Элементы VIIA–IVA-групп и их важнейшие соединения

Слайд 1. Элементы VIIA–IVA-групп и их важнейшие соединения

Химия, 9 класс

Слайд 2. Положение элементов в периодической системе

Элементы главных подгрупп VIIA, VIA, VA и IVA-групп относятся соответственно к галогенам, халькогенам, пниктогенам и углеродной группе.

При движении сверху вниз увеличивается радиус атома, ослабевает притяжение внешних электронов и обычно усиливаются металлические свойства.

Число электронов на внешнем уровне определяет характерные степени окисления и свойства соединений.

Слайд 3. Галогены: общая характеристика

На внешнем уровне атомы имеют семь электронов. Для завершения внешнего уровня им не хватает одного электрона.

Галогены образуют двухатомные молекулы: $F_2$, $C{l}_2$, $B{r}_2$, $I_2$. Их окислительная способность уменьшается сверху вниз.

Типичная степень окисления галогенов в солях — $-1$. С металлами они образуют галогениды, например $NaCl$.

Слайд 4. Хлор: свойства и получение

Хлор — жёлто-зелёный газ с резким запахом, ядовитый и тяжелее воздуха. Он реагирует с металлами, водородом и водой.

В лаборатории хлор получают окислением хлороводорода, например диоксидом марганца: $Mn{O}_2+4HCl\to MnC{l}_2+C{l}_2+2H_{2}O$.

В промышленности важный способ — электролиз раствора хлорида натрия.

Слайд 5. Хлороводород, соляная кислота и хлориды

• Хлороводород $HCl$ — бесцветный газ, хорошо растворимый в воде.

• Водный раствор $HCl$ называют соляной кислотой.

• Соляная кислота проявляет свойства сильной кислоты: реагирует с металлами, основаниями и карбонатами.

• Хлориды — соли соляной кислоты; среди них есть растворимые и малорастворимые вещества.

• Применение: очистка металлов, получение веществ, лабораторный анализ.

Слайд 6. Качественная реакция на хлорид-ион

К исследуемому раствору добавляют раствор нитрата серебра. В присутствии хлорид-ионов образуется белый творожистый осадок хлорида серебра: $A{g}^{+}+C{l}^{-}\to AgCl\downarrow$.

Белый осадок подтверждает наличие $C{l}^{-}$. Реактивы нельзя пробовать, а опыт проводят малыми порциями в защитных очках. Обсудите: почему для анализа используют именно растворимую соль серебра?

Слайд 7. Сера: свойства и применение

Сера имеет шесть электронов на внешнем уровне и может проявлять степени окисления $-2$, $+4$, $+6$.

Жёлтое твёрдое хрупкое вещество, практически не растворяется в воде.

Реагирует с металлами и водородом, а при горении в кислороде образует диоксид серы: $S+O_2\to S{O}_2$.

Используется для производства серной кислоты, спичек, резины, лекарственных и защитных средств.

Слайд 8. Сероводород, сульфиды и оксиды серы

Сероводород $H_{2}S$ — ядовитый газ с запахом тухлых яиц. В растворе он проявляет свойства слабой кислоты и образует сульфиды.

Диоксид серы $S{O}_2$ — кислотный оксид, который реагирует с водой с образованием сернистой кислоты $H_{2}S{O}_3$. При дальнейшем окислении образуется триоксид серы $S{O}_3$ — важный промежуточный продукт производства серной кислоты.

Слайд 9. Серная кислота: свойства и правила работы

• Разбавленная серная кислота реагирует с активными металлами, основаниями, основными оксидами и карбонатами.

• Концентрированная кислота — сильный электролит, обладает водоотнимающим и окислительным действием.

• При разбавлении кислоту вливают в воду небольшими порциями, а не наоборот.

• Сульфаты — соли серной кислоты; многие из них хорошо растворимы в воде.

• Применение: производство удобрений, аккумуляторов, красителей и других веществ.

Слайд 10. Азот и элементы VA-группы

На внешнем уровне пять электронов. Для элементов группы характерны разные степени окисления, включая отрицательные и положительные.

Молекула $N_2$ содержит прочную тройную связь, поэтому при обычных условиях азот малоактивен.

При нагревании и в присутствии катализаторов азот реагирует с водородом, металлами и кислородом.

Слайд 11. Аммиак и соли аммония

Аммиак $N{H}_3$ — бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде. Его водный раствор проявляет щелочные свойства.

Промышленное получение основано на реакции $N_2+3H_2\rightleftharpoons 2N{H}_3$. Аммиак используют для производства азотных удобрений и азотной кислоты.

Соли аммония содержат ион $N{H}_4^{+}$, например $N{H}_{4}Cl$ и $(N{H}_4{)}_{2}S{O}_4$.

Слайд 12. Качественная реакция на ион аммония

К раствору соли аммония добавляют щёлочь и нагревают. Выделяется аммиак: $N{H}_4^{+}+O{H}^{-}\to N{H}_3\uparrow +H_{2}O$.

Аммиак обнаруживают по резкому запаху очень осторожно, не поднося сосуд близко к лицу, или по посинению влажной красной лакмусовой бумаги. Задание: объясните, почему влажный индикатор меняет цвет.

Слайд 13. Оксиды азота, азотная кислота и нитраты

Оксиды азота имеют разные свойства: $NO$ на воздухе окисляется до $N{O}_2$, а $N{O}_2$ — бурый токсичный газ и кислотный оксид.

Азотная кислота $HN{O}_3$ — сильная кислота и окислитель. В отличие от разбавленной, концентрированная кислота пассивирует железо и алюминий при определённых условиях.

Нитраты — соли азотной кислоты. Многие нитраты хорошо растворимы в воде и применяются как удобрения.

Слайд 14. Фосфор, фосфорная кислота и фосфаты

• Фосфор — неметалл, существующий в виде аллотропных модификаций, например белого и красного фосфора.

• Белый фосфор очень активен и ядовит; красный фосфор устойчивее.

• При горении фосфора образуется оксид фосфора, взаимодействующий с водой.

• Фосфорная кислота $H_{3}P{O}_4$ — кислота средней силы.

• Фосфаты применяют в удобрениях, моющих средствах и производстве материалов.

Слайд 15. Углерод, оксиды и карбонаты

Углерод восстанавливает некоторые оксиды металлов при нагревании. При полном горении образуется углекислый газ $C{O}_2$, при недостатке кислорода — угарный газ $CO$. Угарный газ ядовит.

Углекислый газ растворяется в воде с образованием угольной кислоты $H_{2}C{O}_3$. Её соли — карбонаты и гидрокарбонаты. Карбонаты реагируют с кислотами с выделением $C{O}_2$.

Слайд 16. Кремний и силикатная промышленность

Кремний

Диоксид кремния

Силикаты

Промышленность

Полупроводниковый материал, используемый в электронике и солнечных элементах.

Твёрдое вещество, входящее в состав песка, кварца и многих природных материалов.

Соли кремниевых кислот; широко распространены в минералах и горных породах.

Производство стекла, керамики, цемента и силикатного кирпича основано на переработке силикатного сырья.

Слайд 17. Итоги и проверка понимания

• Сравните окислительные свойства галогенов и объясните изменение свойств элементов в группах.

• Запишите признаки качественных реакций на ионы $C{l}^{-}$, $N{H}_4^{+}$ и $C{O}_3^{2-}$.

• Объясните различия между разбавленной и концентрированной серной кислотой.

• Назовите области применения аммиака, серной кислоты, фосфатов, карбонатов и силикатов.

• Сформулируйте, как строение и положение элемента в периодической системе связаны с его химическими свойствами.