Химимческие и физические свойства фтороводорода и фторидов металлов


Задача 819. 
В каких сосудах хранят водный раствор фтороводорода? Как называют такой раствор? 
Решение:
Раствор фтороводорода в воде называют «плавиковой кислотой». Это название происходит от плавикового шпата – основного сырья для получения HF. Замечательным свойством фтороводорода и плавиковой кислоты является их способность взаимодействовать с оксидом кремния (IV), входящим в состав стекла, в результате чего образуется газообразный фторид фтора SiF4:

SiO2 +  4HF ↔ SiF4↑ + 2H2O.

В растворе плавиковой кислоты выделения фторида кремния не происходит, так как он взаимодействует с молекулами HF c образованием хорошо растворимой комплексной кремнефтороводородной кислоты:

SiF4 + 2HF ↔ H2[SiF6]

или уравнение реакции в общем виде:

SiO2 + 6HF ↔ H2[SiF6] + 2H2O

Ввиду того, что Фтороводород разрушает стекло, поэтому в лаборатории его хранят в сосудах из свинца или стеклянных сосудах, покрытых изнутри слоем парафина, а также в сосудах из специальных сортов пластмасс.


Задача 820. 
Какова реакция среды в водных растворах фторида натрия, фторида аммония, фторида кремния?
Решение:
а) Фторид натрия NaF – соль сильного основания (NaOH) и слабой кислоты (HF) гидролизуется по аниону: 

NaF ↔ Na+ + F-;
F- + H2 HF + OH-

или в молекулярной форме:

NaF + H2 F + NaOH

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов ОН-, которые придают раствору щелочную реакцию, рН > 7.

б) Фторид натрия NH4F – соль слабого основания (NH4OH) и слабой кислоты (HF) гидролизуется как по катиону, так и по аниону: 

NH4 NH4+  + F-;
NH4+  + H2 NH4OH +Н+;
F- + H2 HF + OH-.

или в молекулярной форме:

NaF + H2 HF + NaOH

В процессе гидролиза NH4F в растворе образуются слабые электролиты (NH4OH и HF), а также ионы Н+ и ионы ОН-, которые соединяясь образуют воду
+ + ОН-  Н2О). При гидролизе соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием, реакция раствора зависит от относительной силы кислоты и основания, образующих данную соль. Если  KD(кислота) =  KD(основание), то катион и анион гидролизуется в равной степени и реакция раствора будет нейтральной; если   KD(кислота) > KDоснование), то катион соли гидролизуется в большей степени, чем анион, так что концентрация ионов Н+ в растворе будет больше, чем ионов ОН- и реакция среды будет слабокислой; наконец, если KD(кислота) < KD(основание), то гидролизу в большей степени подвергается анион соли и реакция раствора будет слабощелочной из-за образовавшегося избытка ионов ОН-.          

Так как  KD(NH4OH) = 1,79 . 10-8 <  KD(HF) = 6,61 . 10-4, то гидролиз катиона NH4+ будет преобладать над гидролизом аниона F-, значит, в растворе соли будет наблюдаться некоторый избыток ионов водорода Н+, что придаст раствору слабокислотную среду, (рН >  7 или рН =  7).

в) Фторид кремния SiF4 в водных растворах подвергается гидролизу, в результате которого образуется фтористоводородная кислота (НF) и кремниевая кислота (H2SiO3):

SiF4 + 3H2 H2SO3 + 4HF

Образующийся фтороводород взаимодействует  SiF4. При этом получается гексафторкремниевая (или кремнефтористоводородная) кислота:

SiF4 + 2HF  H2SiF6

Суммарный процесс можно выразить уравнением:

3SiF4 + 3H2 2H2SiF6 + H2SiO3

В результате гидролиза фторида кремния образуются кислоты, поэтому реакция раствора будет кислой, рН < 7.


Задача 821. 
Могут ли галогеноводороды в каких-либо реакциях играть роль окислителя? Дать мотивированный ответ.
Решение:
Поскольку галогенид-ионы не способны присоединять электроны, то в реакциях окисления-восстановления они могут играть только роль восстановителей, за исключением ионов F-, а ионы водорода способны присоединять электроны. Поэтому галогеноводороды за счёт ионов Н+ могут играть роль окислителя. Например, в реакциях с металлами ионы водорода, входящие в состав галогеноводорода, восстанавливаются последними до свободного водорода. При этом галгеноводороды могут реагировать только с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, а точнее со всеми металлами, имеющими отрицательные стандартные потенциалы, Так цинк вытесняет водород из раствора соляной кислоты:

Электронные уравнения полуреакций:

галогены

Ионно-молекулярная форма:

Zn0 + 2H+  Zn2+ + H2O; 

Молекулярная форма:

Zn + 2HCl ↔ ZnCl2 + H2.

К реакциям, в которых галогеноводороды играют роль окислителя, относятся реакции термической диссоциации:
                                                                                                                     
                                                                                                          2HГ   Г2 + Н2


Задача 822.
Действием каких галогенов можно выделить свободный бром из растворов: а) бромида калия; б) бромата калия? Дать мотивированный ответ, используя данные таблицы стандартных электродных потенциалов.
Решение:
Электродный потенциал системы: Br2 + 2электрон  = 2Br- равен 1,07 В (потенциал0(Red.)).
а) В бромиде калия степень окисления брома равна -1, поэтому бром в KBr только восстановителем, В растворе бромида калия бром может быть вытеснен окислителем, электродный потенциал которого значительно больше, чем у KBr. Так как электродный потенциал системы Cl22электрон   = 2Cl- равен 1,36 В (потенциал0(Ok.) ), то хлор может вытеснить бром из бромида калия  (потенциал0(Red.)) < (потенциал0(Ok.) ):

 

Cl2  + 2KBr = KCl + Br2

б) В бромате калия KBrO3 степень окисления брома равна +5, поэтому он будет играть роль окислителя. Значит, электродный потенциал галогена, который вытеснит бром из бромата калия, должен быть меньше. Так как электродные потенциалы системы Г2 +  10электрон = 2Г+5 для брома хлора и йода, соответственно равны 1,52 В, 1,49 В и 1,19 В. Следовательно, восстановителем может быть йод:

I2 + 2KBrO3 = 2KIO3 + Br2.