Способы получения неметаллов егэ

Неметаллы — общая характеристика. Свойства, получение и применение.

Неметаллы – это химические элементы, которые образуют в свободном состоянии простые вещества, не обладающие физическими и химическими свойствам металлов.

Это 22 элемента Переодической системы: бор B, углерод C, кремний Si, азот N, фосфор P, мышьяк As, кислород O, сера S, селен Se, теллур Te, водород H, фтор F, хлор Cl, бром Br, йод I, астат At; а так же благородные газы: гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn.

Физические свойства
Элементы-неметаллы образуют простые вещества, которые при обычных условиях существуют в разных агрегатных состояниях:

газы (благородные газы: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn;водород H2, кислород O2, азот N2, фтор F2, хлор Cl2.),

жидкость (бром Br2) ,

твердые вещества ( йод I2, углерод C, кремний Si, сера S, фосфор P и др. ) .

Атомы неметаллов образуют менее плотно упакованную структуру чем металлы, в которой между атомами существуют ковалентные связи. В кристаллической решетке неметаллов, как правило, нет свободных электронов. В связи с этим твердые вещества-неметаллы в отличие от металлов плохо проводят тепло и электричество, не обладают пластичностью.
Получение неметаллов

Способы получения неметаллов отличаются многообразием и специфичностью, общих подходов не существует. Рассмотрим основные способы получения некоторых неметаллов.

Получение галогенов. Самые активные галогены – фтор и хлор – получают электролизом. Фтор – электролизом расплава KHF ₂ , хлор – электролизом расплава или раствора хлорида натрия:

2Г — — 2 = Г ₂ .

Другие галогены можно также получить электролизом или вытеснением из их солей в растворе с помощью более активного галогена:

Получение водорода. Основной промышленный способ получения водорода – конверсия метана (каталитический процесс):

Получение кремния. Кремний получают восстановлением коксом из кремнезема:

SiO ₂ + 2C = Si + 2CO.

Получение фосфора. Фосфор получают восстановлением из фосфата кальция, который входит в состав апатита и фосфорита:

Кислород и азот получают фракционной перегонкой жидкого воздуха.

Сера и углерод встречаются в природе в самородном виде.

Селен и теллур получают из отходов производства серной кислоты, так как эти элементы встречаются в природе вместе с соединениями серы.

Мышьяк получают из мышьяковистого колчедана по сложной схеме превращений, включающей стадии получения оксида и восстановления из оксида углеродом.

Бор получают восстановлением оксида бора магнием.

Химические свойства
1. Окислительные свойства неметаллов проявляются при взаимодействии с металлами
4Al + 3C = Al4C3
2. Неметаллы играют роль окислителя при взаимодействии с водородом
H2 + F2 = 2HF
3 Любой неметалл выступает в роли окислителя в реакциях с теми металлами, которые имеют низкую ЭО
2P + 5S = P2S5
4. Окислительные свойства проявляются в реакциях с некоторыми сложными веществами
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
5. Неметаллы могут играть роль окислителя в реакциях со сложными веществами
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
6. Все неметаллы выступают в роли восстановителей при взаимодействии с кислородом
4P + 5O2 = 2P2O5
7. Многие неметаллы выступают в роли восстановителей в реакциях со сложными веществами-окислителями
S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
8. Наиболее сильные восстановительные свойства имеют углерод и водород
ZnO + C = Zn + CO;
CuO + H2 = Cu + H2O
9. Существуют и такие реакции, в которых один и тот же неметалл является одновременно и окислителем, и восстановителем. Это реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования)
Cl2 + H2O =HCl + HClO

Водород используется в химической промышленности для синтеза аммиака, хлороводорода и метанола, применяется для гидрогенизации жиров. Используется в качестве восстановителя при производстве многих металлов, например, молибдена и вольфрама, из их соединений.

Хлор применяют для производства соляной кислоты, винилхлорида, каучука и многих органических веществ и пластмасс, в текстильной и бумажной промышленности используют в качестве отбеливающего средства, в быту – для обеззараживания питьевой воды.

Бром и йод используют в синтезе полимерных материалов, для приготовления лекарственных препаратов и др.

Кислород применяется при сжигании топлива, при выплавке чугуна и стали, для сварки металлов, необходим для жизнедеятельности организмов.

Сера используется для производства серной кислоты, изготовления спичек, пороха, для борьбы с вредителями сельского хозяйства и лечения некоторых болезней, в производстве красителей, взрывчатых веществ, люминофоров.

Азот и фосфор применяются при производстве минеральных удобрений, азот применяется при синтезе аммиака, для создания инертной атмосферы в лампах, используется в медицине. Фосфор применяется при производстве фосфорной кислоты.

Алмаз используется при обработке твердых изделий, в буровых работах и ювелирном деле, графит – для изготовления электродов, тиглей для выплавки металлов, в производстве карандашей, резины и др.

Источник

Водород

Самый легкий газ, почти не растворим в воде.

Распознают водород по характерному глухому хлопку-взрыву при поднесении горящей спички к сосуду с чистым водородом и по особому «лающему» взрыву при поднесении горящей спички к сосуду со смесью водорода и воздуха или в смеси с кислородом в соотношении два объема водорода и один объем кислорода (гремучий газ).

Химические свойства

1. восстановительные

Проявляет в отношении почти всех неметаллов, так как имеет достаточно низкую электроотрицательность.

Восстанавливает металлы из их оксидов.

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Используется в органической химии.

CO + 2H₂ = CH₃OH (метиловый спирт — метанол)

Реакции присоединения водорода характерны для непредельных соединений.

Водородом восстанавливают альдегиды до спиртов.

2. окислительные

Проявляет в реакциях с металлами. Образуются твердые солеподобные соединения – гидриды.

2Na + H₂ = 2NaH

Галогены

Фтор

– светло-желтый газ с резким раздражающим запахом.

Хлор

– желто-зеленый газ с резким удушливым запахом.

Бром

– буровато-коричневая жидкость с резким зловонным запахом.

Иод

– черно-серое кристаллическое вещество способное к возгонке (пары — фиолетовые).

Химические свойства:

1. окислительные

Каждый галоген является самым сильным окислителем в своем периоде. В главной подгруппе от фтора к иоду окислительные свойства ослабевают.

а) Проявляют в реакциях с металлами.

Фтор при обычных условиях реагирует с большинством металлов, а при нагревании с серебром, золотом, платиной.

Остальные галогены реагируют с металлами при нагревании:

2Sb + 3Cl₂ = 2SbCl₃

2Sb + 5Cl₂ = 2SbCl₅

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

Cu + Br₂ = CuBr₂

2Al + 3I₂ = 2AlI₃

б) Проявляют в реакциях с неметаллами, имеющими более низкое значение электроотрицательности, например, водородом.

H₂ + Г₂ = 2НГ (Г – условное обозначение галогена)

Фтор взаимодействует с водородом в любых условиях, хлор – только при поджигании или облучении прямым солнечным светом, бром взаимодействует при нагревании без взрыва. Эти реакции экзотермические. Реакция кристаллического иода с водородом слабоэндотермическая, она протекает медленно даже при нагревании.

С другими неметаллами:

5Cl₂ + 2P = 2PCl₅

в) Проявляют в реакциях со сложными веществами.

Фтор взаимодействует с водой при обычных условиях:

Хлор вытесняет бром и иод из растворов их солей:

Cl₂ + 2NaBr = 2NaCl + Br₂

Cl₂ + 2 NaI = 2NaCl + I₂

Бром вытесняет только иод из растворов солей: Br₂ + 2KI = 2KBr + I₂

H₂S + Cl₂ = 2HCl + S

C₆H₆ + Cl₂ = C₆H₅Cl + HCl (в присутствии катализатора AlCl₃ или FeCl₃

2. Восстановительные

Теоретически проявляют в реакциях с неметаллами, имеющими более высокое значение электроотрицательности.

Исключение фтор, т.к. имеет самое высокое значение электроотрицательности: ЭО(F) = 4

В то же время, например, с кислородом непосредственно не взаимодействуют. (Смотри ряд электроотрицательности неметаллов.)

3. реакции диспропорционирования: один и тот же неметалл является и окислителем и восстановителем

Cl₂ + H₂O = HCl + HClO

Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O

3Cl₂ + 6KOH = 5KCl + KClO₃ + 3H₂O (при нагревании)

2F₂ + 2NaOH = 2NaF + H₂O + OF₂ ↑

Кислород

Это газ, без цвета и запаха, плохо растворим в воде, но лучше чем азот и водород.

Распознают кислород по вспыхиванию тлеющей лучинки.

Химические свойства

(Непосредственно не реагирует с галогенами, благородными газами, платиновыми металлами)

1. восстановительные

Только с фтором:

O₂ + F₂ = O₂F₂ (реакция протекает в тлеющем разряде при температуре -196 градусов)

2. окислительные

а) в реакциях с простыми веществами

C натрием и калием образуются пероксиды

Почти все реакции экзотермические, кроме реакции с азотом. Это эндетермическая реакция и, к тому же, обратимая. Равновесие смещается вправо при температуре выше 2000 градусов или электрическом разряде.

б) в реакциях со сложными веществами

Окисляет соединения, содержащие элементы с не максимальной степенью окисления:

При горении в кислороде образуются оксиды элементов, из которых они построены:

Исключение:

Сера

Наиболее устойчива модификация, известная под названием ромбическая сера. Кристаллическое вещество лимонно-желтого цвета, полупрозрачно, нерастворимо в воде, этиловом спирте и диэтиловом эфире, хорошо растворимо в сероуглероде.

Химические свойства

1. при обычных условиях реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами, медью, ртутью, серебром.

2Na + S = Na₂S

Ca + S = CaS

Hg + S = HgS

При нагревании реагирует с другими металлами (кроме золота)

Zn + S = ZnS

2Al + 3S = Al₂S

Fe + S = FeS

2. из неметаллов при нагревании реагирует с водородом, фосфором, углеродом, кремнием, как окислитель:

C + 2S = CS₂

Si + 2S = SiS₂

не взаимодействует с азотом, иодом и благородными газами.

С неметаллами, стоящими в ряду электроотрицательности правее неё реагирует, как восстановитель:

S + N₂ = реакция НЕ происходит

S + O₂ = SO₂ горит в кислороде

S + 3F₂ = SF₆ при комнатной температуре

3. в реакциях со сложными веществами:

а) при нагревании с щелочами протекает реакция диспропорционирования:

б) при длительном нагревании:

Азот

Бесцветный газ без запаха и вкуса. В воде плохо растворим.

Химические свойства

Два атома азота в молекуле связаны прочной тройной связью, что обеспечивает химическую инертность азота.

1. При обычных условиях азот взаимодействует только с литием:

С другими металлами и некоторыми неметаллами он взаимодействует при высоких температурах.

2B + N₂ = 2BN

2. При высоком давлении в присутствии катализатора взаимодействует с водородом. Реакция обратимая, в сторону прямой реакции смещается при невысокой температуре, т.к. прямая реакция экзотермическая: N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ + Q

3. При температуре электрической дуги он соединяется с кислородом:

Фосфор

Красный фосфор – темно-малиновый порошок. Не растворяется ни в воде, ни в сероуглероде. На воздухе окисляется медленно и не самовоспламеняется. Неядовит и не светится в темноте. При нагревании превращается в белый фосфор.

Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку, состоящую из молекул Р₄. Нерастворим в воде, хорошо растворяется в сероуглероде. На воздухе легко окисляется, а в порошкообразном состоянии даже воспламеняется. Хранят его под водой. Ядовит, светится в темноте.

Химические свойства

1. Взаимодействует с металлами:

3Ca + 2P = Ca₃P₂

2. Белый фосфор самовоспламеняется в кислороде, красный горит при поджигании:

3. Взаимодействует со всеми галогенами с образованием РГ₃ или РГ₅ (где Г – галоген)

4. Взаимодействует с серой:

С водородом фосфор непосредственно не реагирует.(Фосфин получают из фосфидов:

Углерод

В школьном курсе изучают две аллотропные модификации: алмаз и графит.

Алмаз — прозрачное, кристаллическое, самое твердое из природных, вещество. Обычно кристаллы бесцветны, но бывают синего, голубого, красного и черного цветов.

Графит – темно-серое, жирное на ощупь кристаллическое вещество с металлическим блеском. Мягкий и непрозрачный, хорошо проводит теплоту и электрический ток. Он очень тугоплавок.

Химические свойства

1. Взаимодействует с металлами при нагревании:

4Al + 3C = Al₄C₃

Ca + 2C = CaC₂

2. Горит в кислороде:

2C + O₂ = 2CO (при недостатке кислорода)

3. Взаимодействует с серой:

C + 2S = CS₂

4. Восстанавливает металлы из их оксидов:

С + 2CuO = 2Cu + CO₂↑

3C + 2WO₃ = 2W + 3CO₂

и водород из воды: С + Н₂О = СО + Н₂ (используется в промышленности)

К ремний

Кристаллическое вещество, значительно менее твердое, чем алмаз. Хрупок, но при температуре выше 800 градусов становится пластичным. Полупроводник.

Химические свойства

1. При нагревании взаимодействует с металлами:

Si + 2Mg = Mg₂Si (силицид магния)

2. Горит в кислороде:

Si + O₂ = SiO_{2 (оксид кремния)}

С водородом кремний непосредственно не реагирует. ( Силан получают из силицидов:

Mg₂Si + 4HCl = 2MgCl₂ + SiH₄ )

3. При обычных условиях взаимодействует с фтором:

Si + 2F₂ = SiF_{4 (фторид кремния)}

При нагревании выше 500 градусов – с остальными галогенами с образованием подобных соединений — SiГ₄ (Г – галоген)

4. При температуре выше 1000 градусов – с азотом и углеродом:

3Si + 2N₂ = Si₃N_{4 (нитрид кремния)}

Si + C = SiC (карбид кремния)

5. Кремний взаимодействует с концентрированными водными растворами щелочей:

Источник