Галогены

Опыт 1. Получение хлора

В свободном состоянии галогены получают в лаборатории из галогеноводородных кислот или их солей окислением отрицательных галид-ионов различными окислителями.

Выполнение работы. В три пробирки положить по 3-4 кристаллика различных окислителей: в первую диоксида марганца MnO₂ или диоксида свинца PbO₂, во вторую – дихромата калия K₂Cr₂O₇ и в третью – перманганата калия KMnO₄. В каждую пробирку добавить по 3-5 капель концентрированной соляной кислоты (пл. 1,19 г/см³). Первую и вторую пробирку осторожно подогреть на маленьком пламени горелки (если выполняется опыт 2, то получение хлора окислением соляной кислоты перманганатом калия можно не делать). После каждого опыта в пробирку, где получились свободные галогены, добавить по 5-6 капель раствора тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ и пробирки сразу же вымыть. Отметить цвет и запах выделяющегося хлора и написать уравнения реакций:

а) получение хлора, учитывая, что окислительные числа марганца меняются с +4 в MnO₂ и +7 в KMnO₄ на +2; свинца – с +4 в PbO₂ на +2; а хрома – с +6 в K₂Cr₂O₇ на +3;

б) взаимодействия хлора с тиосульфатом натрия с участием воды; реакция протекает с образованием свободной серы, соляной кислоты и сульфата натрия.

Для всех реакций составить схему перехода электронов. Сделать соответствующие выводы.

Опыт 2. Получение хлорной воды и исследование её свойств

а) Получение хлорной воды

Выполнение работы. Приготовить прибор для получения хлорной воды. В коническую пробирку налить дистиллированной воды до половины её объёма. В микроколбу положить несколько кристаллов перманганата калия (1-2 микрошпателя) и укрепить её в штативе. В пробирку с перманганатом добавить одну каплю дистиллированной воды и 3-5 капель концентрированной соляной кислоты (пл. 1,19 г/см³). Быстро закрыть колбу пробкой с отводной трубкой. Трубку опустить в пробирку с водой и пропустить в неё хлор на 2-4 мин. Если реакция идёт недостаточно энергично, микроколбу слегка подогреть. Пробирку с полученной хлорной водой закрыть пробкой и сохранить для следующих опытов.

Написать уравнение реакции получения хлора окислением соляной кислоты перманганатом калия, учитывая, что окислительное число марганца изменяется от +7 до +2 с образованием дихлорида марганца. Составить схему перехода электронов.

б) Исследование состава и свойств хлорной воды

Выполнение работы. Открыть пробирку с хлорной водой и отметить запах свободного хлора (осторожно!). При растворении в воде хлор частично реагирует с водой по уравнению:

Cl₂ + H₂O ↔HClO + HCl. (1)

При этом равновесие сильно смещено влево. Поэтому хлорной водой можно пользоваться для всех реакций, если по ходу реакции необходим свободный хлор. Под влиянием света скорость реакции разложения непрочной хлорноватистой кислоты увеличивается:

HClO = HCl + O (2)

Реакция (2) вызывает постепенное смещение равновесие реакции (1) вправо. Поэтому хлорную воду следует хранить в склянке из тёмного стекла или в тёмном месте.

В чистую пробирку внести 4-5 капель синего лакмуса и несколько капель полученной хлорной воды. Что происходит с окраской раствора лакмуса? На что это указывает?

Доказать присутствие в хлорной воде ионов Cl^-, добавив в пробирку с несколькими каплями хлорной воды 2-3 капли нитрата серебра. Выпадет ли белый творожистый осадок AgCl? В третью пробирку внести 4-5 капель раствора фуксина и добавить по каплям хлорной воды. Обесцвечивание раствора происходит вследствие окисления индиго хлорноватистой кислоты. Сохранить хлорную воду для и следования свойств хлора в последующих опытах.

Опыт 3. Получение брома

Выполнение работы. В сухую цилиндрическую пробирку поместить 2-3 кристаллика бромида калия или натрия и столько же диоксида марганца. Осторожно встряхнуть пробирку и прибавить к смеси 2-3 капли концентрированной серной кислоты (пл. 1,84 г/см³). Что представляют собой выделяющиеся бурые пары? Написать уравнение реакции получения брома.

Опыт 4. Получение иода

Выполнение работы. В сухом тигле смешать равные количества иодида калия или натрия с диоксидом марганца (по2-3 микрошпателя). К полученной смеси добавит 1-2 капли концентрированной серной кислоты (пл. 1,84 г/см³). Тигель поставить на асбестированную сетку, помещённую на кольцо штатива, накрыть крышкой или часовым стеклом и нагреть на небольшом пламени 3-4 мин. Приподнять щипцами крышку и отметить фиолетовый цвет паров иода. Снова накрыть тигель крышкой. Прекратив нагревание, дать тиглю полностью охладиться. Снять крышку или стекло и, перевернув его обратной стороной, рассмотреть полученные кристаллы иода. Написать уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в данном опыте.

Опыт 5. Окислительные свойства свободных галогенов (окислительное число равно нулю)

а) Сравнение окислительной активности свободных галогенов.

В три пробирки внести по 3-5 капель растворов: в первую - бромида калия, в две другие - иодида. Во все пробирки с растворами бромида и иодида добавить по 2-4 капли бензола. В две пробирки с растворами бромида и иодида добавить по 2-4 капли хлорной воды, в третью пробирку с раствором иодида – бромной воды. Содержимое пробирок перемешать стеклянной палочкой. Палочку каждый раз тщательно промывать водой и вытирать фильтровальной бумагой.

По окраске бензольного кольца определить, какой галоген выделяется в свободном состоянии в каждом случае. Написать уравнения реакций взаимного вытеснения галогенов в молекулярной и ионной формах. Указать окислитель и восстановитель в каждом случае. Как изменяется окислительная способность галогенов от хлора к иоду? Сравнить ваш вывод с величинами окислительно – восстановительных потенциалов. Объяснить причину этой закономерности.

б) Окисление бромом магния или цинка.

Внести в пробирку 3 – 5 капель бромной воды и немного порошка магния или цинка. Перемешать стеклянной палочкой. Отметить обесцвечивание растворов бромной водой и указать причину этого явления. Написать соответствующее уравнение реакции.

Опыт 6. Получение водородных соединений галогенов (галогеноводородов).

Галогеноводороды могут быть получены действием нелетучих и не являющихся окислителями кислот на галиды металлов.

б) Действие плавиковой кислоты на стекло.

На стеклянной пластинке, покрытой слоем парафина, иглой сделать надпись или рисунок (например, формулу НF). Кисточкой смочить пластинку раствором плавиковой кислоты. Обратить внимание на то, в какой склянке она хранится. Выждав некоторое время, смыть кислоту под краном, протереть пластинку досуха чистой тряпкой или фильтровальной бумагой. Нагреть пластинку над пламенем спиртовки или электроплитки до плавления парафина и убрать его фильтровальной бумагой. Рассмотреть изображение, появившееся там, где парафин был снят. Записать наблюдения в журнал, объяснить появление изображения и составить уравнение реакции исходя из того, что главной составной частью стекла является диоксид кремния.

в) Получение хлороводорода и его растворение в воде.

В фарфоровую чашку или в маленький кристаллизатор налить воду, подкрашенную синим лакмусом. Приготовить прибор для получения хлороводорода и укрепить его на штативе. В микроколбу на ¼ объёма насыпать сухого хлорида натрия. Смочить его двумя каплями воды и добавить 5-6 капель концентрированной серной кислоты. Микроколбу быстро закрыть пробкой с газоотводной трубкой. Капиллярную трубку опустить в пробирку – газоприемник. Пробка, через которую проходит капилляр, не должна закрывать отверстие пробирки, чтобы воздух свободно вытеснялся поступающим газом. Наполнение производить 3-4 минуты. Наблюдать появление белого дыма у отверстия пробирки и объяснить причину его образования.

Наполнив пробирку сероводородом, плотно закрыть ее пробкой. Отсоединить капилляр от трубки, быстро закрыть его указательным пальцем и, перевернув пробирку вверх дном, опустить конец капилляра в приготовленную в фарфоровой чашке или кристаллизаторе воду, подкрашенную лакмусом. Под водой снять палец с капилляра и наблюдать быстрое заполнение пробирки водой (образование фонтана), вследствие большой растворимости хлороводорода в воде. Отметить изменение окраски лакмуса. Чем это объяснить? Написать уравнение реакции получения хлороводорода. Зарисовать прибор.

г) Получение бромоводорода и иодоводорода.

Положить в одну пробирку 2-3 микрошпателя бромида кадия или натрия, в другую – столько же какого-либо иодида. В обе пробирки добавить по 5-10 капель концентрированного раствора фосфорной ортокислоты. Подогреть растворы на маленьком пламени горелки. Наблюдать выделение бромоводорода и иодоводорода в виде белого дыма. Выделяется ли при этом свободный бром и иод? Сделать вывод, окисляет ли фосфорная кислота бромоводород и иодоводород? Написать уравнения реакций.