A-Level Chemistry · A-Level Химия · Topic 11 · Тема 11
7:28
17-я группа
Вот три бесцветных раствора. Они выглядят абсолютно одинаково. Один — хлорид, другой — бромид, третий — йодид, но вы не можете различить их по…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
The halogens 卤素 are the Group 族 17 elements. They exist as diatomic molecules ($\text{Cl}_2$, $\text{Br}_2$, $\text{I}_2$). Going down the group:
| Element | Colour and state at room temperature |
|---|---|
| chlorine | pale green gas |
| bromine | red-brown liquid |
| iodine | grey-black solid (purple vapour) |
The volatility 挥发性 (how easily a substance turns to vapour) decreases down the group: chlorine is a gas, but iodine is a solid. This is because the molecules get larger and have more electrons, so the instantaneous dipole 瞬时偶极 and induced dipole 诱导偶极 forces between them get stronger. Stronger forces are harder to break, so the boiling point rises and volatility falls.
The bond energy 键能 (bond strength) of the $\text{X}\text{–}\text{X}$ molecules generally falls from $\text{Cl}_2$ to $\text{I}_2$, because the shared electrons are further from the nuclei in the larger atoms.
Галогены — элементы Группы 17. Они существуют в виде двухатомных молекул ($\text{Cl}_2$, $\text{Br}_2$, $\text{I}_2$). При движении вниз по группе:
| Элемент | Цвет и агрегатное состояние при комнатной температуре |
|---|---|
| хлор | бледно-зелёный газ |
| бром | красно-коричневая жидкость |
| йод | серо-чёрное твердое вещество (фиолетовый пар) |
Летучесть (легкость перехода вещества в пар) снижается вниз по группе: хлор — газ, а йод — твердое вещество. Это происходит потому, что молекулы увеличиваются в размерах и содержат больше электронов, поэтому силы мгновенного диполя и индуцированного диполя между ними усиливаются. Более сильные связи труднее разорвать, поэтому температура кипения повышается, а летучесть падает.
Энергия связи (прочность связи) в молекулах $\text{X}\text{–}\text{X}$ обычно снижается от $\text{Cl}_2$ до $\text{I}_2$, так как общие электроны находятся дальше от ядер в более крупных атомах.
Follow halogens down the group and link state, colour and volatility. · Идите вниз по группе галогенов и связайте агрегатное состояние, цвет и летучесть.
| English | Русский |
|---|---|
| halogen/ˈhælədʒn/ | галоген |
| group/ɡruːp/ | группа |
| volatility/ˌvɒləˈtɪlɪti/ | летучесть |
| instantaneous dipole/ˌɪnstənˈteɪnɪəs ˈdaɪpəʊl/ | мгновенный диполь |
| induced dipole/ɪnˈdjuːst ˈdaɪpəʊl/ | индуцированный диполь |
| bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ | энергия связи |
| oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ | окислитель |
| hydrogen halide/ˈhaɪdrədʒn ˈhælaɪd/ | водородный галогенид |
| thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ | термическая устойчивость |
| halide ion/ˈhælaɪd ˈaɪɒn/ | галогенид-ион |
| reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ | восстановитель |
| ammonia/æˈməʊnɪə/ | аммиак |
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
Each halogen reacts by gaining one electron to form a $1-$ ion, so it acts as an oxidising agent 氧化剂. This power decreases down the group, because the larger atoms attract an extra electron less strongly. A more reactive halogen can push out a less reactive one from its salt:
Each halogen reacts with hydrogen to form a hydrogen halide 卤化氢:
The reaction gets less vigorous down the group: chlorine reacts explosively in light, bromine needs heat, and iodine reacts slowly and only partly.
The thermal stability 热稳定性 of the hydrogen halides decreases down the group. The H–X bond gets weaker as the halogen atom gets larger, so HI breaks apart on gentle heating while HCl is very stable.
Каждый галоген реагирует, принимая один электрон и образуя ион $1-$, поэтому он выступает в роли окислителя. Эта способность снижается вниз по группе, так как крупные атомы притягивают дополнительный электрон слабее. Более реакционноспособный галоген может вытеснить менее реакционноспособный из его соли:
Каждый галоген реагирует с водородом, образуя водородный галогенид:
Реакция становится менее интенсивной вниз по группе: хлор реагирует взрывчато на свету, бром требует нагрева, а йод реагирует медленно и лишь частично.
Термическая стабильность водородных галогенидов снижается вниз по группе. Связь H–X становится weaker по мере увеличения атома галогена, поэтому HI разлагается даже при слабом нагревании, тогда как HCl очень стабилен.
Classify halogen chemistry by oxidising and reducing strength. · Классифицируйте химию галогенов по окислительной и восстановительной способности.
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
A halide ion 卤离子 (such as $\text{Cl}^-$) can give away an electron, acting as a reducing agent 还原剂. This power increases down the group, because a larger ion holds its outer electron less tightly.
Add aqueous silver nitrate, then aqueous ammonia 氨, to identify the halide from the colour of the silver halide precipitate 沉淀:
| Halide | Precipitate with $\text{Ag}^+$ | Solubility in ammonia |
|---|---|---|
| $\text{Cl}^-$ | white | dissolves in dilute ammonia |
| $\text{Br}^-$ | cream | dissolves only in concentrated ammonia |
| $\text{I}^-$ | yellow | insoluble in ammonia |
All the halides first give the hydrogen halide. The lower halides are then oxidised by the acid, because they are stronger reducing agents:
Галогенид-ион (например, $\text{Cl}^-$) может отдавать электрон, выступая в роли восстановителя. Эта способность возрастает вниз по группе, так как крупный ион удерживает свой валентный электрон менее прочно.
Добавьте нитрат серебра в растворе, затем аммиачный раствор, чтобы определить галогенид по цвету осадка银 галогенида:
| Галогенид | Осадок с $\text{Ag}^+$ | Растворимость в аммиаке |
|---|---|---|
| $\text{Cl}^-$ | белый | растворяется в разбавленном аммиаке |
| $\text{Br}^-$ | кремовый | растворяется только в концентрированном аммиаке |
| $\text{I}^-$ | жёлтый | нерастворим в аммиаке |
Все галогениды сначала образуют водородный галогенид. Нижние галогениды затем окисляются кислотой, так как они являются более сильными восстановителями:
Match halide ion evidence to the ion present. · Соотнесите признаки галогенид-иона с присутствующим ионом.
| English | Русский |
|---|---|
| precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ | осадком |
| oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ | степени окисления |
| disproportionation/ˌdɪsprəˈpɔːʃəneɪʃn/ | диспропорционирование |
| water purification/ˈwɔːtə ˌpjʊərɪfɪˈkeɪʃn/ | очистка воды |
| bacteria/bækˈtɪərɪə/ | бактериями |
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
With cold, dilute sodium hydroxide, chlorine reacts to form chloride and chlorate(I):
With hot, concentrated sodium hydroxide, it forms chloride and chlorate(V):
In both, the oxidation number 氧化数 of chlorine goes both up and down (from $0$), so both are disproportionation 歧化 reactions.
A little chlorine is added to water for water purification 水净化. It reacts with water:
The active species $\text{HOCl}$ and $\text{ClO}^-$ kill bacteria 细菌, making the water safe to drink.
Worked example. Solid $\text{NaCl}$, $\text{NaBr}$ and $\text{NaI}$ are each warmed with concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$. Predict the products. Reducing power increases down the group, so how far each halide reduces the sulfuric acid differs. $\text{Cl}^{-}$ is too weak to reduce it at all, so you get only steamy $\text{HCl}$ - an acid-base reaction. $\text{Br}^{-}$ reduces it a little: $\text{HBr}$ plus brown $\text{Br}_2$ and $\text{SO}_2$. $\text{I}^{-}$ is the strongest reducing agent: $\text{HI}$ plus $\text{I}_2$, and it drives the sulfur all the way down to $\text{H}_2\text{S}$, with its bad-egg smell. Every halide gives the hydrogen halide first; the extra products appear only where the halide is a strong enough reducing agent to attack the sulfur.
С холодным разбавленным гидроксидом натрия хлор реагирует, образуя хлорид и хлорит(I):
С горячим концентрированным гидроксидом натрия он образует хлорид и хлорат(V):
В обоих случаях степень окисления хлора одновременно возрастает и понижается (от $0$), поэтому обе реакции являются реакциями диспропорционирования.
Небольшое количество хлора добавляют в воду для её очистки. Он реагирует с водой:
Активные частицы $\text{HOCl}$ и $\text{ClO}^-$ убивают бактерии, делая воду безопасной для питья.
Разобранное решение. Твёрдые вещества $\text{NaCl}$, $\text{NaBr}$ и $\text{NaI}$ каждый нагревают с концентрированной $\text{H}_2\text{SO}_4$. Предположите продукты. Восстановительная способность увеличивается при движении по группе вниз, поэтому степень восстановления серной кислоты каждым галогенидом различна. $\text{Cl}^{-}$ слишком слаб, чтобы восстанавливать её вообще, поэтому выделяется только парообразный $\text{HCl}$ — реакция кислота-основание. $\text{Br}^{-}$ восстанавливает её частично: $\text{HBr}$ плюс коричневый $\text{Br}_2$ и $\text{SO}_2$. $\text{I}^{-}$ — самый сильный восстановитель: $\text{HI}$ plus $\text{I}_2$, и он восстанавливает серу полностью до $\text{H}_2\text{S}$, имеющего запах тухлых яиц. Каждый галогенид сначала даёт водородный галогенид; дополнительные продукты появляются только там, где галогенид является достаточно сильным восстановителем, чтобы атаковать серу.
Follow chlorine from water treatment to redox reactions. · Отслеживайте хлор: от обработки воды до окислительно-восстановительных реакций.
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Past Papers · Архив экзаменационных работ
Loading subjects… · Загрузка предметов…