Подробное решение §13 для учащихся 9 класса, Учебник по химии, авторы: Н.Е. Кузнецова, И.М. Титова, издательский центр «Вентана-Граф».
? Какие вещества называют простыми, а какие сложными?
Простые вещества — это вещества, образованные атомами одного химического элемента, сложные — из атомов двух или более различных химических элементов, соединённых химическими связями.
С помощью какого типа химической связи образуются простые вещества-неметаллы?
Ковалентная неполярная химическая связь — тип химической связи, с помощью которого образуются простые вещества-неметаллы.
В какие реакции вступают простые вещества-неметаллы?
Простые вещества-неметаллы вступают в реакции с металлами, с водородом, с кислородом и с другими неметаллами. В зависимости от типа реакций неметаллы могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.
Задание. Приведите примеры простых веществ, образованных атомами одного и того же химического элемента.
Простые вещества — это вещества, образованные атомами одного химического элемента. Примерами таких веществ, образованных атомами одного элемента, являются:
- Кислород существует в двух основных формах:
- O2 — обычный кислород, газ без цвета и запаха
- O3 — озон, газ с характерным запахом
- Углерод образует несколько аллотропных модификаций:
- Алмаз — самое твёрдое природное вещество
- Графит — мягкое вещество со слоистой структурой
- Фуллерены — молекулярные формы углерода
- Карбин — линейный полимер углерода
- Фосфор имеет несколько аллотропных модификаций:
- Белый фосфор (P4) — ядовитое вещество
- Красный фосфор — неядовитое вещество
- Чёрный фосфор — электропроводное вещество
- Олово существует в двух основных модификациях:
- Белое олово — пластичный металл
- Серое олово — хрупкое вещество
- Водород может существовать в виде:
- H2 — обычный водород
- Дейтерий (D2) — тяжёлый водород
- Тритий (T2) — радиоактивный водород
Все эти вещества являются простыми, так как состоят из атомов одного химического элемента, но отличаются по своим физическим и химическим свойствам из-за различного строения кристаллической решётки или молекулярной структуры.
Задание. Приведите примеры химических реакций неметаллов. Почему они являются окислительно-восстановительными?
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — это реакции, в которых происходит переход электронов от одних атомов к другим, что приводит к изменению степеней окисления элементов.
Примеры реакций неметаллов:
- Взаимодействие водорода с хлором:
H2+Cl2=2HCl
Изменение степеней окисления:
- H20−2e−→2H+ (окисление)
- Cl20+2e−→2Cl− (восстановление)
- Горение серы в кислороде:
S+O2=SO2
Изменение степеней окисления:
- S0−4e−→S+4 (окисление)
- O20+4e−→2O−2 (восстановление)
- Взаимодействие фосфора с хлором:
2P+5Cl2=2PCl5
Изменение степеней окисления:
- P0−5e−→P+5 (окисление)
- Cl20+2e−→2Cl− (восстановление)
Эти реакции являются окислительно-восстановительными, потому что:
- Происходит переход электронов от одного элемента к другому
- Изменяются степени окисления элементов
- Один элемент окисляется (отдаёт электроны), а другой восстанавливается (принимает электроны)
- Соблюдается электронный баланс: количество отданных электронов равно количеству принятых
Задание. Опишите реакции кислорода, серы, хлора и других неметаллов с металлами. Составьте уравнения этих реакций методом электронного баланса (см.учебник химии 8 класса). Назовите продукты этих реакций. Например:
2Fe0 + 3Cl20 (t)= 2Fe+3Cl3-1 + Q (хлорид железа)
Реакции неметаллов с металлами
Кислород (O₂)
При взаимодействии с металлами образует оксиды:
- 4Al0 + 3O20 = 2Al2+3O3−2 (оксид алюминия)
- 2Cu0 + O20 = Cu2+1O−2 (оксид меди (I))
Сера (S)
Образует сульфиды при взаимодействии с металлами:
- Fe0 + S0 = Fe+2S− (сульфид железа)
- 2Na0 + S0 = Na2+1S−2 (сульфид натрия)
Хлор (Cl₂)
Реагирует с образованием хлоридов:
- 2Na0 + Cl20 = 2Na+1Cl−1 (хлорид натрия)
- Cu0 + Cl20 = Cu+2Cl2−1 (хлорид меди)
Другие неметаллы
Водород (H₂)
С активными металлами образует гидриды:
- 2Na0 + H20 = 2Na+1H−1 (гидрид натрия)
Азот (N₂)
Реагирует при высоких температурах:
- 6Li0 + N20 = 2Li3+1N−3 (нитрид лития)
Фосфор (P)
Образует фосфиды:
- 3Ca0 + 2P0 = Ca3+2P2−3 (фосфид кальция)
Кремний (Si)
Реагирует с образованием силицидов:
- 2Mg0 + Si0 = Mg2+2Si−4 (силицид магния)
Все эти реакции являются окислительно-восстановительными, где металлы выступают в роли восстановителей, а неметаллы — окислителей. При этом металлы отдают электроны (окисляются), а неметаллы их принимают (восстанавливаются). Большинство реакций экзотермические (протекают с выделением тепла — +Q).
Задание. Вы наблюдали, как сгорают в кислороде уголь и фосфор. Охарактеризуйте эти реакции и напишите их уравнения.
Горение угля в кислороде
При внесении раскаленного угля в атмосферу кислорода наблюдается яркое свечение. Уголь раскаляется докрасна, выделяется теплота. В результате реакции образуется углекислый газ.
Уравнение реакции:
C + O2 = CO2 + Q
Горение фосфора в кислороде
При внесении красного фосфора в атмосферу кислорода наблюдается ослепительно яркое пламя белого цвета. Образуется белый дым — оксид фосфора (V). Реакция протекает очень бурно, с выделением большого количества теплоты.
Уравнение реакции:
4P + 5O2=2P2O5 + Q
Общие характеристики реакций:
- Обе реакции являются экзотермическими (протекают с выделением теплоты)
- Это реакции окисления
- Протекают в присутствии кислорода как окислителя
- Являются необратимыми
- Не требуют постоянного подвода энергии после начала реакции
Вопросы и задания
1. Приведите примеры простых веществ-неметаллов. Какое строение имеют их кристаллические решётки?
Ответ:
Примеры простых веществ-неметаллов (в скобочках тип кристаллической решётки): кислород O2 (молекулярная), азот N2 (молекулярная), иод I2 (молекулярная), кремний Si (атомная), аргон Ar (молекулярная).
2. Что такое аллотропия? Приведите примеры аллотропии некоторых неметаллов.
Ответ:
Аллотропия – способность атомов одного и того же элемента образовывать несколько простых веществ. Примеры аллотропии некоторых неметаллов: кислород – кислород, озон; углерод – алмаз, графит, фуллерен, карбин, графен, углеродные нанотрубки; фосфор – белый, красный и чёрный фосфор; сера – ромбическая, моноклинная и пластическая сера.
3. Какого типа кристаллические решётки у неметаллов в твёрдом состоянии? Приведите примеры веществ с разными типами решёток, дайте сравнительную характеристику их физических свойств.
Ответ:
Большинство простых веществ-неметаллов в твёрдом состоянии имеют молекулярный тип кристаллической решётки. Из известных нам неметаллов у углерода (например, у алмаза) и кремния атомный тип кристаллической решётки.
Типы кристаллических решёток.
| Молекулярная | Атомная | |
| В узлах решётки располагаются | молекулы | отдельные атомы |
| Свойства веществ | низкие температуры плавления и кипения, хрупкость | высокие температуры плавления и кипения, твердость, нелетучие |
| Примеры простых веществ-неметаллов | кислород, азот, сера, аргон | графит, алмаз, кремний |
4. Аллотропными модификациями являются
1) кислород и водород
2) кислород и озон
3) фтор и хлор
4) сера и кислород
Ответ:
2) кислород O2 и озон O3
5. Сера не взаимодействует с
1) водородом
2) кислородом
3) металлами
4) водой.
Ответ: Сера не взаимодействует с 4) водой.