Уравнение необратимого гидролиза фторида бора (4 видео)

ChemStudy

Содержание

Рефераты и курсовые по химии
Третья группа периодической системы
Необратимый гидролиз бинарных соединений.
Общая информация по гидролизу бинарных соединений
Какие ионные бинарные соединения способны вступать в реакцию необратимого гидролиза?
Какие ковалентные бинарные соединения вступают в реакцию гидролиза?
Гидролиз бинарных соединений действием растворов кислот и щелочей
Кислотный гидролиз ионных бинарных соединений
Щелочной гидролиз ковалентных бинарных соединений
§ 1. Бор
🔍 Видео

Видео:Теория Бора. Гипотеза де Бройля. Принцип неопределенности. Уравнение Шрёдингера.Скачать

Рефераты и курсовые по химии

Третья группа периодической системы

ВГ3 + 3 Н2О = В(ОН)3 + 3 НГ.

В отличие от своих аналогов ВF3 гидролизуется незначительно.

Устойчивость галогенидов бора уменьшается от F®I: если BF3 чрезвычайно термически стоек, то BI3 под действием света разлагается уже при обычных условиях. Пары его действуют на кварц. Взаимодействие при высоких температурах BCl3 и BВr3 с оксидами некоторых металлов могут быть получены их безводные хлориды или бромиды. Для эффективного заряда атома бора в BF3 даётся значение +1,42 (по другим данным +1,29), а для энергий последовательного отрыва атомов фтора — значения 706, 493, 727 кДж/моль. Фторид бора является хорошим катализатором некоторых органических реакций.

Частично образующиеся при взаимодействии различных BГ3 смешанные галогениды бора имеют сильно выраженную тенденцию к симметризации и в индивидуальном состоянии неустойчивы. То же относится и к газообразным при обычных условиях гидрогалогенидам бора — HBF2 и HBCl2. Первое из этих соединений d(BF) = 131, d(BH) = 119 пм способно присоединять этилен с образованием C2H5BF2.

Интересно протекает взаимодействие галогенидов бора с галогеноводородами. В газообразной системе

BX3 + 3 HY Û BY3 + 3 HX

равновесие быстро смещается вправо, если галогенид Y стоит в периодической системе выше галоида X, и влево, если X стоит выше Y. Например, из BI3 и HВr легко образуются BВr3 и HI, тогда как обратный перевод осуществляется лишь при 300-400 °С и в незначительной степени.

Фторид бора умеренно растворим в бензоле (около 7:10 по объёму) и очень хорошо в воде (до 1000:1 по объёму при 0 °С). Как и в случае кремния фторид относится к воде иначе, чем другие галогениды бора. Он не подвергается полному гидролизу, а реагирует, в основном, с образованием гидроксофтороборной кислоты по схеме:

H2O + BF3 Û H[HOBF3].

Её составу отвечает моногидрат фторида бора — H2O·BF3 (т. пл. 6 °С). Как одноосновная, она является очень сильной, но с основаниями может реагировать и в качестве гораздо менее сильной двухосновной оксофтороборной кислоты — H2[OBF3]. Например, известны соли состава K[HOBF3] и Ba[OBF3] (а также аналогичное первой из этих солей аминопроизводное — K[H2NBF3].

Кристаллогидрат BF3·2H2O (т. пл. 6 °С) представляет собой оксониевую соль гидроксофтороборной кислоты — (H3O)[HOBF3]. Интересно, что в его ионе [HOBF3]- средняя длина связи B-F (137 пм) промежуточна между длиной аналогичной связи в BF3 (131) и BF4- (143), а длина связи O-B (156) значительно больше её обычного среднего значения (147 пм). Это указывает как будто на более активное взаимодействие бора с фтором, чем с гидроксилом. Однако возможна и другая трактовка структуры рассматриваемого соединения — как комплексов H2O·BF3 и молекул H2O, соединяющих эти комплексы друг с другом водородными связями.

Процесс частичного гидролиза гидроксофтороборной кислоты по схеме:

H2O + H[HOBF3] Û HF + H[(HO)2BF2]

— известна только в жидком состоянии H[(HO)2BF2] — является не свободной кислотой, а тримерной оксониевой солью (H3O)3[O3B3F6]3 с шестичленным циклическим (из атомов кислорода и групп BF2-) строением аниона. Были получены и некоторые аналогичные металлические (Na, K) производные. Например, полученный взаимодействием KF с борной кислотой кристаллический K[(HO)3BF], по-видимому, мономерен.

ЦЕЛОЗИЯ , род трав семейства амарантовых. Ок. 60 видов, преимущественно в субтропиках Африки и Америки. Целозия серебристая и др. — декоративные растения.

ФОРМОВОЕ САДОВОДСТВО , выращивание плодовых и декоративных деревьев в искусственных, создаваемых обрезкой кроны формах (пирамида, ваза, кордон, пальметта и др.), обеспечивающих урожайность и декоративность.

УЭДЖВУД (Веджвуд) (Wedgwood) Джозайя (1730-95) , английский керамист. Изобрел высококачественные фаянсовые массы (кремовую, «базальтовую», «яшмовую»). В 1769 основал мануфактуру (изящные изделия с рельефами в античном духе).

Видео:Потери напора при движении жидкостиСкачать

Необратимый гидролиз бинарных соединений.

Бинарные соединения – соединения, образованные двумя химическими элементами.

Бинарные соединения делят на ионные и ковалентные.

Ионными называют такие бинарные соединения, которые образованы атомами металла и неметалла.

Ковалентными называют бинарные соединения, образованные двумя неметаллами.

Видео:Трифторид бораСкачать

Общая информация по гидролизу бинарных соединений

Многие бинарные соединения способны разлагаться под действием воды. Такая реакция бинарных соединений с водой называется необратимым гидролизом.

Необратимый гидролиз практически всегда протекает с сохранением степеней окисления всех элементов. В результате взаимодействия бинарных соединения с водой всегда:

✓ элемент в отрицательной степени окисления переходит в состав водородного соединения;

✓ элемент в положительной степени окисления переходит в состав соответствующего гидроксида.

Напомним, что гидроксид неметалла – это ни что иное, как соответствующая кислородсодержащая кислота. Так, например, гидроксид серы (VI) — это серная кислота H₂SO₄.

Так, например, попробуем записать уравнение необратимого гидролиза фосфида кальция Ca₃P₂, опираясь на информацию, представленную выше.

В фосфиде кальция мы имеем кальций в степени окисления «+2» и фосфор в степени окисления «-3». Как уже было сказано, в результате взаимодействия с водой должно образоваться водородное соединение элемента в отрицательной степени окисления (т.е. фосфора) и соответствующий гидроксид элемента в положительной степени окисления.

Также сказано, что в результате реакции гидролиза практически всегда сохраняются степени окисления элементов.

Это значит, что в образующемся водородном соединении фосфор будет иметь ту же степень окисления, что и в исходном фосфиде, т.е. «-3», исходя из чего легко записать формулу самого водородного соединения – PH₃ (газ фосфин).

В то же время, кальций, как элемент в положительной степени окисления, должен перейти в состав соответствующего гидроксида с сохранением степени окисления «+2», т.е. в Ca(OH)₂.

Таким образом, без расстановки коэффициентов реакция будет описываться следующей схемой:

Расставив коэффициенты получаем уравнение:

Используя аналогичный алгоритм, запишем уравнение гидролиза пентахлорида фосфора PCl₅.

В данном соединении мы имеем фосфор в степени окисления «+5» и хлор в степени окисления «-1».

Очевидно, что водородным соединением хлора с хлором в степени окисления «-1» будет HCl.

В свою очередь, поскольку элемент в положительной степени окисления относится к неметаллам, его гидроксидом будет кислородсодержащая кислота с фосфором в той же степени окисления «+5».

При условии, что вы знаете формулы всех неорганических кислот, несложно догадаться, что данным гидроксидом является фосфорная кислота H₃PO₄.

Само уравнение при этом после расстановки коэффициентов будет иметь вид:

Как видите, если вам дали формулу бинарного соединения и попросили записать уравнения его гидролиза, то ничего сложного в этом нет.

Какие ионные бинарные соединения способны вступать в реакцию необратимого гидролиза?

Для успешной сдачи ЕГЭ нужно запомнить, что из ионных бинарных соединений в реакцию необратимого гидролиза водой вступают:

1) нитриды щелочных металов (ЩМ), щелочноземельных металлов (ЩЗМ) и магния:

2) фосфиды ЩМ, ЩЗМ и магния:

3) силициды ЩМ, ЩЗМ и магния:

4) карбиды ЩМ, ЩЗМ и магния. Знать нужно формулы только двух карбидов — Al₄C₃ и CaC₂ и, соответственно, уметь записывать уравнения их гидролиза:

5) сульфиды алюминия и хрома:

6) гидриды ЩМ, ЩЗМ, Mg, Al:

Гидролиз гидридов металлов – редкий пример окислительно-восстановительного гидролиза. Фактически, в данной реакции объединяются ионы водорода H + и анионы водорода H — , в следствие чего образуются нейтральные молекулы H₂ с водородом в степени окисления, равной 0.

Какие ковалентные бинарные соединения вступают в реакцию гидролиза?

Из ковалентных бинарных соединений, способных вступать в реакцию необратимого гидролиза, нужно знать про:

1) галогениды фосфора III и V.

2) галогениды кремния:

Видео:Двойной гидролиз на ЕГЭСкачать

Гидролиз бинарных соединений действием растворов кислот и щелочей

Помимо обычного гидролиза водой существует также вариант гидролиза, при котором бинарное соединение обрабатывают водным раствором щелочи или кислоты.

Как в таком случае записать уравнение гидролиза?

Для того, чтобы записать уравнение гидролиза бинарного соединения водным раствором щелочи или кислоты, нужно:

1) в первую очередь, представить, какие продукты образовались бы при обычном гидролизе водой.

Например, мы хотим записать уравнение щелочного гидролиза соединения PCl₅ действием водного раствора KOH.

Тогда, согласно этому пункту, мы должны вспомнить какие продукты образуются при обычном гидролизе. В нашем случае это HCl и H₃PO₄

2) посмотреть на отношение этих продуктов к средообразователю (кислоте или щелочи) – реагируют они или нет. Если продукты обычного гидролиза реагируют со средообразователем, то запомнить продукты этого взаимодействия.

Возвращаясь к нашему случаю с PCl₅, мы должны посмотреть на то, как относятся к щелочи продукты обычного гидролиза, т.е. HCl и H₃PO₄. Оба данных соединения в водном растворе являются кислотами, в связи с чем существовать в щелочной среде не могут. В частности, с гидроксидом калия они прореагируют, образуя соответственно соли KCl и K₃PO₄

3) в конечном уравнении в качестве продуктов записать то, что получается при взаимодействии со средообразователем. Воду при этом мы пока не пишем, вывод о том, писать ее или нет, делаем после попытки уравнивания реакции без нее.

Таким образом, следуя этому принципу, запишем:

Уже до начала расстановки коэффициентов очевидно, что есть необходимость в записи в качестве одного из продуктов реакции воды, поскольку в левой части присутствует водород, а в правой его нет.

Таким образом, суммарная схема реакции будет иметь вид:

А само уравнение после расстановки коэффициентов будет выглядеть так:

Следует отметить, что щелочной гидролиз ионных соединений чаще всего не отличается от обычного гидролиза действием воды, поскольку чаще всего ни один продукт обычного гидролиза с щелочью не взаимодействует.

Аналогично, можно сказать, что кислотный гидролиз ковалентных бинарных соединений не будет отличаться от водного.

В связи с этим имеет смысл более детально рассмотреть кислотный гидролиз ионных бинарных соединений и щелочной гидролиз ковалентных бинарных соединений.

Кислотный гидролиз ионных бинарных соединений

Со всеми перечисленными ионными бинарными соединениями, участвовавшими в реакциях обычного гидролиза водой, можно записать соответствующие уравнения их кислотного гидролиза. Возьмем в качестве примера водный раствор соляной кислоты:

Обратите внимание, что вместо водородного соединения в случае нитридов металлов образуется продукт его взаимодействия с соляной кислотой (NH₃ + HCl = NH₄Cl). Следует отметить, что нитриды металлов – единственный случай, когда при кислотном гидролизе ионного бинарного соединения не выделяется газообразное водородное соединение. Связано это с тем, что по сравнению с другими водородными соединениями неметаллов, только у аммиака основные свойства выражены в значительной степени.

Как можно заметить, кислотный гидролиз гидридов металлов также относится к окислительно-восстановительным реакциям. В результате этой реакции образуется простое вещество водород. Связано это с тем, что водород с кислотами не реагирует.

Щелочной гидролиз ковалентных бинарных соединений

Щелочному гидролизу среди ковалентных соединений подвержены все те же бинарные соединения, что и обычному гидролизу водой, то есть галогениды фосфора и кремния:

Щелочной гидролиз галогенидов фосфора III в ЕГЭ не встретится из-за специфических свойства фосфористой кислоты.

Тем не менее, для тех, кто хочет, ниже предоставляю пример такого рода уравнений с пояснением:

Поскольку фосфористая кислота является двухосновной, то несмотря на наличие трех атомов водорода, при ее реакции с щелочью на атомы металла способны заместиться только два атома водорода.

Видео:Шевельков А. В. - Неорганическая химия I - Элементы 13 группыСкачать

§ 1. Бор

Элемент этот принадлежит к числу довольно распространенных: содержание его в земной коре составляет около 5·10 –4 % – Скопления бора встречаются в виде кислородных соединений – борной кислоты (H₃ BO₃ ), буры (Na₂ B₄ O₇ ·10Н₂ О), ашарита (MgHBO₃ ) и ряда более сложных минералов. Ежегодная мировая добыча соединений бора достигает 300 тыс. т. Важнейшими из них являются бура и борная кислота.

1) Борная кислота используется при эмалировании железных сосудов (вводится в состав эмалей) и в медицине (дезинфицирующие полоскания и т. д.), а также служит обычным исходным продуктом для получения остальных соединений бор»а. Бура применяется в ряде отраслей промышленности – стекольной, керамической, кожевенной и др. – из медицине.

В свободном состоянии бор может быть получен из борной кислоты. Нагреванием ее переводят в борный ангидрид (В₂ О₃ ), который затем накаливают с металлическим магнием:

После обработки продуктов реакции соляной кислотой (для удаления MgO) остается элементарный бор В чистом состоянии он имеет черный цвет, плотность 2,3, плавится при 2075°С и кипит при 3960°С.

В обычных условиях бор весьма инертен. Напротив, при высоких температурах он соединяется не только с кислородом, хлором и бромом, но также с серой и азотом. При очень сильном накаливании бор вытесняет свободные элементы даже из таких устойчивых окислов, как Р₂ О₅ , СО₂ и SiO₂ , а также из окислов многих металлов. При сплавлении бора с некоторыми из последних образуются бориды этих металлов, например борид магния – Mg₃ B₂ .

По отношению к воздуху и воде бор вполне устойчив. В обычных кислотах он не растворяется, но горячая концентрированная HNO₃ постепенно окисляет его до борной кислоты:

Во всех устойчивых соединениях бор трехвалентен.

Наиболее характерны для бора кислородные соединения. При нагревании на воздухе до 700°С он сгорает по уравнению:

Образующийся борный ангидрид представляет собой бесцветную, довольно тугоплавкую стекловидную массу.

На воздухе В₂ О₃ притягивает влагу, а в воде растворяется с образованием борной кислоты.

Борная (точнее – ортоборная) кислота представляет собой бесцветные кристаллы. При нагревании она теряет воду и переходит сначала в метаборную кислоту (НВО₂ ), затем в тетраборную (Н₂ В₄ О₇ ) и, наконец, в борный ангидрид. Растворение этих веществ в воде сопровождается их переходом в Н₃ ВО₃ .

Диссоциация гидрата В(ОН)₃ в растворе идет по кислотному типу. Однако борная кислота очень слаба и поэтому из растворов своих солей легко выделяется большинством других кислот. Соли ее (борнокислые, или бораты) производятся обычно от различных полиборных кислот общей формулы xВ₂ О₃ ·yН₂ О, чаще всего – тетраборной (х = 2, y = 1). Последняя является кислотой значительно более сильной, чем ортоборная.

Избытком щелочи они могут быть переведены в метабораты: 2NaOH + Na₂ B₄ O₇ = 4NaBO₂ + Н₂ О

С другой стороны, при действии на тетрабораты (или метабораты) сильных кислот выделяется свободная ортоборная кислота:

В воде из боратов растворимы только соли наиболее активных одновалентных металлов. Вследствие гидролиза растворы их показывают сильнощелочную реакцию. Важнейшим для практики боратом является бура.

Так как безводные бораты чрезвычайно устойчивы по отношению к нагреванию, при высоких температурах борная кислота выделяет большинство других кислот из их солей. В этом отношении (как и по своей слабости) она похожа на кремневую кислоту.

2) Борная кислота (K₁ = 6·10 –10 , K₂ = 2·10 – 13 , K₃ = 2·10 –14 ) окрашивает пламя в зеленый цвет и несколько летуча с водяным паром, Тетраборной кислоте (K1 = 2·10 –4 , K₂ = 2·10 –5 ) может быть придана структурная формула:

Из солей различных полиборных кислот многие встречаются в природе и служат исходными продуктами для получения соединений бора.

3) Сульфид бора (B₂ S₃ ) образуется в виде бесцветной стекловидной массы при накаливании бора в парах серы. Водой он полностью разлагается на борную кислоту и H₂ S. С азотом бор соединяется только выше 1200 °С. Нитрид бора (BN) представляет собой белый порошок, плавящийся лишь около 3000 °С (под давлением). По кристаллической структуре BN сходен с графитом.

Карбид бора (В₄ С) образуется в виде черных блестящих кристаллов принакаливании смеси бора (или В₂ О₃ ) с углем в электрической печи. Он отличается тугоплавкостью (т. пл. 2550 °С) и чрезвычайной твердостью (близкой к твердости алмаза). И нитрид и карбид бора характеризуются большой устойчивостью по отношению к различным химическим воздействиям.

Галоидные соединения бора общей формулы ВГ₃ могут быть получены путем взаимодействия элементов при нагревании. Они представляют собой бесцветные вещества. При обычных условиях BF₃ газообразен, ВСl₃ кипит при + 18°С, ВВr₃ – жидкость и BJ₃ –твердое тело. В водном растворе все они подвергаются гидролизу по схеме:

Для галогенидов бора весьма характерны реакции присоединения к ним молекул различных других веществ. В частности, фтористый бор образует продукт присоединения с HF:

Комплексная борофтористоводородная кислота (HBF₄ ) устойчива только в растворе, причем ее кислотные свойства выражены значительно сильнее, чем у HF. Большинство солей HBF₄ (фтороборатов) бесцветно и легкорастворимо в воде. Как и в случае кремния, аналогичные производные с другими галоидами не образуются.

4) Строение молекул галогенидов ВГ₃ отвечает плоскому треугольнику с атомом В в центре. Некоторые их свойства сопоставлены ниже:

При образовании галогенидами бора комплексов с другими веществами атом В выступает в качестве акцептора (IX § 2 доп. 1). Поэтому присоединяться к молекулам ВГ₃ способны только молекулы, содержащие атом с достаточно отчетливо выраженной до норной функцией.

По ряду F–Сl–Br–J склонность молекул ВГз к комплексообразованию довольно быстро уменьшается. Фтористый бор является хорошим катализатором различных органических реакций. Вследствие образования HBF₄ гидролиз BF₃ идет несколько иначе, чем в случае остальных галогенидов бора, а именно по суммарной схеме: 4BF₃ + 3H₂ O = 3HBF₄ + B(OH)₃ .

С водородом бор не соединяется, однако при действии кислот на Mg₃ B₂ одновременно со свободным Н₂ выделяются небольшие количества смеси различных бороводородов (иначе, боранов), среди которых преобладает В₄ Н₁₀ . Последний легко распадается на В₂ Н₆ и ряд других боранов, более бедных водородом.

Бораны бесцветны и по физическим свойствам очень похожи на углеводороды и силаны аналогичного состава, как это видно из приводимого ниже сопоставления:

По химическим свойствам они похожи на силаны. Так же как и последние (и даже в еще большей степени), бораны при обычных условиях неустойчивы. В частности, водой они постепенно разлагаются с выделением водорода по реакции, например

а получаемая при разложении Mg₃ B₂ кислотами газовая смесь на воздухе самовоспламеняется. Горение боранов сопровождается выделением огромного количества тепла (484 ккал/моль В₂ Н₆ ), что создает возможность их использования в качестве очень эффективного ракетного топлива.

5) Так как бор трехвалентен, его водородными соединениями должны были бы быть такие молекулы, как ВН₃ , В₂ Н₄ , В₃ Н₅ и т. д. Между тем бораны подобного состава неизвестны.

Молекулы летучих бороводородов следует, по–видимому, рассматривать как результат сочетания друг с другом приведенных выше валентнонасыщенных структур при посредстве особого рода водородных связей. Так, строение В₂ Н₆ и В₄ Н₁₀ выражается с этой точки зрения следующими схемами:

Лучше других изучены шесть бороводородов, температуры плавления и кипения которых приводятся ниже:

Все эти бораны имеют отвратительный запах и очень ядовиты.