Презентация на тему: Гидроксиды неметаллов

Гидроксиды неметаллов Назаров Б.К. представляет

Гидроксиды неметаллов При растворении в воде кислотных оксидов образуются гидроксиды, которые являются кислородсодержащими кислотами. Кислоты и кислотные оксиды в результате химических реакций образуют соли, в которых неметалл сохраняет присущую ему степень окисления. Оксиды и соответствующие им гидроксиды — кислоты, в которых неметалл проявляет степень окисления, равную номеру группы (т. е. высшее ее значение), так и называют высшими.

В пределах одного периода с ростом номера группы происходит усиление кислотных свойств оксидов и соответствующих им гидроксидов: В пределах одного периода с ростом номера группы происходит усиление кислотных свойств оксидов и соответствующих им гидроксидов: Si+4O2 P2+5O5 S+6O3 Cl2+7O7  H2Si+4O3 H3P+5O4 H2S+6O4 HCl+7O4  Усиление кислотных свойств оксидов и гидроксидов

Кислородсодержащие кислоты хлора Хлор образует четыре кислородсодержащие кислоты: хлорноватистую НСЮ, хлористую НСЮ2, хлорноватую НС1О3 и хлорную НСЮ4. Сила кислородных хлорсодержащих кислот увеличивается в ряду: HClO HClO2 HClO3 HClO4  поскольку растет значение степени окисления кислотообразователя — хлора.

Каждой из этих одноосновных кислот соответствует ряд солей: НСlO — гипохлориты, НСlО2 — хлориты, НСlО3 — хлораты, НСlО4 — перхлораты. Наибольшее практическое значение имеют растворы гипохлоритов калия и натрия (жавелевая вода), гипохлорит кальция (хлорная, или белильная, известь), хлорат калия (бертолетова соль). Последняя широко используется при изготовлении спичек, фейерверков, бенгальских огней, а в лаборатории — для получения кислорода и хлора. При нагревании до температуры 400 °С без катализатора из хлоратов образуются перхлораты: Каждой из этих одноосновных кислот соответствует ряд солей: НСlO — гипохлориты, НСlО2 — хлориты, НСlО3 — хлораты, НСlО4 — перхлораты. Наибольшее практическое значение имеют растворы гипохлоритов калия и натрия (жавелевая вода), гипохлорит кальция (хлорная, или белильная, известь), хлорат калия (бертолетова соль). Последняя широко используется при изготовлении спичек, фейерверков, бенгальских огней, а в лаборатории — для получения кислорода и хлора. При нагревании до температуры 400 °С без катализатора из хлоратов образуются перхлораты: 4 KClO3 = 3KClO4 + KCl Аналогично при нагревании гипохлорита без катализатора образуется хлорат: 3 KClO = KClO3 + 2KCl

Кислородсодержащие кислоты серы Среди всех кислородсодержащих кислот серы наиболее известны две: сернистая Н2SО3 и серная Н2SО4. Сернистая кислота. Существует только в растворах, так как легко разлагается на воду и сернистый газ. Как двухосновная сернистая кислота образует два ряда солей: средние — сульфиты и кислые — гидросульфиты. О значении этих солей уже упоминалось при рассмотрении соответствующего сернистой кислоте оксида — сернистого газа.

Получение серной кислоты. Серная кислота. Получение серной кислоты. Осуществляют в три стадии. Получение SО2. В качестве сырья применяют серный колчедан, серу или сероводород. Получение SО3. Этот процесс вам уже известен — окисление SО2 кислородом проводят с помощью катализатора. Получение Н2SО4. В отличие от известной вам реакции, описываемой уравнением SО3 + Н2О = Н2SО4, процесс растворения оксида серы(VI) проводят не в воде, а в концентрированной серной кислоте, при этом получают раствор, называемый олеумом.

Химические процессы производства серной кислоты Химические процессы производства серной кислоты можно представить в виде следующей схемы: O2 O2 H2O (S, FeS2,H2S) SO2 SO3 H2SO4   Первую стадию проводят в печи для обжига в кипящем слое, так как обжиг колчедана — процесс гетерогенный. Перед обжигом колчедан размалывают и подают в печь ленточными транспортерами. В обжиговой печи через измельченный колчедан пропускают сильную струю воздуха. Частицы колчедана оказываются во взвешенном состоянии, создавая иллюзию кипящей жидкости, что и дало название — метод кипящего слоя.

Полученный оксид серы(IV) направляют на очистку от крупной пыли в циклон, от мелкой пыли — в электрофильтр, затем осушают в сушильной башне, промывая его серной кислотой. Полученный оксид серы(IV) направляют на очистку от крупной пыли в циклон, от мелкой пыли — в электрофильтр, затем осушают в сушильной башне, промывая его серной кислотой. После этого очищенный и осушенный газ подогревают в теплообменнике. Вторую стадию — получение SО3 — проводят в контактном аппарате. В нем на специальных полочках-ре щетках размещают слоями катализатор, созданный на основе оксида ванадия(V) V2О5. Между слоями катализатора располагают трубки теплообменника, по которым подают обжиговый газ для подогрева. При этом одновременно решают проблему нагревания SО2 и охлаждения до необходимой температуры SО3. Такой принцип — принцип теплообмена — широко применяют на химическом производстве. Выходящий из контактного аппарата газ направляют в трубки теплообменника для дальнейшего охлаждения и передачи теплоты очищенному и осушенному SО2.

Для третьей стадии — поглощения SО3 — воду не применяют, так как из-за выделяющейся теплоты вода превращается в пар, и серная кислота образуется в виде капелек тумана. Поэтому SО3 в поглотительной башне растворяют в концентрированной серной кислоте. Для третьей стадии — поглощения SО3 — воду не применяют, так как из-за выделяющейся теплоты вода превращается в пар, и серная кислота образуется в виде капелек тумана. Поэтому SО3 в поглотительной башне растворяют в концентрированной серной кислоте. Поглощение SО3 серной кислотой — процесс гетерогенный, и для создания большей поверхности соприкосновения поглотительную башню заполняют кольцами из огнеупорной керамики. Кислота, стекая сверху, омывает большое число колец (принцип противотока), создавая тем самым большую площадь соприкосновения с SО3. Полученный олеум направляют на склад готовой продукции. Производство серной кислоты создает немало экологических проблем. Выбросы и отходы сернокислотных заводов вызывают крайне негативное воздействие на окружающую среду: увеличение числа заболеваний дыхательной системы у человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, повышение коррозионного износа материалов, разрушение сооружений из известняка и мрамора, закисление почв и др. Поэтому основную массу серной кислоты получают не из серного колчедана, а из серы, а также как побочный продукт при получении цветных металлов.

Свойства серной кислоты. Свойства серной кислоты. Химически чистая серная кислота — тяжелая бесцветная маслянистая жидкость. Обладает сильными гигроскопическими свойствами, поэтому применяется для осушения газов. Она хорошо растворяет оксид серы(VI) и, как вы уже знаете, этот раствор называют олеумом. Вы также знаете правило разбавления концентрированной серной кислоты: нельзя приливать воду к кислоте, а следует осторожно, тоненькой струйкой вливать кислоту в воду, непрерывно помешивая раствор.

Химические свойства серной кислоты в значительной степени зависят от ее концентрации. Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства кислот: взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, с оксидами металлов (основными и амфотерными), с основаниями и солями. Поскольку серная кислота двухосновная, она образует два ряда солей: средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты). Реактивом на серную кислоту и сульфаты является хлорид бария: сульфат-ионы SО42- с ионами Ва2+ образуют белый нерастворимый сульфат бария: Ва2+ + SО42- = ВаSО4

Концентрированная серная кислота по свойствам сильно отличается от разбавленной. Так, при взаимодействии концентрированной серной кислоты с металлами водород не выделяется, поскольку окислителем выступают уже не катионы водорода, а сульфат-анионы. Например, разбавленная серная кислота окисляет железо до сульфата железа(II) и не взаимодействует с металлами, расположенными в ряду напряжений после водорода. Концентрированная серная кислота окисляет металлы вне зависимости от их положения в ряду напряжений, но не реагирует с железом, золотом, и металлами платиновой группы:  Концентрированная серная кислота по свойствам сильно отличается от разбавленной. Так, при взаимодействии концентрированной серной кислоты с металлами водород не выделяется, поскольку окислителем выступают уже не катионы водорода, а сульфат-анионы. Например, разбавленная серная кислота окисляет железо до сульфата железа(II) и не взаимодействует с металлами, расположенными в ряду напряжений после водорода. Концентрированная серная кислота окисляет металлы вне зависимости от их положения в ряду напряжений, но не реагирует с железом, золотом, и металлами платиновой группы:  Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

Применение серной кислоты А вот железо пассивируется концентрированной серной кислотой, также как алюминий и хром, поэтому по железной дороге сильноконцентрированную серную кислоту перевозят в алюминиевых и стальных цистернах. Применение серной кислоты Её используют при производстве удобрений, минеральных кислот, солей, синтетических моющих средств, изооктана, капролактама, дымящих и взрывчатых веществ, простых и сложных эфиров, как компонент нитрующих смесей, сульфирующий компонент многих красителей и лекарств, при очистки нефтепродуктов, травлении металлов, в гидрометаллургии, как электролит в аккумуляторах 

Кислородсодержащие кислоты азота Из кислородсодержащих кислот азота наиболее известны азотистая НNО2 и азотная НNО3 кислоты. Азотистая кислота. Получается при растворении оксида азота (III) в воде: N2O3 + H2O = 2HNO2 Азотистая кислота неустойчива и легко разлагается: 3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O А вот ее соли — нитриты — более устойчивы. Нитриты щелочных металлов плавятся без разложения. В небольших дозах их используют при изготовлении колбас, однако большие дозы их ядовиты.

Азотная кислота. Получение азотной кислоты. В промышленности азотную кислоту получают в три стадии. Контактное окисление аммиака до оксида азота (II): 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6 H2O катализатором является платина. 2.Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV) кислородом воздуха: 2NO + O2 = 2NO2 Взаимодействие оксида азота(IV) с водой в избытке кислорода: 4NO2 + 2H2O+O2 = 4HNO3

Свойства азотной кислоты. В разбавленных растворах азотная кислота полностью диссоциирует: 4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3 HNO3 = H+ +NO3- Азотная кислота проявляет все типичные свойства кислот: взаимодействует с оксидами металлов, основаниями, солями: 2HNO3 + CuO = Cu(NO3)2 + H2O Ba(OH)2 + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + 2H2O 2HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + CO2 + H2O 2HNO3 + Na2SiO3 = H2SiO3 + 2 NaNO3

Азотная кислота — очень сильный окислитель, так как содержит атом азота в максимальной степени окисления (+5). Поэтому она взаимодействует со многими простыми и сложными веществами, восстанавливаясь до степеней окисления от +4 до -3 в зависимости от условий реакции, концентрации кислоты и восстановительных свойств сореагента, например: Азотная кислота — очень сильный окислитель, так как содержит атом азота в максимальной степени окисления (+5). Поэтому она взаимодействует со многими простыми и сложными веществами, восстанавливаясь до степеней окисления от +4 до -3 в зависимости от условий реакции, концентрации кислоты и восстановительных свойств сореагента, например: Cu + 4HNO3(к) = Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2H2O 3Cu + 8HNO3(р) = 3Cu(NO3)2 + 2 NO + 4H2O

Концентрированная азотная кислота пассивирует железо, хром, алюминий, поэтому ее перевозят по железной дороге в стальных и алюминиевых цистернах. Концентрированная азотная кислота пассивирует железо, хром, алюминий, поэтому ее перевозят по железной дороге в стальных и алюминиевых цистернах. Реагируя с неметаллами, концентрированная азотная кислота восстанавливается, как правило, до NO2 5HNO3(к) + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O

Применение азотной кислоты. Азотную кислоту используют для производства азотных и комплексных удобрений, серной и фосфорной кислот, взрывчатых веществ, красителей, лекарств, пластмасс, пленок, нитролаков и нитроэмалей, искусственных волокон, как компонент нитрующей смеси, для травления и растворения металлов в металлургии.

Кислородсодержащие кислоты фосфора Наибольшее значение имеет трехосновная ортофосфорная, или просто фосфорная, кислота Н3РО4. Это твердое кристаллическое вещество, которое смешивается с водой в любых соотношениях, В отличие от азотной кислоты фосфорная не является сильным окислителем и не разлагается при нагревании. Получение фосфорной кислоты. Получают эту кислоту двумя способами: термическим и экстракционным. 1. Термический способ применяют для получения чистой фосфорной кислоты по следующей цепочке превращений: Ca3(PO4)2 P P2O5 H3PO4  Экстракционный способ заключается в обработке природного измельченного фосфорита серной кислотой: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2 H3PO4

Свойства фосфорной кислоты. Как трехосновная ортофосфорная кислота образует три ряда солей: кислые (дигидрофосфаты и гидрофосфаты) и средние (фосфаты), равно как и соответствующий ей оксид фосфора(V). Все фосфаты кроме фосфатов щелочных металлов в воде нерастворимы. Нерастворим также и фосфат лития. Все дигидрофосфаты в воде хорошо растворимы, а гидрофосфаты по растворимости занимают промежуточное положение между фосфатами и дигидрофосфатами.

Применение фосфорной кислоты. Фосфорную кислоту используют для производства удобрений, кормовых добавок, различных фосфатов. Она является ценным катализатором в органическом синтезе и компонентом антикоррозионных покрытий на металлах. Очищенную (пищевую) фосфорную кислоту применяют для придания кислого вкуса безалкогольным напиткам и для осветления сахара.

Кремниевая кислота и ее соли Для более простого восприятия многочисленных кремниевых кислот удобно пользоваться формулой метакремниевой H2SiO3 кислоты, которую часто называют просто кремниевой. Получение кремниевой кислоты. Эту нерастворимую кислоту получают по реакции обмена между солью кремниевой кислоты и другой более сильной кислотой: Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl K2SiO3 + H2O + CO2 = H2SiO3 + K2CO3

Свойства кремниевой кислоты. Кремниевая кислота разлагается при нагревании, при этом получают дисперсный аморфный SiO2, удельной поверхностью около 50 м2/г, так называемую белую сажу, которую используют в качестве наполнителя при производстве резины и в качестве адсорбента в хроматографии. Кремниевая кислота образует соли — силикаты, из которых в воде растворимы только силикаты щелочных металлов. При растворении эти силикаты образуют коллоидные растворы, которые называют жидким стеклом. Такие растворы используют для огнеупорной пропитки театральных декораций и в качестве всем знакомого силикатного клея. Растворы таких солей имеют ярко выраженную щелочную реакцию, поскольку хорошо гидролизуются по катиону.

Применение. Соединения кремния служат основой для производства керамики, стекла, цемента, фарфора, силикатного кирпича, т.е. всех тех материалов, которые составляют основу силикатной промышленности. Стекло. Различают кварцевое, оконное, термостойкое, оптическое, тарное и другие виды стекла. Кварцевое стекло, как уже говорилось, изготавливают переплавкой диоксида кремния. Оконное и тарное стекло варят в особых стекловаренных печах из смеси песка, известняка и соды. Состав его можно выразить формулой Nа2О СаО 6SiO2. Термостойкое стекло благодаря наличию в нем около 12 % оксида бора B2О3 имеет очень малый коэффициент теплового расширения. Название следующего вида стекла — оптическое — говорит само за себя. Свинцовое оптическое стекло содержит около 50 % РbО, баритовое — около 42% ВаО и 3 % РbО. Большой популярностью пользуется особое хрустальное стекло, которое обладает большой лучепреломляемостью. Его готовят сплавлением диоксида кремния с поташом и оксидом свинца(II).

Цемент. Дополнительные качества стеклу придают различные добавки. Так, оксид хрома(III) окрашивает стекло в зеленый цвет, оксид кобальта(III) — в синий, оксид железа(III) — в коричневый. Незначительная добавка к стеклу коллоидного золота превращает его в рубиновое стекло. Цемент. Получают спеканием глины и известняка в специальных вращающихся печах. Если смешать порошок цемента с водой, то образуется цементное тесто, или, как его называют строители, «раствор», который постепенно затвердевает. При добавлении к цементу песка или щебня в качестве наполнителя получают бетон. Прочность бетона возрастает, если в него вводят железный каркас, — получают железобетон, из которого готовят панели для зданий, блоки перекрытий, фермы мостов и т.д.

Керамика. Для производства фарфора, фаянса и гончарных 3 изделий готовят исходное сырье — шихту из глинистых веществ, кварца и полевого шпата, которую с помощью воды переводят в пластическое состояние, формуют изделия, высушивают их и обжигают при высокой температуре. Фарфор обжигают дважды: сначала при температуре 900—1000 С, затем — при 1320—1350 С.