Разработка урока по теме Неметаллы. Общие физические и химические свойства неметаллов. Типичные свойства неметаллов IV– VII групп.

Урок № 22

Тема урока: Неметаллы. Общие физические и химические свойства неметаллов. Типичные свойства неметаллов IV– VII групп.

  Цель занятия:

·        Методическая:

- усовершенствовать  методику актуализации опорных знаний

·        Дидактическая:

-         повторить с учащимися положение неметаллов в ПСХЭ, особенности строения их атомов;

-         систематизировать и расширить знания о химических свойствах неметаллов;

-         изучить особенности строения атомов неметаллов;

-         изучить явление аллотропии на примере неметаллов;

-         изучить физические свойства неметаллов;

-         рассмотреть ЭО как меру «неметалличности»;

-         рассмотреть относительность понятий «металл-неметалл»;

-         изучить водородные соединения неметаллов.

·        Воспитательная:

-         достичь понимания важности изучения дисциплины;

-         развивать аккуратность, внимательность, настойчивость при выполнении заданий;

-         прививать интерес к предмету.

Вид занятия: комбинированное занятие.

Тип занятия: приобретение новых знаний.

Задание студентам :

1 Изучите теоретический материал.

2.Составить опорный конспект

3Ответить на контрольные вопросы

Теоретический материал

1.Физические и химические свойства неметаллов.

В противовес металлам существуют другие простые вещества, которые не обладают свойствами, характерными металлам. Эти вещества называют неметаллами. Неметаллы расположены в правом верхнем углу Периодической таблицы химических элементов по линии B-At (бор – астат).

Из 118 химических элементов, известных на данный момент, 22 - это неметаллы, а 96 – это металлы. Они распространены в земной коре неравномерно. Так, например, кислород и кремний составляют 76,5% . Это, практически, три четверти от массы земной коры. Кислорода 47%, кремния 29,5%. В состав земной коры входят простые и сложные вещества, которые образованы элементами-неметаллами. На приведенной ниже диаграмме видны обозначения химических элементов и объемное содержание.

Воздух – основа жизни на Земле. Воздух состоит из неметаллов: на азот приходится 78,09%, на кислород – 20,95%, на аргон – 0,93% , остальные газ около 0,03%.

Элементы VIII группы – это инертные или благородные газы. Они занимают особое положение, так как имеют устойчивую внешнюю электронную оболочку и поэтому химически неактивны. Их формально относят к неметаллам по физическим признакам. Эти вещества сохраняют газообразное состояние до очень низких температур. Так, гелий переходит в жидкое состояние при -269⁰С. Инертность, в химическом отношении, у этих элементов относительная. Для ксенона и криптона известны соединения с фтором и кислородом. В этих соединениях инертные газы выступают в роли восстановителя.

Практически все неметаллы имеют сравнительно малые радиусы и большое число электронов на внешнем энергетическом уровне от 4 до 7.

Качественной характеристикой атомов неметаллов, то есть мерой их неметалличности может служить электроотрицательность. Это свойство элементов поляризовать химическую связь, оттягивать к себе общие электронные пары.

Электроотрицательность закономерно изменяется в периодах и подгруппах. Электроотрицательность химического элемента зависит от заряда ядра и радиуса атома. Чем меньше радиус атома, тем сильнее будут притягиваться к ядру внешние электроны, а значит больше значение элетроотрицательности. Самым электроотрицательным элементом является фтор, который находится на вершине правого верхнего угла Периодической системы. А вот водород занимает двойственное положение  в таблице. Его относят к главным подгруппам  I и VII групп. Это не случайно.

С одной стороны, атом водороды, подобно атомам щелочных металлов, имеет на внешнем электронном уровне один электрон, который он способен отдавать, проявляя свойства восстановителя и получая степень окисления +1. С другой стороны, атому водорода, как и галогенам, не достаёт одного электрона для завершения внешнего электронного уровня. Поэтому водород может принимать один электрон, проявляя свойства окислителя и характерную для галогенов степень окисления -1. При обычных условиях водород – газ, молекула которого, подобно галогенам, двухатомная.

     В простых веществах атомы неметаллов связаны ковалентной неполярной связью, благодаря этому формируется более устойчивая электронная система, чем у изолированных атомов. При этом образуются одинарные, двойные и тройные связи.

Кристаллические решётки металлов и твёрдых веществ неметаллов отличаются между собой. Атомы металлов образуют плотно упакованную кристаллическую структуру, в которой есть свободные электроны. В кристаллических решётках неметаллов, как правило, нет свободных электронов, поэтому твердые вещества неметаллы плохо проводят тепло и электрический ток, за исключением графита. Кристаллы неметаллов непластичны, хрупки и любая деформация вызывает разрушение ковалентных связей. Большинство неметаллов не имеют металлического блеска.

Физические свойства неметаллов

В отличие от металлов, неметаллы, простые вещества, характеризуются большим разнообразием свойств. Неметаллы имеют различное агрегатное состояние при обычных условиях.

Газы – водород, кислород, озон, фтор, хлор, инертные газы; жидкость – бром;

твёрдые вещества – бор, углерод, кремний, фосфор, сера, мышьяк, селен, теллур, йод, астат.

Для простых веществ неметаллов гамма цветов значительно разнообразнее, чем у металлов.

Плотность различных неметаллов разнообразна. Самая маленькая у водорода, самая большая у радона. В воде неметаллы нерастворимы или мало растворимы. Некоторые неметаллы, как галогены и сера, лучше растворяются в органических растворителях, белый фосфор растворяется в сероуглероде.

Химические свойства неметаллов

Атомы неметаллов, а также простые вещества, образованные неметаллами, могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Всё зависит от того, с какими веществами неметаллы вступают в реакцию.

Окислительные свойства неметаллов

1.1.Взаимодействие с неметаллами

2Na + S = Na₂S

Реакция протекает при температуре выше 130 °C

3Mg + N₂ → Mg₃N₂

Реакция идёт при пропускании сухого азота над магнием при температуре 780–800 °C 

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

1.2.Взаимодействие с водородом

H₂ + S = H₂S↑

Реакция идёт при нагревании

H₂ + Cl₂ → 2HCl↑

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃↑

Процесс проводят при высоком давлении, высокой температуре и в присутствии катализатора

В результате таких реакций образуются летучие водородные соединения.

1.3.Взаимодействие с неметаллами, имеющими более низкую ЭО

Любой неметалл выступает в роли окислителя в реакциях с другими неметаллами, которые имеют более низкую электроотрицательность.

2P + 3S → P₂S₃

Реакция протекает при нагревании

Si + 2F₂ → SiF₄

Реакция протекает при обычных условиях

1.4. Взаимодействие с некоторыми сложными веществами.

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃

2KI + Cl₂ → 2KCl + I₂

В последней реакции проявляется разная окислительная активность неметаллов. На этом основана способность одних неметаллов вытеснять другие из растворов их солей.

Восстановительные свойства неметаллов

1.5.Взаимодействие с фтором

O₂ + 2F₂ → 2OF₂

Фтор — единственный из всех галогенов, который взаимодействует с кислородом, который в данной реакции является восстановителем.

3F₂ + S = SF₆

Реакция приводит к образованию гексафторида серы

1.6.Взаимодействие с кислородом

Все неметаллы (кроме фтора) в реакциях с кислородом являются восстановителями.

S + O₂ → SO₂↑

N₂ + O₂ ⇄ 2NO↑

Реакция азота с кислородом идёт только при температурах выше 2000°C или в электрическом разряде

4P + 5O₂ → 2P₂O₅ 

Реакция протекает при температуре 240–400 °C

С + О₂ = СО₂↑

В результате таких реакций образуются оксиды неметаллов: несолеобразующие и солеобразующие кислотные.

1.7.Взаимодействие со сложными веществами-окислителями

CuO + H₂ = Cu + H₂О

В этой реакции водород восстанавливает медь из её оксида

6P + 5KClO₃ = 3P₂O₅ + 5KCl

S + 6NaOH → Na₂SO₃ + 2Na₂S + 3H₂O

Последняя реакция называется реакцией диспропорционирования.В этой реакции сера является и окислителем и восстановителем. Сера со степенью окисления «0» восстанавливается до степени окисления «-2» и окисляется до степени окисления «+4».

  Таким образом, большинство неметаллов могут выступать и в роли окислителя и в роли восстановителя. Восстановительная роль не присуща только фтору.

2.Способы  получения неметаллов.

В свободном виде в природе встречаются благородные газы, кислород, азот, углерод, мышьяк, сера.

Часть неметаллов встречается в природе в виде соединений, в которых атомы неметаллов проявляют только положительные степени окисления. Это фосфор, кремний, бор и некоторые другие. Представители:   

  апатит Ca₃(PO₄)₂            фосфорит Ca₅ (PO₄)3(F, Cl) c примесью CaCO₃.

Другая часть неметаллов представлена соединениями, в которых они проявляют отрицательные степени окисления

           флюорит  CaF₂                галит NaCl                   сильвин KCl

Промышленные способы  получения неметаллов можно разделить на три группы:

Ø выделение простых веществ из природных объектов;

Ø восстановление неметалоов, входящих в состав минералов;

Ø окисление природных соединений.

     Воздух – ценное химическое сырьё, из которого получают азот, кислород, благородные газы, так как объёмная доля азота в воздухе составляет 78%, кислорода – 20,8%, аргона – 0,9%. Оставшиеся 0,3% приходятся на остальные компоненты: углекислый газ, гелий, неон и другие.

     Задача разделения смеси газов решается фракционной перегонкой (ректификацией) жидкого воздуха, разделения его на фракции – компоненты.

     Кристаллическая сера образует в земной коре мощные пласты. Если она расположена в поверхностном слое, её добывают открытым способом. Залегающую глубоко под землей, расплавляют перегретым паром и в жидком виде выдавливают на поверхность.

      Нагреванием каменного угля без доступа воздуха получают кокс практически чистый углерод.

Фосфор получают восстановлением коксом из фосфоритов и апатитов

Ca₃(PO₄)₂  + 3SiO₂ + 5C = 3CaSiO₃ + 2P + 5CO↑

Кремний получают восстановлением его коксом из оксида.

   SiO₂ + 2C = Si + 2CO↑

Наиболее активные неметаллы получают при помощи электрического тока – электролизом. Реакцию разложения электролита под действием электрического тока называют электролизом. Путём электролиза получают активные неметаллы: галогены, водород, кислород.

Хлор получают в промышленности с помощью электролиза. В качестве сырья используют доступную и дешёвую соль – хлорид натрия, а точнее раствор хлорида натрия.

2Н₂О +2NaCl  2NaОН + Cl₂↑ + Н₂↑       

3.Применение неметаллов.

Биологическая роль элементов-неметаллов

   Биологическая роль химических элементов в организме человека чрезвычайно важна и разнообразна. Основу живых систем составляют только шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера.  Эти элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называют «биогенными элементами» и все эти элементы относятся к неметаллам. На долю перечисленных неметаллов в организме человека приходится 97,4%. Для этих элементов характерным является тоя. Что они способны образовывать разнообразные связи. Этим и обуславливается большое число молекул, существующих в живых организмах. Кроме того, углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера относятся к макроэлементам, т.е. элементам, содержание которых в организме выше 10^-2 %.

      К элементам, которые относятся к микроэлементам, содержание в организме от 10^-3 до 10^-5 %. К ним относятся  йод, мышьяк, фтор, бром. К жизненно необходимым элементам относятся металлы – кальций, калий, магний и неметаллы - водород, кислород, азот, фосфор, сера, хлор, йод, углерод. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека. Для организма вреден не только недостаток , но и избыток биогенных элементов.

Поскольку свойства неметаллов чрезвычайно разнообразны, эти вещества находят широкое применение в различных областях народного хозяйства.

Контрольные вопросы

1)Вставьте слова, пропущенные в тексте.

Атомы ____ в отличие от атомов ____ легко принимают наружные электроны, являются ____

2)Неметаллические свойства элементов с увеличением порядкового номера в периодах ____

3)В группах неметаллические свойства элементов ____

4)Пользуясь периодической таблицей, запишите молекулярные формулы высших кислородных соединений неметаллов III периода. Как будет изменяться кислотный характер?

5)Запишите формулы водородных соединений элементов VII А группы. Как изменяются кислотные свойства с увеличением порядкового номера элемента?

6)Водород занимает в периодической таблице два места: в I А группе и в VII А группе. Запишите молекулярные формулы водородных соединений Na, K, Cl, F.

7)Наиболее электроотрицательными являются атомы…..

• серы   • фосфора   • кремния   • хлора

8)Типичному неметаллу соответствует следующая схема распределения электронов по электронным слоям:

2, 1

2, 8, 2

2, 8, 7