Для каких элементов характерны летучие водородные соединения кратко

Обновлено: 04.07.2024

Летучие водородные соединения - наиболее практически важная группа соединений с водородом. К ним относятся такие часто встречающиеся в природе или используемые в промышленности вещества, как вода, метан и другие углеводороды, аммиак, сероводород, галогеноводороды. Многие из летучих водородных соединений находятся в виде растворов в почвенных водах, в составе живых организмов, а также в газах, образующихся при биохимических и геохимических процессах, поэтому весьма велика их биохимическая и геохимическая роль. [1]

Летучие водородные соединения В и элементов подгрупп IVA-VIIA газообразны; в них связь близка к ковалентной. [2]

Летучие водородные соединения галогенов ( галоводороды) НЭ хорошо растворимы в воде. В водных растворах они ведут себя как кислоты. Объясняется это общим уменьшением прочности связи Н - Э в молекулах галоводородов от фтора к астату. Молекулы наиболее слабой фто-роводородной кислоты склонны к ассоциации, поэтому для нее известны кислые соли. [4]

Летучие водородные соединения галогенов ( галоводороды) НЭ хорошо растворимы в воде. В водных растворах они ведут себя как кислоты. Объясняется это общим уменьшением прочности связи Н - Э в молекулах галоводородов от фтора к астату. Молекулы наиболее слабой фтороводородной кислоты склонны к ассоциации, поэтому для нее известны кислые соли. [5]

Характеристическим летучим водородным соединением углерода является метан. В обычных условиях водород с углеродом не реагирует. Применяются также и другие способы получения метана из сложных органических веществ. В лаборатории метан можно получить разложением карбида алюминия водой. В природе метан постоянно образуется при разложении органических веществ без доступа воздуха. Химическое строение метана определяется Гибридизацией атома углерода. Молекула метана представляет собой правильный тетраэдр, в центре которого находится атом углерода, а по вершинам - атомы водорода. Метан - газ легче воздуха, почти нерастворим в воде, устойчив вплоть до 1000 С. [6]

Характеристическим летучим водородным соединением углерода является метан. В обычных условиях водород с углеродом не реагирует. Применяются также и другие способы получения метана из сложных органических веществ. В лаборатории метан можно получить разложением карбида алюминия водой. В природе метан постоянно образуется при разложении органических веществ без доступа воздуха. Химическое строение метана определяется р3 - гибридизацией атома углерода. Молекула метана представляет собой правильный тетраэдр, в центре которого находится атом углерода, а по вершинам - атомы водорода. Метан - газ легче воздуха, почти нерастворим в воде, устойчив вплоть до 1000 С. [7]

Какие летучие водородные соединения образуют элементы подгруппы углерода. [8]

Из летучих водородных соединений в табл. 8 приведены только простейшие. Наряду с ними образуются также высокомолекулярные летучие водородные соединения, которые получаются вследствие соединения более простых радикалов. Особенно сильно это проявляется в случае углерода, который, как известно, кроме СН4, образует большое число высших углеводородов. В меньшей степени это характерно для бора и кремния. Для летучих соединений водорода с остальными элементами способность к образованию цепей, если она вообще проявляется, ограничивается объединением двух радикалов. [9]

Из летучих водородных соединений в табл. 8 приведены только простейшие. Наряду с ними образуются также высокомолекулярные летучие водородные соединения t которые получаются вследствие соединения более простых радикалов. Особенно сильно это проявляется в случае углерода, который, как известно, кроме СН4, образует большое число высших углеводородов. В меньшей степени это характерно для бора и кремния. Для летучих соединений водорода с остальными элементами способность к образованию цепей, если она вообще проявляется, ограничивается объединением двух радикалов. [10]

Из летучих водородных соединений в табл. 8 приведены только простейшие. Наряду с ними образуются также высокомолекулярные летучие водородные соединения, которые получаются вследствие соединения более простых радикалов. Особенно сильно это проявляется в случае углерода, который, как известно, кроме СН4, образует большое число высших углеводородов. В определенной степени это характерно для бора и кремния. Для летучих соединений водорода с остальными элементами способность к образованию цепей, если она вообще проявляется, в основном ограничивается объединением двух радикалов. [12]

Неметаллы образуют летучие водородные соединения ЭНх , где х 8 - номер группы Эти соединения способны проявлять кислотные и основные свойства. Кислотность также увеличивается сверху вниз по группе из-за уменьшения прочности связи элемент - водород, например: HF - кислота средней силы, HI - сильная кислота. [13]

Усиление восстановительных свойств летучих водородных соединений в подгруппах по мере увеличения порядкового номера элемента является общей закономерностью для всех главных подгрупп. [14]

Соединения водорода с неметаллами — летучие водородные соединения. Это метан, силан, аммиак, фосфин, арсин, сероводород, вода, галогеноводороды. Способы получения и химические свойства.

Строение и физические свойства

Все летучие водородные соединения — газы (кроме воды) при нормальных условиях.

Способы получения силана

Силан образуется при взаимодействии соляной кислоты с силицидом магния:

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

Способы получения аммиака

В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поск ольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.

Например , аммиак можно получить нагреванием смеси хлорида аммония и гидроксида кальция. При нагревании смеси происходит образование соли, аммиака и воды:

Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.

Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.

Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.

Например , гидролиз нитрида кальция:

В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.

Процесс проводят при температуре 500-550 о С и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непрореагировавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.

Способы получения фосфина

В лаборатории фосфин получают водным или кислотным гидролизом фосфидов – бинарных соединений фосфора и металлов.

Например , фосфин образуется при водном гидролизе фосфида кальция:

Или при кислотном гидролизе, например , фосфида магния в соляной кислоте:

Еще один лабораторный способ получения фосфина – диспропорционирование фосфора в щелочах.

Например , фосфор реагирует с гидроксидом калия с образованием гипофосфита калия и фосфина:

Способы получения сероводорода

1. В лаборатории сероводород получают действием минеральных кислот на сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа.

Например , при действии соляной кислоты на сульфид железа (II):

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑

Еще один способ получения сероводорода – прямой синтез из водорода и серы:

Еще один лабораторный способ получения сероводорода – нагревание парафина с серой.

Видеоопыт получения и обнаружения сероводорода можно посмотреть здесь.

2. Также сероводород образуется при взаимодействии растворимых солей хрома (III) и алюминия с растворимыми сульфидами. Сульфиды хрома (III) и алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: х лорид хрома (III) реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида хрома (III), сероводорода и хлорида натрия:

Химические свойства силана

1. Силан — неустойчивое водородное соединение (самовоспламеняется на воздухе). При сгорании силана на воздухе образуется оксид кремния (IV) и вода:

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

2. Силан разлагается водой с выделением водорода:

3. Силан разлагается (окисляется) щелочами :

4. Силан при нагревании разлагается :

Химические свойства фосфина

1. В водном растворе фосфин проявляет очень слабые основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H + ), он превращается в ион фосфония. Основные свойства фосфина гораздо слабее основных свойств аммиака. Проявляются при взаимодействии с безводными кислотами .

Например , фосфин реагирует с йодоводородной кислотой:

Соли фосфония неустойчивые, легко гидролизуются.

2. Фосфин PH₃ – сильный восстановитель за счет фосфора в степени окисления -3. На воздухе самопроизвольно самовоспламеняется:

3. Как сильный восстановитель, фосфин легко окисляется под действием окислителей.

Например , азотная кислота окисляет фосфин. При этом фосфор переходит в степень окисления +5 и образует фосфорную кислоту.

Серная кислота также окисляет фосфин:

С фосфином также реагируют другие соединения фосфора, с более высокими степенями окисления фосфора.

Например , хлорид фосфора (III) окисляет фосфин:

2PH₃ + 2PCl₃ → 4P + 6HCl

Химические свойства сероводорода

1. В водном растворе сероводород проявляет слабые кислотные свойства. Взаимодействует с сильными основаниями, образуя сульфиды и гидросульфиды:

Например , сероводород реагирует с гидроксидом натрия:

H₂S + 2NaOH → Na₂S + 2H₂O
H₂S + NaOH → NaНS + H₂O

2. Сероводород H₂S – очень сильный восстановитель за счет серы в степени окисления -2. При недостатке кислорода и в растворе H₂S окисляется до свободной серы (раствор мутнеет):

В избытке кислорода:

3. Как сильный восстановитель, сероводород легко окисляется под действием окислителей.

Например, бром и хлор окисляют сероводород до молекулярной серы:

H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓

H₂S + Cl₂ → 2HCl + S↓

Под действием избытка хлора в водном растворе сероводород окисляется до серной кислоты:

Например , азотная кислота окисляет сероводород до молекулярной серы:

При кипячении сера окисляется до серной кислоты:

Прочие окислители окисляют сероводород, как правило, до молекулярной серы.

Например , оксид серы (IV) окисляет сероводород:

Соединения железа (III) также окисляют сероводород:

H₂S + 2FeCl₃ → 2FeCl₂ + S + 2HCl

Бихроматы, хроматы и прочие окислители также окисляют сероводород до молекулярной серы:

Серная кислота окисляет сероводород либо до молекулярной серы:

Либо до оксида серы (IV):

4. Сероводород в растворе реагирует с растворимыми солями тяжелых металлов : меди, серебра, свинца, ртути, образуя черные сульфиды, нерастворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах.

Например , сероводород реагирует в растворе с нитратом свинца (II). при этом образуется темно-коричневый (почти черный) осадок, нерастворимый ни в воде, ни в минеральных кислотах:

Взаимодействие с нитратом свинца в растворе – это качественная реакция на сероводород и сульфид-ионы.

Видеоопыт взаимодействия сероводорода с нитратом свинца можно посмотреть здесь.

Химические свойства прочих водородных соединений

Кислоты образуют в водном растворе: водородные соединения VIA (кроме воды) и VIIA подгрупп.

Водородные соединения – вещества, состоящие из водорода и какого-либо другого химического элемента. Их можно классифицировать на две группы:

солеобразные гидриды – молекулы щелочных и щелочно-земельных металлов, а также алюминия (водород в молекуле проявляет степень окисления -1);
летучие водородные соединения – молекулы водорода и неметалла (водород в соединениях проявляет степень окисления +1).

Например, натрий не образует летучие водородные соединения. В гидриде натрия NaH атом водорода проявляет степень окисления -1, поэтому молекула относится к группе солеобразных гидридов.

Физические свойства

Все летучие соединения, кроме воды, существуют только в состоянии газов. Они обычно выступают в роли сильных восстановителей. Проявляют основные, кислотные и основные свойства. Связь между водородом и неметаллом близка к ковалентной.

Летучие водородные соединения галогенов хорошо растворимы в воде. В водных растворах они ведут себя как кислоты. Восстановительные свойства по мере увеличения порядкового номера элемента усиливают, а окислительные свойства – уменьшаются. Кислотность увеличивается сверху вниз по группе из-за уменьшения прочности связи элемент-водород.

Способы получения некоторых соединений

Летучие водородные соединения образуют такие элементы как азот N, фосфор Р, сера S и другие. В ним относятся аммиак NH₃, фосфин РН₃, сероводород H₂S и др. Существует несколько способов получения летучих соединений.

Лабораторные способы

Хлорид аммония+щелочь→аммиак+хлорид натрия+вода
- NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃ + H₂O
- Для проведения реакции смесь соли щелочи необходимо растолочь в ступке и нагреть. Образовавшийся аммиак накапливают в пробирке. Т. к. аммиак легче воздуха, пробирку необходимо держать вверх дном. Лакмус при действии аммиака синеет.
Нитрид кальция+вода→аммиак+гидроксид кальция
- Ca₃N₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2NH₃
Фосфид кальция+вода→гидроксид кальция+фосфин
- Ca₃P₂ + 6H₂O→3Ca(OH)₂ + 2PH₃
Фосфид магния+соляная кислота→хлорид магния+фосфин
- Mg3P₂ + 6HCl→3MgCl₂ + 2PH₃
Сульфид железа (II)+соляная кислота→хлорид железа (II)+сероводород
- FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S
Сера+водород→сероводород
- S + H₂ → H₂S

Промышленные способы аммиака

Реакция проходит при повышении температуры до 500-550˚С, в присутствии катализатора и изменении давления до 15-30 МПа. В роли катализатора может выступать губчатое железо с примесями оксидов алюминия, калия, кальция, кремния.

Летучие водородные соединения в природе

Летучие соединения с водородом постоянно окружают нас и активно используются человеком. Они могут находиться в растворенном виде в почвенных водах, в живых организмах. В результате биохимических и геохимических процессов образуются летучие водородные газы. Таким образом, без летучих водородных соединений невозможно представить жизнь на нашей планете.

Оксиды.

Оксиды —очень распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной.

Названия оксидов образуются по схеме:

Название оксида = "оксид" + название элемента в родительном падеже + (степень окисления- римская цифра), если переменная, если постоянная , то не ставим.

Примеры оксидов. У некоторых есть тривиальное (историческое)название.

1. H₂O - оксид водорода вода

CO₂ - оксид углерода (IV) углекислый газ ( диоксид углерода)

CO –оксид углерода(II) угарный газ (монооксид углерода)

Na₂O — оксид натрия

Al₂O₃ — оксид алюминия глинозём

CuO — оксид меди(II)

FeO — оксид железа(II)

Fe₂О₃ — оксид железа(III) гематит (красный железняк)

SO₂ — оксид серы (IV) сернистый газ

CaO — оксид кальция негашёная известь

SiO₂ — оксид кремния песок (кремнезём)

MnO — оксид марганца(II)

NO— оксид азота (II)

N2O3— оксид азота (III)

N2O5— оксид азота (V)

Индексы в формуле расставляем с учётом степени окисления ХЭ:

Записать оксиды, расставить степени окисления ХЭ. Уметь по названию составлять формулу оксида.

Другие бинарные соединения.

Летучие водородные соединения.

В ПС внизу есть горизонтальная строка "Летучие водородные соединения".
Там перечислены формулы: RH4 RH3 RH2 RH
Каждая формула относится к своей группе.

Например, написать формулу летучего водородного соединения N(азот).

Находим его в ПС и смотрим, какая формула записана под V группой.

Там RH3. Вместо R подставляем элемент азот, получается аммиак NH3.

SiH4 – силан бесцветный газ с неприятным запахом
PH3 – фосфин ядовитый газ с запахом гнилой рыбы

AsH₃ – арсин ядовитый газ с чесночным запахом
H2S - сероводород ядовитый газ с запахом тухлых яиц
HCl – хлороводород газ с резким запахом, дымящий в воздухе, его раствор в воде называют соляной кислотой. В малых концентрациях содержится в желудочном соке.

NH3 аммиак газ с резким раздражающим запахом.

Его раствор в воде называется нашатырным спиртом.

Гидриды металлов.

Дома : параграф 19 , упр. 3,4 письменно. Формулы, как они образуются, названия бинарных соединений из конспекта знать.

Бинарные соединения.