При виконанні завдань цього розділу необхідно, користуючись рекомендованою літературою, докладно надати:
· електронну будову вказаного елементу і його можливі ступені окислення;
· поширення елементу в природі і основні мінерали, в яких він зустрічається;
· лабораторні та промислові методи добування;
· фізичні і хімічні властивості елементу;
· галузі застосування елементу;
· значення елементу для життєдіяльності людини і, при необхідності, його токсичність;
· основні методи добування вказаних сполук даного елементу, їх фізичні і хімічні властивості та основні галузі застосування.
Приклад 7.1. Дайте повну характеристику методів добування, фізичних і хімічних властивостей і галузей застосування натрію та його гідроксиду.
Розв’язок.
Електронна будова елементу. Натрій – це s - елемент, що знаходиться в третьому періоді і головній підгрупі першої групи ПСЕ. Заряд ядра атому +11. Він має таку електронну конфігурацію: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 1. На зовнішньому енергетичному рівні атом натрію має 1 електрон і при хімічній взаємодії внаслідок низької електронегативності (0,9 по шкалі Полінга) виявляє ступень окислення +1.
Поширення в природі. В природі натрій внаслідок високої хімічної активності у вільному стані не зустрічається. Це достатньо поширений в природі елемент: атоми натрію складають 2,6 % від загальної маси земної кори (~ 6×1017 т). В ґрунті найбільш поширеними мінералами, що містять натрій, є алюмосилікати – в першу чергу польові шпати і слюда. Однак для виробництва натрію та його сполук найчастіше застосовується: натрій хлорид – NaCl (кам’яна сіль), сильвініт – NaCl×КCl, кристалогідрат натрій сульфату – Na2SO4×10H2O (глауберова сіль). Гідратовані катіони натрію в значній кількості міститься також у морській воді і солоних природних джерелах.
Методи добування. Одержання лужних металів становить значні труднощі. Внаслідок високої активності їх неможливо одержати шляхом термічного відновлення зі сполук або електролізом водних розчинів солей.
В промисловості натрій добувають електролізом розплавів, що містять натрій хлориду. Щоб знизити температуру плавлення NaCl (801 оС), до нього додають КCl, NaF, СаCl2 та інші солі. Це дає змогу вести електроліз за температури 580 оС. При електролізі розплаву NaCl на залізному катоді виділяється натрій, а на графітовому аноді – хлор:
Катод (–) Na+ + 1ē = Na
Анод (+) 2Cl- – 2ē = Cl2
Іноді натрій добувають з розплаву натрій гідроксиду (температура плавлення 321 оС). В процесі електролізу NaОН на залізному катоді виділяється натрій, а на аноді відбувається розрядження гідроксильних груп ОН–:
Катод (–) Na+ + 1ē = Na
Анод (+) 4ОН- – 4ē = О2 + 2Н2О
Перевагою другого методу є низька температура проведення процесу, недоліком – висока вартість сировини.
Фізичні властивості. Натрій – сріблясто-білий, дуже м’який, легкоплавкий метал густиною 0,97 г/см3 і з температурою плавлення 97,5 0С. Він відзначається, як і усі метали, високою електричною провідністю, теплопровідністю, пластичністю. Зберігають чистий натрій в герметичній упаковці або під шаром гасу, з метою запобігання його контакту з киснем повітря. Просто неба цей метал легко займається.
Хімічні властивості. Натрій – хімічно активний метал, в хімічних реакціях виявляє сильні відновні властивості.
· При згорянні на повітрі він енергійно взаємодіє з киснем, утворюючи натрій пероксид: 2Na + О2 = Na2О2.
· Натрій енергійно взаємодіє з більшістю неметалів, утворюючи бінарні сполуки, відповідно хлорид, сульфід, гідрід:
2Na + Cl2 = 2NaCl;
2Na + S = Na2S;
2Na + Н2 = 2NaН.
· Натрій бурхливо реагує з водою і кислотами, витісняючи гідроген:
2Na + 2Н2О = 2NaОН. + Н2;
Na + 2НCl = 2NaCl + Н2.
· З кислотами-окислювачами натрій реагує, як активний метал, відновлюючи сульфур в концентрованій сульфатній кислоті до ступеню окислення –2, а нітроген в розбавленій нітратній кислоті до –3:
8Na + 5H2SO4 = 4Na2SO4 + H2S + 4H2O
8Na + 10HNO3 = NH4NO3 + 8NaNO3 + 3H2O.
· Натрій реагує з амоніаком, утворюючи амід:
2Na + 2Н3N = 2Na–NH2 + Н2
Застосування. Чистий металічний натрій використовують як рідкий теплоносій в атомних реакторах, як відновник у виробництві титану, а також як реагент в синтезі Вюрца.
Значення натрію в життєдіяльності людини.
Натрій – це біогенний елемент необхідний для регулювання метаболізму живих кліток. Основна маса натрію в організмі людини перебуває в позаклітинному розчині у вигляді іонів Na+ і приймає участь у біохімічних процесах на поверхні кліток. Катіони натрію приймає участь в активізації певних ферментів. Організм людини містить до 100 г натрію, а потрібність людини в натрії задовольняється за рахунок повареної солі – хлориду натрію..
Добування і властивості натрій гідроксиду.
В промисловості NaOH добувають електролізом концентрованого розчину NaCl. Схему електролізу слід уявляти так. При проходженні електричного струму до катоду підходять іони Na+ і Cl-. Натрій дуже активний метал, і його іони значно важче приєднують електрони (відновляються), ніж молекули води. Іонів же водню Н+ у розчині дуже мало. Тому на катоді розряджаються тільки молекули води з виділенням молекулярного водню:
2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН-.
Хлорид-іони в концентрованому розчині легше віддають електрони (окислюються), ніж молекули води, тому на аноді розряджаються хлорид-іони:
2Cl- – 2е- = Cl2
Загальне рівняння електролізу розчину NaCl має вигляд:
2Cl- + 2Н2О ¾® Н2 + 2ОН- + Cl2
2NaCl + 2Н2О ¾® Н2 + 2NaОН + Cl2..
В лабораторних умовах гідроксид натрію можна добути, діючи на натрій карбонат (соду) вапняною водою:
Na2СO3 + Сa(OH)2 = 2NaOH + СаСO3.
Натрій гідроксид являє собою білу непрозору кристалічну речовину, яка добре розчиняється у воді з виділенням великої кількості теплоти. У водних розчинах повністю дисоціює і є сильним лугом: NaOH ® Na+ + ОН -.
Розчин натрій гідроксиду виявляє типові властивості лугів – він енергійно реагує з активними неметалами і амфотерними металами, кислотними та амфотерними оксидами, кислотами, амфотерними гідроксидами, солями. Нижче приведені відповідні реакції:
1). 3S + 6NaOH = 2Na2S + Na2SO3 +3H2O
2). 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
3). CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O
4). ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O
5). H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
6). Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
7). FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Гідроксид натрію (їдкий натр) має найбільше практичне значення серед лугів, його світове виробництво досягає мільйонів тонн на рік. Натрій гідроксид застосовують для очистки продуктів нафти – бензину і гасу, для виробництва мила, штучного шовку, паперу, миючих засобів і багато інших продуктів, які виготовляє шкіряна, текстильна та хімічна промисловість.
Перелік задач до контрольної роботи
з неорганічної хімії
Дата добавления: 2015-09-12; просмотров: 77 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |