Какая из галогеноводородных кислот самая сильная?

Иодоводородная HI

Бромоводородная HBr

С какими веществами реагирует разбавленная соляная кислота?

Гидроксид натрия

Какого цвета осадок выпадает при добавлении нитрата серебра к раствору бромида натрия?

Осадок не выпадает

Почему плавиковую кислоту не хранят в стеклянной посуде?

Она реагирует с оксидом кремния(IV), входящим в состав стекла

Она разлагается на свету

Она очень летучая

Она окисляет стекло до кремния

Соединения галогенов — 9 класс, химия: объяснение, примеры, задачи

Что нужно знать до

Если что-то из этого забылось, начни оттуда — так будет понятнее.

Галогены — элементы VIIA-группы

Коротко о главном

Галогеноводороды HF, HCl, HBr, HI — ядовитые газы с резким запахом. В воде они образуют галогеноводородные кислоты, сила которых растёт от HF к HI. Соли этих кислот — галогениды; ионы $\mathrm{Cl^-}$ , $\mathrm{Br^-}$ , $\mathrm{I^-}$ узнают по цвету осадка с нитратом серебра, ион $\mathrm{F^-}$ — по осадку с солью кальция.

\mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow}

Подробное объяснение

Откройте бутылку с концентрированной соляной кислотой во влажный день — над горлышком появится белёсый «дымок». Это хлороводород выходит из раствора и, встречая пары воды в воздухе, растворяется в них, образуя мельчайшие капли кислоты. Так ведёт себя типичное соединение галогена с водородом.

Галогеноводороды

Общая формула — HГ, где Г — фтор, хлор, бром или иод. Связь H–Г ковалентная полярная. Все галогеноводороды — бесцветные газы с резким удушливым запахом, ядовитые, прекрасно растворимые в воде.

Как получают. В промышленности хлороводород синтезируют из простых веществ:

\mathrm{H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl}

В лаборатории нагревают твёрдую соль с нелетучей концентрированной кислотой. Обмен в растворах здесь не идёт — ни осадка, ни газа, ни воды. А вот без воды летучий хлороводород улетает из смеси, и реакция идёт:

\mathrm{NaCl_{(тв.)} + H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t} NaHSO_4 + HCl\uparrow}

Для бромоводорода и иодоводорода серная кислота не годится: она окисляет ионы

\mathrm{Br^-}

и

\mathrm{I^-}

до свободных галогенов. Поэтому берут фосфорную кислоту — она не окислитель.

Галогеноводородные кислоты

Растворы галогеноводородов называют: HF — фтороводородная (плавиковая), HCl — хлороводородная (соляная), HBr — бромоводородная, HI — иодоводородная. В воде они отщепляют ионы водорода:

\mathrm{HCl \rightarrow H^+ + Cl^-}

От фтора к иоду радиус атома растёт, связь H–Г становится длиннее и слабее, поэтому ион

\mathrm{H^+}

отрывается легче и кислота сильнее. HCl, HBr и HI — сильные кислоты, а HF — кислота слабая (средней силы), в ионных уравнениях её пишут молекулой.

Химические свойства — обычные для кислот: реакции с металлами до водорода в ряду напряжений, с основными и амфотерными оксидами, основаниями, солями (если выпадает осадок или выделяется газ). Особое свойство плавиковой кислоты — она растворяет оксид кремния(IV), главную часть стекла:

\mathrm{4HF + SiO_2 \rightarrow SiF_4 + 2H_2O}

Поэтому её держат в пластике, а стекло с её помощью травят — наносят матовые узоры.

Соляная кислота — самая важная из них: её используют для очистки (травления) металлов перед покрытием, получения хлоридов, лекарств, пластмасс и красителей. Она есть и в нашем желудочном соке.

Схема-таблица для HF, HCl, HBr, HI. Стрелками слева направо показано — длина связи растёт, прочность и полярность падают, сила кислоты и восстановительные свойства растут. Внизу — осадки с Ag⁺ — AgF нет, AgCl белый, AgBr светло-жёлтый, AgI жёлтый. — Чем больше атом галогена, тем длиннее и слабее связь H–Г и тем сильнее кислота.

Галогениды и качественные реакции

Соли — фториды, хлориды, бромиды, иодиды — твёрдые кристаллические вещества, большинство хорошо растворимо. Исключения — соли серебра $\mathrm{AgCl}$ , $\mathrm{AgBr}$ , $\mathrm{AgI}$ . На этом построено обнаружение ионов: к раствору добавляют $\mathrm{AgNO_3}$ и смотрят на цвет осадка — белый ( $\mathrm{AgCl}$ ), светло-жёлтый ( $\mathrm{AgBr}$ ), жёлтый ( $\mathrm{AgI}$ ). Фторид серебра растворим, поэтому ион $\mathrm{F^-}$ ищут ионом кальция:

\mathrm{Ca^{2+} + 2F^- \rightarrow CaF_2\downarrow}

Как решать задачи

Запишите уравнение реакции и проверьте коэффициенты.
Если дан раствор, найдите массу растворённого вещества: $m = m(\text{р-ра}) \cdot \omega$ .
Найдите количество вещества: $$n = m/M$$ или $$n = V/V_m$$ , $V_m = 22{,}4$ л/моль.
По коэффициентам перейдите к искомому веществу.
Переведите в граммы или литры и проверьте, разумен ли ответ.

Разобранные примеры

База

Распознать хлорид и иодид

Условие

В двух пробирках без надписей — растворы хлорида калия и иодида калия. Как их различить одним реактивом? Запишите уравнения.

Решение

Добавим в обе пробирки по нескольку капель раствора нитрата серебра. В одной выпадет белый творожистый осадок — там хлорид:

\mathrm{KCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + KNO_3}, \quad \mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow}

В другой — жёлтый осадок, там иодид:

\mathrm{KI + AgNO_3 \rightarrow AgI\downarrow + KNO_3}, \quad \mathrm{Ag^+ + I^- \rightarrow AgI\downarrow}

Ответ: Реактив AgNO₃: белый осадок — KCl, жёлтый — KI.

Средний

Сколько соли нужно для хлороводорода

Условие

Какую массу хлорида натрия нужно взять, чтобы при нагревании с концентрированной серной кислотой получить 7,3 г хлороводорода?

Дано

$m(\mathrm{HCl}) = 7{,}3$ г

Найти

$m(\mathrm{NaCl})$ . $\mathrm{NaCl + H_2SO_4 \xrightarrow{t} NaHSO_4 + HCl\uparrow}$ $n(\mathrm{HCl}) = \dfrac{7{,}3}{36{,}5} = 0{,}2$ моль. По уравнению $n(\mathrm{NaCl}) = n(\mathrm{HCl}) = 0{,}2$ моль

Решение

$m(\mathrm{NaCl}) = 0{,}2 \cdot 58{,}5 = 11{,}7$ г.

Ответ: 11,7 г

Сложный

Состав смеси галогенидов по массе осадка

Условие

Смесь хлорида натрия и иодида натрия массой 8,85 г растворили в воде и добавили избыток нитрата серебра. Масса осадка составила 19,05 г. Найдите массу каждой соли в смеси.

Дано

$m(\text{смеси}) = 8{,}85$ г
$m(\text{осадка}) = 19{,}05$ г

Найти

$m(\mathrm{NaCl})$
$m(\mathrm{NaI})$ . $\mathrm{NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3}$ $\mathrm{NaI + AgNO_3 \rightarrow AgI\downarrow + NaNO_3}$ Пусть $n(\mathrm{NaCl}) = x$
$n(\mathrm{NaI}) = y$ . В каждой реакции натрий (23) заменяется серебром (108)
и масса каждого моля соли растёт на $$108 - 23 = 85$$ г. Значит
$$85(x + y) = 19{,}05 - 8{,}85 = 10{,}2$$
откуда $$x + y = 0{,}12$$ моль

Решение

Масса смеси: $$58{,}5x + 150y = 8{,}85$$ . Подставим $$y = 0{,}12 - x$$ : $$58{,}5x + 18 - 150x = 8{,}85$$ , отсюда $$91{,}5x = 9{,}15$$ и $$x = 0{,}1$$ моль, $$y = 0{,}02$$ моль.

$m(\mathrm{NaCl}) = 0{,}1 \cdot 58{,}5 = 5{,}85$ г; $m(\mathrm{NaI}) = 0{,}02 \cdot 150 = 3$ г.

Ответ: 5,85 г NaCl и 3 г NaI

Типичные ошибки

Ищут фторид-ион нитратом серебра

Почему неверно

Фторид серебра $\mathrm{AgF}$ , в отличие от хлорида, бромида и иодида, растворим в воде. С нитратом серебра раствор фторида ничего не покажет, и можно решить, что фтора в нём нет.

Как правильно

Ион $\mathrm{F^-}$ обнаруживают растворимой солью кальция: выпадает белый осадок $\mathrm{CaF_2}$ . Нитрат серебра — реактив на $\mathrm{Cl^-}$ , $\mathrm{Br^-}$ , $\mathrm{I^-}$ .

Получают HBr и HI так же, как HCl, — с концентрированной серной кислотой

Почему неверно

Ионы $\mathrm{Br^-}$ и особенно $\mathrm{I^-}$ — сильные восстановители. Концентрированная серная кислота окисляет их до $\mathrm{Br_2}$ и $\mathrm{I_2}$ , и вместо чистого галогеноводорода получается смесь с галогеном и продуктами восстановления серы.

Как правильно

Для HBr и HI берут нелетучую кислоту без окислительных свойств — концентрированную фосфорную: $\mathrm{KBr + H_3PO_4 \rightarrow KH_2PO_4 + HBr\uparrow}$ .

Пишут плавиковую кислоту ионами, как соляную

Почему неверно

Связь H–F очень прочная, HF диссоциирует слабо. Запись $\mathrm{H^+ + F^-}$ в ионном уравнении неверна так же, как запись ионами уксусной кислоты.

Как правильно

В ионных уравнениях HF пишут молекулой: $\mathrm{HF + OH^- \rightarrow F^- + H_2O}$ . Ионами записывают только сильные HCl, HBr, HI.

Проверь себя

Ответь на вопросы — после каждого ответа появится пояснение.

Проверь себя по всему разделу

Задачи для тренировки

От простых к сложным. Подсказку, решение и ответ открывай, только когда попробовал сам.

База Задача 1

Как с помощью одного реактива отличить раствор хлорида калия от раствора нитрата калия? Запишите сокращённое ионное уравнение.

Подсказка

Какой катион даёт с хлорид-ионом осадок?

Решение

Добавим в обе пробирки раствор нитрата серебра $\mathrm{AgNO_3}$ . В растворе $\mathrm{KCl}$ выпадет белый творожистый осадок хлорида серебра, в растворе $\mathrm{KNO_3}$ изменений не будет:

\mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow}

Ответ

Нитратом серебра — с KCl белый осадок, Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓

База Задача 2

Запишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения реакции соляной кислоты с магнием.

Подсказка

Магний стоит в ряду напряжений до водорода.

Решение

\mathrm{Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow}

\mathrm{Mg + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2\uparrow}

Магний — восстановитель, ионы водорода — окислитель.

Ответ

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑; Mg + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂↑

Средний Задача 3

К раствору, содержащему 11,7 г хлорида натрия, добавили избыток раствора нитрата серебра. Какая масса осадка образовалась?

Подсказка

Количество вещества осадка равно количеству вещества хлорида натрия.

Решение

Дано

$m(\mathrm{NaCl}) = 11{,}7$ г

Найти

$m(\mathrm{AgCl})$ . $\mathrm{NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3}$ $M(\mathrm{NaCl}) = 58{,}5$ г/моль
$n(\mathrm{NaCl}) = \dfrac{11{,}7}{58{,}5} = 0{,}2$ моль. По уравнению $n(\mathrm{AgCl}) = n(\mathrm{NaCl}) = 0{,}2$ моль; $M(\mathrm{AgCl}) = 108 + 35{,}5 = 143{,}5$ г/моль. $m(\mathrm{AgCl}) = 0{,}2 \cdot 143{,}5 = 28{,}7$ г

Ответ

28,7 г

Средний Задача 4

Почему иодоводород нельзя получить, нагревая твёрдый иодид калия с концентрированной серной кислотой, а хлороводород из хлорида натрия так получают?

Подсказка

Сравните восстановительные свойства ионов $\mathrm{Cl^-}$ и $\mathrm{I^-}$ .

Решение

Концентрированная серная кислота — сильный окислитель. Ион $\mathrm{Cl^-}$ — слабый восстановитель, она его не окисляет, и летучий $\mathrm{HCl}$ просто вытесняется из соли. Ион $\mathrm{I^-}$ — сильный восстановитель: серная кислота окисляет его до свободного иода, и вместо иодоводорода получается смесь $\mathrm{I_2}$ , $\mathrm{H_2S}$ (или $\mathrm{SO_2}$ ) и воды. Поэтому $\mathrm{HI}$ и $\mathrm{HBr}$ получают с фосфорной кислотой, которая окислительных свойств не проявляет:

\mathrm{KI + H_3PO_4 \xrightarrow{t} KH_2PO_4 + HI\uparrow}

Ответ

Концентрированная H₂SO₄ окисляет I⁻ до I₂; для HI берут H₃PO₄

Сложный Задача 5

Через раствор, содержащий 10,3 г бромида натрия, пропускали хлор до окончания реакции. Какой объём хлора (н. у.) вступил в реакцию и какая масса брома выделилась?

Подсказка

Хлор — более активный галоген, он вытесняет бром из бромидов.

Решение

Дано

$m(\mathrm{NaBr}) = 10{,}3$ г

Найти

$V(\mathrm{Cl_2})$
$m(\mathrm{Br_2})$ . $\mathrm{2NaBr + Cl_2 \rightarrow 2NaCl + Br_2}$ $M(\mathrm{NaBr}) = 23 + 80 = 103$ г/моль
$n(\mathrm{NaBr}) = \dfrac{10{,}3}{103} = 0{,}1$ моль. По уравнению $n(\mathrm{Cl_2}) = n(\mathrm{Br_2}) = \dfrac{0{,}1}{2} = 0{,}05$ моль. $V(\mathrm{Cl_2}) = 0{,}05 \cdot 22{,}4 = 1{,}12$ л; $m(\mathrm{Br_2}) = 0{,}05 \cdot 160 = 8$ г

Ответ

1,12 л хлора; 8 г брома

Сложный Задача 6

К 200 г соляной кислоты с массовой долей хлороводорода 7,3 % добавили избыток мрамора (карбоната кальция). Какой объём углекислого газа (н. у.) выделился?

Подсказка

Сначала найдите массу хлороводорода в растворе, а не берите массу раствора.

Решение

Дано

$m(\text{р-ра}) = 200$ г
$\omega(\mathrm{HCl}) = 7{,}3\,\%$

Найти

$V(\mathrm{CO_2})$ . $\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow}$ $m(\mathrm{HCl}) = 200 \cdot 0{,}073 = 14{,}6$ г; $n(\mathrm{HCl}) = \dfrac{14{,}6}{36{,}5} = 0{,}4$ моль. По уравнению $n(\mathrm{CO_2}) = \dfrac{0{,}4}{2} = 0{,}2$ моль; $V(\mathrm{CO_2}) = 0{,}2 \cdot 22{,}4 = 4{,}48$ л

Ответ

4,48 л

Для родителя

Как объяснить за 5 минут. Возьмите четыре «родственника» — HF, HCl, HBr, HI. Атом галогена у них всё крупнее, и «рука», которой он держит водород, всё длиннее и слабее. Поэтому самый крупный, иод, отпускает водород легче всех — HI самая сильная кислота. А узнают этих родственников по «следам»: с серебром хлор, бром и иод дают осадки разного цвета — белый, светло-жёлтый, жёлтый; фтор осадка с серебром не даёт, его ловят кальцием.

Вопросы для проверки понимания: 1) Почему хлороводород получают из твёрдой соли и концентрированной кислоты, а не из растворов? 2) Какой реактив различит растворы NaCl, NaBr и NaI и что при этом видно? 3) Почему плавиковую кислоту хранят в пластиковых бутылках?

На что обратить внимание. Ребёнок должен уметь писать уравнения кислотных свойств соляной кислоты в молекулярной и ионной формах, помнить цвета осадков солей серебра и исключение для фторида. В расчётах частая ошибка — подставлять массу раствора кислоты вместо массы хлороводорода.

Где в учебниках

Учебник	Параграф	Упражнения
Химия. 9 класс (Габриелян, Остроумов, Сладков)	§ 12	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12