Цепные реакции. Реакции галогенов друг с другом

Задача 812. 

Составить схему цепной реакции хлора с водородом. Какую роль в ней играет освещение? Имеет ли значение частота света?

Решение:

Синтез HCl из Н₂ и Cl₂ протекает на свету:

Эта реакция относится к неразветвлённым цепным реакциям. Поглощение кванта  света или другой лучистой энергии (hv) молекулой Cl₂ приводит к её возбуждению – к появлению в ней энергичных колебаний атомов. И, как только энергия колебаний атомов превышает энергию связи между атомами, то молекула распадается. Формирование цепи начинается с образования радикалов:

Образующиеся атомы хлора легко реагируют с молекулой водорода с образованием молекулы хлороводорода и атома водорода:

Атом водорода, в свою очередь, легко реагирует с молекулой хлора с образованием молекулы хлороводорода и атома хлора:

Эта последовательность процесса продолжается дальше, в рассматриваемом случае число звеньев может достигать 100000. При данной фотохимической реакции частота света играет существенную роль, поскольку количество энергии кванта света определяется произведением постоянной Планка (h) и частотой света (v), получим: (hv). От численного значения частоты света зависит величина количества энергии кванта. Для распада молекулы Cl2 на 2  необходима частота света чуть больше 550 ммк. Под действием получаемого при данной частоте кванта света разрушается связь Cl — Cl, а не Н — Н, так как Е(Cl — Cl) = 243 кДж/моль, а Е(Н — Н) = 436 кДж/моль.

Таким образом, под действием света энергии кванта света (Е = hv) достаточно только для разрыва связей Cl — Cl в молекуле Cl₂, а не для разрыва связей Н — Н в молекуле Н₂. Именно свет является фактором, который определяет начало цепной реакции — образование свободных атомов хлора.

Задача 813. 
Написать уравнения реакций взаимодействия галогенов с водой и растворами щелочей (холодными и горячими).
Решение:
а) Уравнения реакций взаимодействия галогенов с водой:

Br₂ + H₂O ↔ HBr + HOBr

Раствор брома в воде называют «бромной водой».

б) Уравнения реакций взаимодействия галогенов с холодным раствором щёлочи:

Cl₂ + 2KOH ↔ KCl + KOCl + H₂O;

ионно-молекулярная форма:

Cl₂ + 2OH— ↔ Cl^— + OCl^— + H₂O.

в) Уравнения реакции взаимодействия галогена с горячим раствором щёлочи:

3Cl₂ + 6KOH ↔ 5KCl + KOCl₃ + 3H₂O;

ионно-молекулярная форма:

3Cl₂ + 6OH^— ↔ 5Cl^— + OCl₃^— + 3H₂O.

Таким образом, при растворении галогенов в холодной воде и в холодных растворах щелочей происходит восстановление хлора до степени окисления его атома +1 и окисление галогена до степени окисления -1. В горячих растворах щелочей галоген самоокисляется и самовосстанавливается соответственно до степени окисления -1 и до степени окисления +5.

Задача 814. 
Привести примеры возможных реакций галогенов друг с другом. Указать степени окисленности галогенов в продуктах реакций.
Решение:
Известны соединения галогенов друг с другом (галоиды), например: BrCl, ICl₃, BrF₅, IF₇, ClF, ClF₅ IBr и другие. Все соединения галоидов могут быть получены прямым синтезом, например:

Некоторые из галоидов могут существовать в обычных условиях и не разлагаться, например ClF (газ), BrF (жидкость), IF₅ (жидкость), IF₇ (газ).

Задача 815. 
При 300 °С степень термической диссоциации НI составляет 20%. Каковы при этой температуре равновесные концентрации Н₂ и I₂ в системе
Н₂ +1₂ ↔ 2НI, если равновесная концентрация НI равна 0,96 моль/л?
Решение:
Обозначим начальную концентрацию HI через х (моль/л). Если к моменту наступления равновесия из каждых х молей йодоводорода диссоциировано х молей,
то при этом, согласно уравнению реакции, образовалось 0,5х; моля Н₂ и 0,5х моля I₂.

Находим начальную концентрацию HI (х) с учетом того, что термическая диссоциация ее составляет 20% (0,2), составив соотношение:

0,96 = х — (0,96 ^. 0,2);  
х = 0,96 + 0,192 = 1,152 моля.

Тогда равновесные концентрации Н₂ и I₂ с учётом того, что степень термической диссоциации НI составляет 20%, получим:

[H₂] =[I₂] = 0,5x ^. 0,2 = 0,5 ^. 1,152 ^. 0,2 = 0,1152 моля.

Ответ: 0,1152 моля.