Опыт 2. Доказательство неполярной молекулярной структуры галогенов

ОБЩАЯ и неорганическая ХИМИя

Свойства элементов побочных подгрупп

Методические указания к лабораторным работам

для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата240100

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

УДК 546 (076.5)

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ ПОБОЧНЫХ ПОДГРУПП:Методические указания к лабораторным работам / Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Сост.: Д.Э. Чиркст, Т.Е. Литвинова, И.В. Берлинский, Д.С. Луцкий.

Изложены методики проведения опытов по свойствам элементов периодической системы и обработки результатов экспериментальных работ. Лабораторные работы предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата 2400100 «Химическая технология».

Библиогр.:8

Научный редактор: проф. Чиркст Д.Э.

© Национальный минерально-сырьевой

университет «Горный» , 2012 г.

Свойства элементов побочных подгрупп

Общие сведения

Побочные подгруппы периодической системы включают d-элементы до актиния включительно, все лантаноиды и первые четыре элемента ряда актиноидов.

У элементов побочных подгрупп наблюдается ряд характерных особенностей:

все элементы побочных подгрупп являются металлами;

многие элементы побочных подгрупп могут существовать в разных валентных состояниях (явление переменной валентности);

соединения большинства элементов побочных подгрупп обладают парамагнитными свойствами;

сходство по свойствам с элементами главных подгрупп как правило проявляется у соединений элементов с максимальной степенью окисления;

сходство свойств достаточно велико для элементов III – VII групп периодической таблицы и мало заметно для элементов VIII – II групп;

элементы побочных подгрупп способны к образованию окрашенных ионов типа Me^z+ – это свойство у металлов главных подгрупп отсутствует;

у элементов побочных подгрупп наблюдается сходство свойств в рядах по горизонтали, например Fe–Co–Ni, особенно характерное для элементов VIII группы;

в подгруппах сверху вниз наблюдается изменение свойств от более активного металла к менее активному.

Ввиду того, что появление побочных подгрупп начинается в третьей группе, изучение элементов побочных подгрупп также логично начинать с изучения свойств элементов III В группы.

Лабораторная работа № 7. Свойства элементов VII А группы. Галогены

Цель работы: изучение химических свойств галогенов.

Общие сведения

Входящие в VII А подгруппу элементы фтор, хлор, бром, иод, астат называются галогены (солеобразующие). Такое название элементы VII А подгруппы получили за способность взаимодействовать с металлами с образованием типичных солей типа MeГ_n, где Ме – металл, Г – атом галогена.

Атомы галогенов содержат семь электронов на внешнем электронном уровне, следовательно, легко могут присоединять единственный электрон. Аналогичное строение внешнего электронного слоя обусловливает большое сходство галогенов друг с другом:

· все галогены – типичные неметаллы;

· у всех галогенов большое значение электроотрицательности;

· в бинарных соединениях проявляют валентность, равную 1;

· в бинарных соединениях с менее электроотрицательными элементами проявляют степень окисления −1;

· все галогены являются сильными окислителями.

Увеличение радиуса атома сверху вниз по группе приводит к тем же закономерностям, что и у элементов других главных подгрупп. С повышением порядкового номера элементов в ряду F – At

уменьшается электроотрицательность;

ослабевают неметаллические свойства;

ослабевает окислительная способность простых веществ: более легкие галогены в виде простых веществ окисляют галогенид-ионы более тяжелых галогенов;

усиливается восстановительная способность галогенид-ионов: более тяжелые галогены в виде Г⁻ восстанавливают более легкие галогены из их кислородных соединений;

изменяется агрегатное состояние простых веществ: фтор и хлор – газы, бром – тяжелая жидкость, иод, астат – кристаллические вещества.

появление положительной степени окисления (фтор в своих соединениях всегда находится в степени окисления −1);

изменение состояния галогеноводородов: HF – жидкость, водный раствор образует слабую кислоту; остальные галогеноводороды – газообразные вещества, водные растворы образуют сильные кислоты;

изменения растворимости галогенидов: фториды щелочно-земельных элементов мало растворимы, фторид серебра – растворим; для остальных галогенов – наоборот.

фтор – единственный из галогенов, который не образует кислородных соединений. Остальные галогены образуют оксиды, носящие кислотный характер и являющиеся сильными окислителями, а также кислородные кислоты. Сами кислородные кислоты галогенов и их соли являются как правило сильными окислителями.

Выполнение работы

Опыт 1. Получение галогенов (выполнять в вытяжном шкафу!).

А. Получение хлора. В пробирку с газоотводной трубкой (или в маленькую колбу Вюрца) поместить немного MnO₂ и добавить несколько капель концентрированной соляной кислоты. Пробирку закрыть пробкой. Образующийся хлор пропустить через раствор KI и через воду. Отметить изменения в пробирках с водой и иодидом калия.

Б. Получение брома. В пробирку с газоотводной трубкой (или в маленькую колбу Вюрца) поместить немного MnO₂, сухого KBr, добавить несколько капель 50 %-ной серной кислоты пробирку закрыть пробкой и осторожно нагреть. Выделяющийся бром можно собрать в пробирку с иодидом калия и в пробирку с раствором щелочи, куда добавлена 1 капля фенолфталеина (отметить изменение окраски индикатора).

В. Получение йода. В пробирку с газоотводной трубкой поместить немного MnO₂, сухого KI, добавить несколько капель 50 % серной кислоты пробирку закрыть пробкой и осторожно нагреть. Выделяющийся йод можно собрать в пробирку, содержащую раствор крахмала – отметить изменение цвета раствора.

Опыт 2. Доказательство неполярной молекулярной структуры галогенов.

А. В три пробирки отобрать пробы (3–5 капель) хлорной, бромной и йодной воды. Прибавить в каждую пробирку CCl₄ или CHCl₃ и сильно встряхнуть. Отметить окраску органического вещества.

Б. По нескольку кристаллов йода добавить в пробирки с тетрахлоридом углерода, бензолом и разбавленным раствором гидроксида натрия. Отметить окраску растворов.

Примечание: галогены, как вещества неполярные лучше будут растворяться в неполярных органических растворителях, на что указывает изменение окраски органической фазы.

Опыт 3. Сублимация (возгонка) йода. В широкую пробирку с боковым штуцером для отвода газов поместить несколько кристаллов йода. Пробирку плотно закрыть резиновой пробкой, в которую вставлена пробирка поменьше. В маленькую пробирку налить холодную воду или положить кусочки льда. Осторожно нагреть дно большой пробирки. Из темно-фиолетовых паров йода на стенках маленькой пробирки будут осаждаться черно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском.