Шпаргалка по халькогенам (VIА группа / 16 группа): химические формулы, свойства кислорода, серы, селена и теллура, окислительно-восстановительные реакции.
страница находится на стадии проверки
1. Общая характеристика элементов
Электронная конфигурация внешнего слоя: \(\text{ns}^2\text{np}^4\).
Характерные степени окисления: \(-2, 0, +2, +4, +6\) (для кислорода обычно \(-2\), исключения: \(\text{OF}_2\) где \(+2\), и пероксиды \(-1\)).
Закономерности в подгруппе при увеличении атомного номера (\(\text{O} \rightarrow \text{S} \rightarrow \text{Se} \rightarrow \text{Te} \rightarrow \text{Po}\)):
- Атомный радиус увеличивается.
- Электроотрицательность и неметаллические свойства уменьшаются.
- Восстановительные свойства простых веществ и их водородных соединений увеличиваются.
2. Кислород (\(\text{O}_2\)) и Озон (\(\text{O}_3\))
Лабораторные способы получения кислорода
- Термическое разложение перманганата калия: \[2\text{KMnO}_4 \xrightarrow{\Delta} \text{K}_2\text{MnO}_4 + \text{MnO}_2 + \text{O}_2\uparrow\]
- Разложение пероксида водорода: \[2\text{H}_2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{MnO}_2} 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2\uparrow\]
- Разложение бертолетовой соли: \[2\text{KClO}_3 \xrightarrow[\text{MnO}_2]{\Delta} 2\text{KCl} + 3\text{O}_2\uparrow\]
- Разложение нитратов (на примере нитрата серебра и натрия): \[2\text{NaNO}_3 \xrightarrow{\Delta} 2\text{NaNO}_2 + \text{O}_2\uparrow\] \[2\text{AgNO}_3 \xrightarrow{\Delta} 2\text{Ag} + 2\text{NO}_2\uparrow + \text{O}_2\uparrow\]
Озон и качественная реакция
Получение озона: \(3\text{O}_2 \xrightarrow{h\nu \text{ / разряд}} 2\text{O}_3\)
Качественная реакция на озон (в отличие от кислорода, окисляет иодид-ион):
\[2\text{KI} + \text{O}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{KOH} + \text{I}_2 + \text{O}_2\uparrow\]3. Сера (\(\text{S}\)) и Сероводород (\(\text{H}_2\text{S}\))
Химические свойства серы
- Взаимодействие с металлами (образование сульфидов): \[2\text{Na} + \text{S} \rightarrow \text{Na}_2\text{S}\] \[\text{Hg} + \text{S} \rightarrow \text{HgS} \quad \text{(связывание разлитой ртути)}\]
- Диспропорционирование в щелочах: \[3\text{S} + 6\text{NaOH} \xrightarrow{\Delta} 2\text{Na}_2\text{S} + \text{Na}_2\text{SO}_3 + 3\text{H}_2\text{O}\]
- Взаимодействие с концентрированными кислотами-окислителями: \[\text{S} + 2\text{H}_2\text{SO}_4\text{(конц)} \xrightarrow{\Delta} 3\text{SO}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}\] \[\text{S} + 6\text{HNO}_3\text{(конц)} \xrightarrow{\Delta} \text{H}_2\text{SO}_4 + 6\text{NO}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}\]
Сероводород и сульфиды
- Получение в лаборатории: \[\text{FeS} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\text{S}\uparrow\]
- Горение сероводорода:
- Избыток кислорода: \(2\text{H}_2\text{S} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{SO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}\)
- Недостаток кислорода: \(2\text{H}_2\text{S} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{S} + 2\text{H}_2\text{O}\)
- Качественная реакция на сероводород и растворимые сульфиды (выпадение черного осадка): \[\text{H}_2\text{S} + \text{Pb(NO}_3)_2 \rightarrow \text{PbS}\downarrow + 2\text{HNO}_3\]
4. Оксиды серы и серная кислота
Оксид серы(IV) \(\text{SO}_2\) и сернистая кислота \(\text{H}_2\text{SO}_3\)
Качественная реакция на \(\text{SO}_2\) — обесцвечивание бромной воды или раствора перманганата калия:
\[\text{SO}_2 + \text{Br}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{HBr}\] \[5\text{SO}_2 + 2\text{KMnO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{MnSO}_4 + 2\text{H}_2\text{SO}_4\]Оксид серы(VI) \(\text{SO}_3\) и контактный способ получения \(\text{H}_2\text{SO}_4\)
- Обжиг пирита: \[4\text{FeS}_2 + 11\text{O}_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 8\text{SO}_2\]
- Каталитическое окисление: \[2\text{SO}_2 + \text{O}_2 \underset{V_{2}O_{5}}{\stackrel{\Delta}{\rightleftharpoons}} 2SO_3\]
- Гидратация (гидратируют олеум): \[\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4\]
Свойства концентрированной серной кислоты (\(\text{H}_2\text{SO}_4\))
Пассивирует \(\text{Fe, Cr, Al}\) на холоду.
Взаимодействие с металлами (без выделения \(\text{H}_2\)):
- С малоактивными металлами (\(\text{Cu, Ag}\)): \[\text{Cu} + 2\text{H}_2\text{SO}_4\text{(конц)} \xrightarrow{\Delta} \text{CuSO}_4 + \text{SO}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}\]
- С активными металлами (\(\text{Mg, Zn}\)): \[4\text{Zn} + 5\text{H}_2\text{SO}_4\text{(конц)} \rightarrow 4\text{ZnSO}_4 + \text{H}_2\text{S}\uparrow + 4\text{H}_2\text{O}\]
Качественная реакция на сульфат-ион (\(\text{SO}_4^{2-}\))
\[\text{Ba}^{2+} + \text{SO}_4^{2-} \rightarrow \text{BaSO}_4\downarrow \quad \text{(белый осадок, нерастворимый в кислотах)}\]5. Тиосульфаты и соединение Селена и Теллура
Тиосульфат натрия (\(\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3\))
Получение кипячением серы с сульфитом:
\[\text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{S} \xrightarrow{\Delta} \text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3\]Разложение в кислой среде (разложение с выпадением серы и выделением газа):
\[\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{S}\downarrow + \text{SO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}\]Сравнение водородных соединений (\(\text{H}_2\text{E}\))
Ряд кислотности и восстановительной способности:
\[\text{H}_2\text{O} < \text{H}_2\text{S} < \text{H}_2\text{Se} < \text{H}_2\text{Te}\]- Кислотные свойства усиливаются из-за увеличения радиуса атома и ослабления связи \(\text{H–E}\).
- Прочность молекул (термическая стойкость) уменьшается.