14.04.2020р. Тема: НЕМЕТАЛИ. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА НЕМЕТАЛІВ, ЇХНІ ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• називати найпоширеніші в природі неметалічні елементи;

• складати рівняння, що підтверджують окисні властивості неметалів (кисень, сірка, вуглець, хлор) у реакціях з воднем і металами; відновні властивості водню й вуглецю в реакціях з оксидами металічних елементів;

• характеризувати неметали, їхні фізичні властивості;

• порівнювати фізичні й хімічні властивості неметалів.

Неметалічні елементи й прості речовини-неметали. У періодичній системі неметалічні елементи розміщені в правій верхній частині від діагоналі, яку умовно можна провести від Бору до Астату. Їх значно менше, ніж металічних. Атоми неметалічних елементів мають на зовнішньому енергетичному рівні досить велику кількість електронів (4-8). Тому, вступаючи в хімічну взаємодію з іншими елементами, вони переважно приєднують електрони, утворюючи негативно заряджені йони — аніони. Наприклад:

Cl⁰ + 1е = Cl^-; S⁰ + 2е = S^2-; N⁰ + 3е = N^3-.

Поясніть самостійно, чому Гідроген утворює і катіон Н⁺, і аніон Н^-.

Вам відомо, що в періоді зі збільшенням зарядів атомних ядер зменшується радіус атома й збільшується кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні, а отже, здатність приєднувати електрони зростає. У групі — радіус атома зменшується знизу вверх, тому здатність приєднувати електрони теж посилюється. Оскільки Флуор у періодичній системі розташований у правій частині й найвище, то він проявляє найбільш виражені неметалічні властивості.

Крім йонних сполук, неметалічні елементи утворюють прості та складні речовини з ковалентним зв'язком. Наприклад, у простих речовинах складу Н₂, Cl₂, I₂, N₂ між атомами утворюються спільні електронні пари, рівновіддалені від обох ядер атомів, тобто зв'язок ковалентний неполярний. Деякі неметали утворюють алотропні модифікації: їхні молекули мають більш як два атоми та складнішу будову. Це білий фосфор Р₄, озон О₃, ромбічна сірка S₈. Інертні гази — одноатомні. У складних речовинах, утворених неметалічними елементами складу Н₂О, НСl, CO₂, SO₃, між атомами наявний ковалентний полярний зв'язок.

Поясніть механізми утворення ковалентного неполярного й полярного зв'язків.

Неметалічні елементи утворюють прості речовини-неметали. Їм властива молекулярна будова — у вузлах молекулярних кристалічних ґраток розміщуються неполярні молекули. Крім того, у багатьох неметалів наявні атомні кристалічні ґратки. Це алмаз і графіт (див. § 8, с. 42)

Фізичні властивості неметалів. Неметали за нормальних умов перебувають у різних агрегатних станах: газоподібному (кисень, водень, хлор, азот, фтор), рідкому (бром) і твердому (вуглець, сірка, фосфор).

Демонстраційний дослід. Розглянемо зразки деяких неметалів, зокрема брому, сірки, вуглецю (вугілля), червоного фосфору та йоду. За результатами спостережень легко описати фізичні властивості неметалів.

Це речовини, які не мають металічного блиску, їм невластива електро- й теплопровідність. Якщо вдарити по шматку сірки, вона легко розпадається на дрібні частини, що підтверджує її крихкість. Неметалам з молекулярними кристалічними ґратками властиві низькі температури плавлення та кипіння, висока леткість. Неметали мають різний колір: йод — фіолетовий, бром — бурий, хлор — жовто-зелений, сірка — жовтий, графіт — чорно-сірий. Водень, кисень, азот — безбарвні гази. Усі ці фізичні властивості взято за основу класифікації простих речовин на метали й неметали.

Окисні властивості неметалів. Властивість неметалічних елементів приєднувати електрони характеризує їхню здатність бути окисниками під час хімічних перетворень. Щоб упевнитися в цьому, проведемо дослід.

Дослід 1. Нагріємо мідний дріт, який має червоний колір, у полум'ї пальника. Він покривається чорним нальотом купрум(ІІ) оксиду. Отже, мідь вступила в реакцію з киснем з утворенням купрум(ІІ) оксиду. Рівняння реакції:

У цій реакції атоми Купруму віддають електрони та є відновниками. Атоми Оксигену приєднують електрони та є окисниками.

Відновні властивості проявляють хлор, азот, сірка, вуглець у реакціях з металами:

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃; 3Mg + N₂ = Mg₃N₂; Fe + S = FeS; Ca + 2C = CaC₂.

Поясніть перехід електронів у рівняннях реакцій. Визначте окисники й відновники.

Окисні властивості неметалів проявляються й під час їхньої взаємодії між собою. Наприклад, у реакції азоту з воднем, сірки з киснем:

У цих реакціях окисником є проста речовина, утворена більш електронегативним елементом.

Визначте, які речовини є окисниками в реакціях між неметалами.

Відновні властивості неметалів. У реакціях з оксидами металічних елементів деякі неметали проявляють відновні властивості.

Дослід 2. Пропустимо водень крізь чорний порошок купрум(ІІ) оксиду, отриманий у досліді 1. Через деякий час мідь з оксиду відновлюється: утворюється речовина червоного кольору. Рівняння реакції:

CuO + H₂ = Cu + H₂O.

Реакції взаємодії оксидів металічних елементів з воднем і вуглецем набули практичного застосування в металургії. Під час реакції цинк оксиду з вуглецем цинк відновлюється до вільного стану:

ZnO + C = Zn + CO.

У металургійній промисловості за допомогою водню відновлюють вольфрам. Рівняння реакції:

WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O.

Зверніть увагу! Неметалічні елементи проявляють здатність утворювати по декілька оксидів. Наприклад, Карбон — CO та СО₂, Сульфур — SO₂ та SO₃, Фосфор — Р₂О₃ та Р₂О₅.

Отже, неметалічні елементи утворюють прості речовини-неметали, які під час хімічних реакцій можуть бути як окисниками, так і відновниками.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• У періодичній системі неметалічні елементи розміщені в правій верхній частині від діагоналі, яку умовно можна провести від Бору до Астату.

• Атоми неметалічних елементів мають досить велику кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні, тому вони переважно приєднують електрони, утворюючи негативно заряджені йони — аніони.

• Неметалічні елементи утворюють прості та складні речовини з ковалентним зв'язком і складні — з йонним зв'язком.

• Окисні властивості неметалів проявляються під час їхньої взаємодії з металами й між собою. У реакціях неметалів між собою проста речовина, утворена більш електронегативним елементом, є окисником.

• У реакціях неметалів з оксидами металічних елементів деякі неметали (водень, вуглець) проявляють відновні властивості.

• Відновні властивості водню й вуглецю використовують у металургії, відновлюючи метали з їхніх оксидів.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

• 1. Поясніть розміщення металічних елементів у періодичній системі.

• 2. Охарактеризуйте фізичні властивості неметалів.

• 3. Обґрунтуйте, чому неметали проявляють окисні властивості.

• 4. Поясніть, у яких реакціях неметали проявляють відновні властивості.

• 5. Укажіть символ хімічного елемента, який має електронну конфігурацію атома 1s²2s²2p⁶3s²3p³.

А Р

Б As

В N

Г Se

• 6. Допишіть праві частини рівнянь реакцій: S + О₂ → ... ; S + Н₂ → ... . Поясніть, які властивості — окисні чи відновні — проявляє сірка.

• 7. Складіть рівняння реакцій за схемою: Р → Р₂О₅ → Н₃РО₄ → Са₃(РО₄)₂.

• 8. Під час реакції магнію з азотом утворився магній нітрид масою 25 г. Обчисліть маси реагентів.

• 9. Унаслідок взаємодії азоту з воднем об'ємом 9 м³ отримали амоніак об'ємом 5 м³. Обчисліть відносний вихід амоніаку.

06.04.2020р. Тема: НЕОБОРОТНІ Й ОБОРОТНІ ХІМІЧНІ ПРОЦЕСИ. ХІМІЧНА РІВНОВАГА. ПРИНЦИП ЛЕ ШАТЕЛЬЄ.

Мета: формування ключових компетентностей:

- Спілкування державною мовою;

- Уміння вчитися впродовж життя;

- Математична компетентність;

- Соціальна та громадянська компетентності;

- Інформаційно – цифрова компетентність.

Формування предметних компетентностей:

- Повторити класифікацію хімічних реакцій за різними ознаками; екзотермічні; ендотермічні реакції; оборотні та необоротні; фактори впливу на швидкість хімічних реакцій;

- Формувати уявлення учнів про хімічну рівновагу, принципі Ле Шательє;

- навчити знаходити оптимальні шляхи для зміщення хімічної рівноваги оборотних реакцій за допомогою тиску, температури та зміни концентрації реагуючих речовин і продуктів реакцій;

- розвивати хімічну мову;

- виховувати інтерес до вивчення хімії.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО НАВЧАЛЬНОГО МАТЕРІАЛУ

За напрямом перебігу реакції поділяють на оборотні й необоротні. Під час вивчення електролітичної дисоціації ви ознайомилися з реакціями електролітів у розчинах, які завершуються повним перетворенням реагентів на продукти.

Умови, за яких хімічні реакції відбуваються.

До них належать реакції, що відбуваються з випаданням осаду, виділенням газу, утворенням води або іншої малодисоційованої речовини.

Отже, хімічні реакції, що відбуваються в одному напрямі до повного перетворення вихідних речовин у продукти реакції, називають необоротними,

Наприклад, проведемо дослід взаємодії натрій карбонату з розчином оцтової кислоти.

Дослід 1. Взаємодія натрій карбонату з розчином оцтової кислоти. У пробірку насиплемо порошок натрій карбонату й доллємо розчин оцтової кислоти:

Na₂CO₃ + CH₃COOH → CH₃COOH + CO₂↑ + H₂O

Реакція припиниться тоді, коли один із реагентів витратиться повністю. Добути натрій карбонат і оцтову кислоту з утворених продуктів практично неможливо.

Отже, ця реакція необоротна, бо під час її перебігу забезпечуються дві умови: виділився газ й утворилась вода.

Дослід 2. Реакція розкладу амоній хлориду. Насиплемо кристали амоній хлориду масою 2,5-3 г у велику пробірку. Отвір пробірки закриємо корком із скловати й нагріватимемо вміст пробірки. Амоній хлорид розкладається з утворенням амоніаку та гідроген хлориду. Згодом у верхній частині пробірки збирається густий дим, що свідчить про взаємодію утворених продуктів між собою. Продуктом реакції є сіль амоній хлорид.

Отже, у пробірці одночасно відбуваються дві реакції: пряма — розклад амоній хлориду та зворотна — утворення вихідної речовини.

Хімічні реакції, які одночасно відбуваються у двох протилежних напрямах (прямому й зворотному), називають оборотними.

У рівняннях оборотних реакцій замість знака «=» ставлять дві стрілки, спрямовані в протилежних напрямах.

Оборотною є реакція взаємодії водню з йодом. Відкрийте підручники на ст.50. Утворення молекул гідроген йодиду — це пряма реакція, а розклад утвореного продукту на водень і йод — зворотна.

Вивчаючи кристалогідрати, ви ознайомилися з оборотною реакцією, яка відбувається під час сильного нагрівання мідного купоросу. Утворюється безводна сіль купрум(ІІ) сульфат. Зневоднюючись, кристалогідрат змінює забарвлення. Утворена безводна сіль має білий колір. Але якщо до неї додати кілька крапель води, то забарвлення зміниться на попереднє. Пряму й зворотну реакцію подамо таким рівнянням:

CuSO₄ ^. 5H₂O ↔ CuSO₄ + 5H₂O

Пригадайте, де використовується мідний купорос? (Найбільше поширення мідний купорос отримав у садівництві. Його використовують шляхом обприскування на садових і городніх ділянках для профілактики і позбуття значного переліку хвороб. Також він підходить для боротьби зі шкідниками, як антисептик, що добре справляється з цвіллю та гниллю конструкцій з деревини).

Оборотні реакції відбуваються в природі. Під час грози температура в зоні електричного розряду становить 2000 °С, унаслідок чого азот і кисень, що містяться в повітрі, взаємодіють між собою. Утворюється нітроген(ІІ) оксид. Однак продукт цієї реакції є нестійкою речовиною й легко розкладається на реагенти. Ці процеси відображає таке рівняння:

N₂ + O₂ ↔ 2NO

Розглянемо швидкість протікання прямої та зворотної реакції.

Спочатку швидкість прямої реакції максимальна. Чому? (бо на початку реакції концентрація вихідних речовин найбільша)

З часом швидкість прямої реакції сповільнюється. Чому? (зменшується концентрація вихідних речовин)

Швидкість зворотної реакції спочатку мінімальна. Чому? (концентрація продуктів реакції мала)

З часом швидкість зворотної реакції зростає. Чому? (збільшується концентрація продуктів реакції)

Настає такий час, коли швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції. Говорять: настає хімічна рівновага.

Хімічна рівновага – стан системи, за якого швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції.

Після досягнення стану хімічної рівноваги реакції не припиняються, вони продовжуються, але ніяких змін у реакційній системі непомітно. Тому рівновагу називають динамічною.

Зміщення хімічної рівноваги.

У хімічній промисловості досить велика кількість оборотних реакцій становить основу виробництва промислово важливих речовин. Це виробництво амоніаку, сульфатної та нітратної кислот, поліетилену, переробка жирів. Тому виникає потреба у зміщенні рівноваги в бік утворення продуктів реакції і виникає потреба керувати оборотними реакціями.

Як змусити реакцію відбуватися в тому напрямку, щоб утворювалися в максимальній кількості ті речовини, які необхідні виробництву?

Зміщення хімічної рівноваги досягають зміною температури, концентрації реагентів, тиску (для газуватих речовин). Проте минає час і швидкості прямої та зворотної реакцій знову зрівнюються – встановлюється нова хімічна рівновага.

Стан хімічної рівноваги може зберігатися за незмінних умов як завгодно довго, але при зміні умов рівновага зміщується.

У 1882 р. француз Анрі Луї Ле Шательє виявив закономірності впливу зовнішніх умов на рівновагу оборотних реакцій. Він сформулював загальний принцип зміщення хімічної рівноваги, який названий на його честь принципом Ле Шательє: якщо на систему, що перебуває в стані хімічної рівноваги, чиниться який – небудь вплив (змінюється тиск, концентрація або температура), то цей вплив сприяє перебігу тієї з двох протилежних реакцій, що послаблює його.

Спершу вважалося, що принцип Ле Шательє можна застосовувати до простих фізичних і хімічних систем. Подальші дослідження показали можливість застосування принципу Ле Шательє і до таких великих систем, як популяції, екосистеми, і навіть до біосфери. Так, наприклад, принципу Ле Шательє підпорядковується екосистема Світового океану. Його біота поглинає до половини вуглекислого газу атмосфери і тим самим компенсує підвищене надходження антропогенного вуглекислого газу. Але біота суходолу вже виведена зі стану, коли вона підпорядковувалася цьому принципу, і в наш час наземні екосистеми в сумі виділяють більше вуглекислого газу, ніж в доантропогенну еру (більше 2,5 млн років тому)

А як ви думаєте, чи діє принцип Ле Шательє в організмі людини?

Чому, коли ми вживаємо кислі фрукти, соки чи п’ємо мінеральну воду з гідролічно лужними катіонами, при засвоєнні їх у шлунково – кишковому тракті, рН крові не змінюється?

З біології 8 класу вам відомо, що людський організм – це біологічна система, у якій діють всі фізико – хімічні закони природи. Кров людини є буферним розчином, що працює за принципом Ле Шатеьє: при вживанні кислих продуктів дія буферної системи направлена на зниження кислотності, при надходженні лужних катіонів – на зниження лужності. Ця система забезпечує гомеостаз організму людини.

Наведіть власні приклади протидії фізичних, біологічних та суспільних процесів впливу ззовні.

Скажіть будь ласка, а як суспільство реагує на подразники відповідно до принципу Ле Шательє?

(кожна система прагне зменшити вплив зовнішніх чинників, які діють на неї. Коли ми тиснемо на людину, хочемо нав’язати свою думку, вона протидіє, особливо підліток. Чим з більшою наполегливістю вам щось старші нав’язують, тим більший спротив ви чините.)

Намагання уряду здійснити соціальні зобов’язання шляхом друкування грошей приводить до підвищення цін, тобто рівновага зміщується таким чином, щоб ослабити задоволення громадян від володіння великою грошовою масою.

1.Зміна температури: підвищення температури сприяє зсуву рівноваги в бік ендотермічної реакції; зменшення температури сприяє зсуву рівноваги в бік екзотермічної реакції. Якщо в термохімічному рівнянні вказано тепловий ефект, то це вказано тепловий ефект прямої реакції.

Наприклад, N₂ + O₂ ↔ 2NO ∆H ≥ 0. У даному випадку реакція утворення нітроген (ІІ) оксиду є ендотермічною, тоді як зворотна до неї – реакція утворення азоту і кисню з нітроген (ІІ) оксиду – є екзотермічною.

Отже, для зсуву рівноваги в бік екзотермічної реакції треба зменшувати температуру, а для зміщення рівноваги в бік ендотермічної реакції треба збільшувати температуру.

2.Зміна концентрації: збільшення концентрації вихідних речовин сприяє зсуву рівноваги в бік продуктів реакції, зменшення концентрації вихідних речовин сприяє зсуву рівноваги в бік вихідних речовин.

Дослід 3. Досліджуємо реакцію:

FeCl₃ + 3NH₄SCN ↔ Fe(SCN)₃ + 3NH₄Cl

Fe(SCN)₃ забарвлено в криваво – червоний колір, інші речовини – безбарвні чи слабкозабарвлені, тому зміна концентрації Fe(SCN)₃ позначиться на зміні забарвлення розчину. Це дозволяє спостерігати за зсувом рівноваги. До 20 мл дистильованої води додаємо 1,5 мл розчину FeCl₃ і 0,5 мл розчину NH₄SCN. Отриманий розчин налийте у 3 пробірки і додайте: в першу – насичений розчин FeCl₃, у другу - насичений розчин NH₄Cl, третя – контроль. Порівнюючи інтенсивність забарвлення з кольором розчину в контрольній пробірці й використовуючи правило Ле Шателье, поясніть зміну забарвлення розчинів.

2. Зміна тиску: впливатиме за умови, що в реакцію вступають гази й об’єми цих газів у процесі реакції змінюються. При підвищенні тиску рівновага зміщується в бік тих речовин, що займають менший об’єм (враховується об’єм лише газів). При зниженні тиску рівновага зміщується в бік речовин, що займають більший об’єм. Якщо об’єми газоподібних речовин в оборотній реакції не змінюються, то зміна тиску не впливає на стан хімічної рівноваги.

N_2(г) + 3H_2(г) ↔ 2NH_3(г)

У реакції відбувається зменшення об’ємів, отже, для зміщення рівноваги в бік амоніаку треба збільшити тиск.

Яке підприємство в Черкасах займається виготовленням аміаку?

Яким способом його добувають? (каталітичним синтезом з азоту і водню під тиском)

Де використовується аміак? (в медицині – нашатирний спирт, рідкий аміак використовують в холодильних установках, головною галуззю його застосування є виробництво нітратної кислоти і азотних добрив)

Де використовуються добрива? (с/г)

Для чого? (для підвищення врожайності)

N₂ + O₂ ↔ 2NO

У даній реакції тиск не впливає на рівновагу, тому що не відбувається зміни об’ємів.

Способи зміщення рівноваги у бажаному напрямку, що базуються на принципі Ле Шательє, відіграють неабияку роль у хімічному виробництві, бо дають можливість добувати з меншими затратами різноманітні речовини.

(ЗНО 2014)

Яка дія сприятиме зміщенню хімічної рівноваги реакції

CO₂ + H₂ ↔ CO + H₂O – Q

в бік утворення карбон (ІІ) оксиду?

А зниження концентрації водню

Б підвищення температури

В зниження пари концентрації водяної пари

Г підвищення тиску

(ЗНО 2017)

У якій з хімічних реакцій підвищення тиску спричинить зміщення хімічної рівноваги в бік утворення реагентів?

А H₂ + I₂ ↔ 2HI

Б 2CO₂ + 2H₂O + 2HCl ↔ CH₃Cl + 3O₂

В 2SO₃ ↔ 2SO₂ + O₂

Г CO₂ + 2N₂ ↔ C_(тв.) + 2N₂O

Позначте відповіді.

V УСВІДОМЛЕННЯ ЗНАНЬ. ТВОРЧА ЛАБОРАТОРІЯ. РОБОТА В ГРУПАХ

1. Як вплине на зміщення хімічної рівноваги збільшення тиску, зменшення температури і збільшення концентрації вихідних речовин у реакції?

2SO₃ ↔ 2SO₂ + O₂ – Q

2. Як вплине на зміщення хімічної рівноваги збільшення тиску, зменшення температури і збільшення концентрації вихідних речовин у реакції?

CH₄ + 2O₂ ↔ CO₂ + 2H₂O + Q

3. Як вплине на зміщення хімічної рівноваги збільшення тиску, зменшення температури і збільшення концентрації вихідних речовин у реакції?

4NH₃ + 5O₂ ↔ 4NO + 6H₂O + Q

4. Як вплине на зміщення хімічної рівноваги збільшення тиску, зменшення температури і збільшення концентрації вихідних речовин у реакції?

N₂ + O₂ ↔ 2NO + Q

5. Як вплине на зміщення хімічної рівноваги збільшення тиску, зменшення температури і збільшення концентрації вихідних речовин у реакції?

2CO + O₂ ↔ 2CO₂ + Q

6. Як вплине на зміщення хімічної рівноваги збільшення тиску, збільшення концентрації вихідних речовин у реакції?

NH₄Cl ↔ NH₃ + HCl

31.03.2020р.

30.03.2020р.