Урок в 11 классе по теме "Неметаллы"

Конспект урока по химии в 11 классе  по теме: «НЕМЕТАЛЛЫ»

Цель урока: Познакомить с общими физическими свойствами неметаллов. Показать свои знания, эрудицию и сообразительность, зрелость общественного сознания.

Задачи урока:

1. Обучающая: Рассмотреть вопрос о строении атомов неметаллов, повторить понятие аллотропии и на примере аллотропных модификаций элемента показать относительность деления элементов на металлы и неметаллы.

2. Развивающая: Развивать память, речь, логическое и творческое мышление.

3. Воспитательная: Воспитывать уважение и любовь к науке. Бережное отношение к природным ресурсам, эстетике.

Оборудование:

1.     Коллекция  неметаллов.

2.     Модели кристаллических решёток неметаллов (молекулярная и атомная – алмаз и графит).

3.     Таблица «Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева»

План урока:

I. Организационный момент (1 минута).

II. Изучение нового материала. (35 минут).

III. Домашнее задание (2 минуты).

V. Итог урока (2 минуты).

VI. Литература.

НЕМЕТАЛЛЫ – ЭТО ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, КОТОРЫЕ В СВОБОДНОМ СОСТОЯНИИ ОБРАЗУЮТ ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА, НЕ ОБЛАДАЮЩИЕ СВОЙСТВАМИ МЕТАЛЛОВ

Положение элементов-неметаллов

в периодической системе химических элементов

Элементов-неметаллов в периодической системе – 22, то есть 20%. Они расположены в правом верхнем углу, над диагональю B – At, в конце малых и больших периодов, только в главных подгруппах. Элементы трёх подгрупп имеют общие названия: VIII - инертные или благородные газы, VII – галогены (рождающие соль), VI – халькогены (рождающие руду). Все неметаллы являются p-элементами, кроме двух s-элементов – водорода и гелия.

Строение атомов элементов-неметаллов

            В свете теории строения атома можно сказать, что неметаллами являются те элементы, внешний электронный уровень атомов которых близок к завершению. Поскольку неметаллы расположены только в главных подгруппах, число электронов на внешних уровнях атомов равняется номеру группы (у атома гелия два электрона). Как известно, радиусы атомов уменьшаются в периодах слева направо и в группах снизу вверх. Аналогично возрастает электроотрицательность элементов.

Радиус атома уменьшается 

Электроотрицательность увеличивается.

По возрастанию электроотрицательности неметаллы располагаются в следующем порядке: Si, B, At, Te, As, H, P, Se, I, C, S, Br, Cl, N, O, F.

            Атомы неметаллов, проявляя тенденцию к формированию электронной оболочки с конфигурацией атома инертного газа, при образовании химических связей имеют свойства окислителей.

Строение простых веществ – неметаллов

I. Вещества молекулярного строения

1.      Одноатомные молекулы инертных газов: He; Ne; Ar; Kr; Xe; Rn.

2.      Двухатомные молекулы: O₂; N₂; H₂; F₂; Cl₂; Br₂; I₂; At₂.

3.      Многоатомные молекулы: O₃; P₄; Se₆; S₈; Se₈.

Эти вещества образуют в твёрдом состоянии молекулярные-неполярные кристаллические решётки.

II. Вещества атомного строения

Все атомы неметаллов связаны между собой ковалентными неполярными  связями, образуя гигантские полимерные молекулы: (С_n - алмаз, графит), (В_n), (Si_n); (Р_n- красный, чёрный), серый мышьяк, селен, теллур, пластическая сера.

Эти вещества образуют атомные кристаллические решётки.

Физические свойства простых веществ-неметаллов

Дать общее описание физических свойств неметаллов сложнее, чем металлов. Явление аллотропии и существование двух видов кристаллических решёток у неметаллов приводит к большему разнообразию их физических свойств. Основные физические свойства их соответствуют тому типу решётки, в которой они кристаллизуются.

I.                   Агрегатное состояние

            При обычных условиях неметаллы находятся в трёх агрегатных состояниях.

1.      Газообразные – H₂, N₂, O₂, O₃, F₂, Cl₂, инертные газы.

2.      Жидкие – Br₂, Se₆.

3.      Твёрдые – I₂, At₂, фосфор, углерод, сера, мышьяк, селен, теллур, бор, кремний – во всех аллотропных модификациях.

II.                Окраска

Их окраска очень разнообразна. Бесцветная  - H₂, N₂, O₂, O₃, инертные газы, бледно-зелёная - F₂, Cl₂, жёлтая – кристаллическая сера, бурая - Br₂ и пластическая сера, красная – селен и фосфор, серая, тёмная иногда с блеском – йод, мышьяк, селен, теллур, графит, черный фосфор.

III.             Запах

Большинство простых веществ-неметаллов без запаха, резкий запах – у галогенов, чесночный – у белого фосфора, свежераздражающий у озона.

IV.             Растворимость

Неметаллы очень плохо растворимы в воде, но растворённым в воде кислородом дышат рыбы. Йод и бром растворимы в спирте и других органических растворителях.

V.                Не ковки

VI.             Не пластичны

VII.          Диэлектрики

Но графит хорошо проводит электрический ток, кремний и селен – полупроводники.

VIII.       Блестят кремний, йод, селен, теллур, серый мышьяк, графит.

IX.             Физиологическое действие

Ядовиты галогены, мышьяк, озон, в повышенных концентрациях, белый фосфор, радон радиоактивен. В то же время без кислорода невозможна жизнь на Земле; озон защищает Землю от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

X.                Температуры плавления и кипения

1. Вещества молекулярного строения имеют очень низкие температуры плавления и кипения, например, гелий - - 272⁰С,  азот -  196⁰С, кислород - -183⁰С и т.д.

2. Вещества атомного строения, напротив имеют очень высокую температуру плавления и кипения, например – графит - +3800⁰С.

XI.             Аллотропия – явление, при котором атомы одного и того же химического элемента образуют несколько простых веществ.

Бор – аморфный и кристаллический. Углерод – алмаз, графит, поликумуллен, карбин, фуллерен. Кремний – аморфный и кристаллический. Фосфор – белый Р₄, красный, чёрный. Мышьяк – аморфный, серый кристаллический. Кислород – молекулярный O₂ и озон O₃. Сера – ромбическая S₈, кристаллическая, пластическая. Селен – аморфный, жидкий, кристаллический. Теллур – аморфный, кристаллический. Галогены, азот, водород и инертные газы аллотропных модификаций не имеют.

Химические свойства

1.      Взаимодействуют с металлами, типичные неметаллы образуют соединения с ионной связью:

А). 2Na + Cl₂ → 2NaCl

Б). 2K + S → K₂S

Чем больше разница в электроотрицательности (ЭО) элементов, тем активнее протекают данные реакции. Если разница в ЭО невелика, реакции проводят в жестких условиях.

В). 2Mg + Si → Mg₂Si (t⁰ = 1000⁰C)

2.      Неметаллы способны реагировать друг с другом

А). 2S + C → CS₂

Б). S + O₂ → SO₂

В). 3H₂ + N₂ → 2NH₃

Г). Cl₂ + F₂ → 2ClF

Д). Галогены не горят, но способны взаимодействовать с инертными газами, так как очень сильные окислители. В 1962 г канадскими химиками было получено соединение – тетрафторид ксенона XeF₄, твёрдое вещество белого цвета. Получены фториды и оксиды других инертных газов. Мало изучены соединения радона из-за его α – радиоктивности. Не получены соединения гелия и неона из-за особенностей строения атома, и сильного притяжения внешних электронов ядром атома.

3.      С водой

А). 2F₂ + 2H₂O → 4HF↑ + O₂↑ (вода горит во фторе)

Б). Cl₂ + H₂O → HCl + HClO (HCl + O₂)

В). P₄ + 16H₂O → 4H₃PO₄ + 10H₂↑ (700⁰C)

Г). С + Н₂O → CO↑ + H₂↑ (1000⁰C)

4.      С кислотами-окислителями, при этом неметалл окисляется до соответствующей кислородсодержащей кислоты.

А). S + 2HNO₃ → H₂SO₄ + 2NO↑

Б). 2P + 5H₂SO₄ → 2H₃PO₄ + 5SO₂↑+ 2H₂O

5.      C щелочами

А). Галогены

2F₂ + 2NaOH → 2NaF + H₂O + OF₂↑

3Cl₂ + 2KOH → 5KCl + KClO₃ + 3H₂O (при нагревании) (аналогично бром, йод)

Сl₂ + 2KOH → KCl + KClO + H₂O (без нагревания) (аналогично бром, йод)

Сl₂ + Сa(OH)₂ → Ca(Cl)ClO + H₂O

Б). Халькогены

3S + 6KOH → K₂SO₃ + 2K₂S + 3H₂O (Аналогично селен, теллур, кислород не реагирует)

В). Элементы V группы.

P₄ + 3NaOH + 3H₂O → 3РH₃↑ + 3KH₂PO₂ (Аналогично мышьяк, азот не реагирует)

В). Элементы IV группы.

С + 2NaOH + H₂O → Na₂CO₃ + 2H₂↑ (Аналогично кремний)

Г). Бор, водород, инертные газы.

2В + 6NaOH → 2Na₃BO₃ + 3H₂↑ (Водород и инертные газы не реагируют)

6.      Восстановительная способность некоторых неметаллов используется в металлургии.

A).WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O

Б).ZnO + C → Zn + CO↑

7.      Водород и галогены реагируют с органическими веществами, многие галогенпроизводные имеют практическое значение.

A). H₂ + CH₂=CH₂ → CH₃ – CH₃

                 Этен                  Этан

Б). Cl₂ + CH≡CH → CHCl=CHCl

                Этин          1,2 - дихлорэтен

В). C₆H₅ – NH₂ + 3Br₂ → C₆H₂Br₃ – NH₂ + 3HBr

        Анилин                      2,4,6 – триброманилин

Г). Cl₂ + CH₃ – C = O → CH₂ – C = O + HCl

                          │                  │         │

                              OH            Cl      OH

     Уксусная кислота      Хлоруксусная кислота

Распространённость неметаллов в природе

Элементы-неметаллы широко распространены в природе как в свободном, так и в связанном состоянии. В космосе наиболее распространенные элементы – водород и гелий. На Земле самые часто встречающиеся – кислород (49%) и кремний (28%). В свободном виде встречаются инертные газы, О₂, О₃, N₂, Н₂, графит, алмаз, сера.

Только в связанном состоянии встречаются галогены, бор, кремний, фосфор, мышьяк, селен, теллур.

Некоторые неметаллы встречаются в свободном и связанном состояниях (водород, кислород, углерод, сера). Органические соединения содержат небольшой набор неметаллов: углерод, водород, кислород, фосфор, азот, сера.

Способы получения простых веществ-неметаллов

I.                   Встречающиеся в свободном виде.

Азот, кислород, инертные газы – разгонкой жидкого воздуха.

Сера – отделением от пустой породы и флотацией.

Графит, алмаз добывают в природных залежах.

II.                Встречающиеся в виде соединений с отрицательной степенью окисления.

Элемент необходимо окислить при прохождении электрического тока или более сильным окислителем. Галогены в промышленности получают электролизом.

2NaCl → 2Na + Cl₂

2NaCl + H₂O → H₂↑+ Cl₂↑ + 2NaOH

Лабораторный способ получения хлора:

2KMnO₄ + 16HCl → 5Cl₂↑ + 2KCl + 2MnCl₂ + 5H₂O

III.             Встречающиеся в виде соединений с положительной степенью окисления.

Элемент восстанавливают. Так, например, получают мышьяк:

As₂O₃ + 3C → 2As + 3CO↑

Применение простых веществ неметаллов

      Области применения неметаллов описаны в соответствующих разделах учебников химии и дополнительной литературе.