,9815 Zn Ga Стронций 48 Бор Кадмий Цезий 79 65,37 5 10,811 20 21 40,08 Кальций 30 В 12 Al 24,312 Магний 37 Sr 85,47 Рубидий 47 4 9,0122 Цинк Серебро ЛВС Ве 19 Сa 39,102 107,868 Высшие оксиды VI Гелий 11 Мg 22,9898 Натрий Rb 7 V Водород Медь 6 IV 1 63,546 5 III 1,00797 К 4 II 108 [265] Hs Хассий 109 [266] Мt Мейтнерий RO4 86 [222] Строение и свойства атомов • Щелочные металлы – это элементы главной подгруппы I группы Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева: литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций. • На внешнем энергетическом уровне атомы этих элементов содержат по одному электрону, находящемся на сравнительно большом удалении от ядра. Они легко отдают этот электрон, поэтому являются сильными восстановителями. Во всех соединениях щелочные металлы проявляют степень окисления +1. Калий 0 39 e = 19 P = 19 N = 20 +19 2 8 8 1 3d0 3p6 3s2 2p6 2s2 1s2 Краткая электронная запись - ____ 4s1 Щелочные металлы – простые вещества Натрий Литий Щелочные металлы Калий Рубидий Цезий Физические свойства • Серебристо – белые мягкие вещества (режутся ножом), с характерным блеском на свежесрезанной поверхности. Все они лёгкие и легкоплавкие, причём, как правило, плотность их возрастает от лития к цезию. Химические свойства • А) с простыми веществами 2Li + Н2 = 2LiН – гидрид лития; 2К + Сl2 = 2КСl – хлорид калия; 2Nа + S = Nа2S – сульфид натрия; 4 Li + О2 = 2Li2О – оксид лития. б) со сложными веществами 2Nа + 2НОН = 2NаОН + Н2 Реакция натрия с водой Получение • Литий был открыт шведским химиком И. Арфведсоном в 1817г и по предложению Й. Берцелиуса назван литием (камень), т.к. был обнаружен в камне. Получение • Натрий и калий впервые получены английским физиком и химиком Г.Дэви в 1807г при электролизе едких щелочей. Получение • Й. Берцелиус предложил назвать элемент №11 натрием (сода), а элемент №19 по предложению Гильберта получил название калий (щёлочь). Плавлення лужних металів На відміну від інших твердих металів характер плавлення натрію змінюється при накладанні додаткового тиску Мінерали • Галит (сіль) – NaCl • Сильвинит – NaCl*KCl • Мирабилит (глауберовая соль) – Na2SO4*10 H2O • Натрон Na2CO3*10 H2O • NaNO3 – чилійська селітра Лепидолит KLi1,5Al1,5[AISi3О10](F, ОН); H2О 1,2 - 5,9 масс.% (слюды) • Сподумен LiAlSi2O6 Минералы доломит кальцит гипс изумруд апатит флюорит тальк ECl інтерметаліди Li2O,Na2O2, K,Rb,Cs EO2 Li3N EOH Me HCl O2 N2 H 2O E2SO4 H2SO4 (холод) E E2O EOH спирти алкоголя ти NH 3,t HNO3 MeCl,t ENH2(аміди) Me2O,t ENO3 Me+ECl Me+E2O H2S NO2 CO2 HCl,Cl2 HCl NaNO2 H2SO4 електроліз розчину NaCl F2 HCl NaF Ca(OH)2 HF NaOH Na3[AlF6] 300-4000 F2,HF Na2O H2O H2,t0 Cl2,HCl електроліз розплаву Na2S H2SO 4 CO2 H2O NaH Na2SO4 Na2CO3 Na,t0 HF S,t0 H2SO4 O2 Na2O2 Na,t0 Al,t0 Na2O2 Na O2,t0 S,t0 Галогениди литий натрий калий рубидий
