- •Бийский технологический институт т.И. Немыкина, т.П. Разгоняева
- •1 Теоретическая часть
- •2 Экспериментальная часть
- •2.1 Получение галогенов
- •2.2 Окислительные свойства свободных галогенов Опыт 2.2.1 Взаимодействие хлора, брома, йода
- •Опыт 2.2.2 Окисление бромом магния или цинка
- •2.3 Сравнение восстановительных свойств галогеноводородов
- •Опыт 2.3.1 Восстановление серной кислоты
- •Опыт 2.3.2 Восстановление дихромата калия
- •2.4 Техника безопасности
- •4 Задачи для домашних заданий
- •Приложение
- •ЛитературА
- •Содержание
Министерство общего и профессионального образования РФ
Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова
Бийский технологический институт т.И. Немыкина, т.П. Разгоняева
Галогены
Учебно-методическое пособие по неорганической химии
Барнаул 1999
УДК 541
Т.И. Немыкина, Т.П. Разгоняева. Галогены: Учебно-методическое пособие по неорганической химии.
Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова, БТИ. – Бийск.
Издательство Алт. гос. техн. ун-та, 1999, – 34 с.
Содержит сведения по основным свойствам галогенов, методические указания к лабораторной работе и задания для самостоятельной работы студентов.
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех форм обучения, изучающих курс «Неорганическая химия».
Рассмотрено и утверждено
на заседании кафедры
неорганической и
аналитической химии.
Протокол № 179 от 06.07.98
Рецензент: кандидат химических наук, доцент Г.В. Багров.
1 Теоретическая часть
Электронная конфигурация валентных уровней галогенов имеет общую формулу ... ns2np5. В свободном виде галогены двухатомны (Г2). У галогенов на внешнем энергетическом уровне не хватает только одного электрона до октета (наиболее устойчивой электронной конфигурации). Поэтому все они характеризуются большим сродством к электрону. Наиболее характерная степень окисления-1. Но, в отличие от фтора, Cl2, Br2, J2могут переходить в возбужденное состояние, так как у них есть свободные валентные уровни. По этой причине, а также вследствие увеличения атомного радиуса они могут сравнительно легко отдавать электроны, приобретая в соединениях положительные степени окисления.
В таблице 1 приведены все возможные электронные конфигурации галогенов и их степени окисления.
Таблица1 - Электронные конфигурации галогенов
|
Распределение электронов на валентных уровнях в нормальном и возбужденном состояниях |
Степень окисления |
F |
|
1 |
Cl, |
|
1, +1 |
Br,
|
|
+3 |
J
|
|
+5 |
|
|
+7 |
У галогенов сильно выражены окислительные свойства
Г2+ 2е2Г .
Фтор самый сильный окислитель из всех элементов периодической системы. С увеличением атомного радиуса окислительные свойства галогенов убывают.
окислительные свойства
F2 Cl2 Br2 J2
восстановительные свойства
В водных растворах хлор, бром, йод склонны к реакциям диспропорционирования.
на холоде
Г2+ 2КОН KГ + KГО + H2O.
Йод при взаимодействии с сильными окислителями может проявлять только восстановительные свойства.
J2+ 10HNO3 2HJO3+ 10NO2+ 4H2O.
Даже при растворении в воде имеет место химическое взаимодействие
Г2+ H2O HГ + HГО.
Правда, процесс этот обратимый, и равновесие сильно смещено в сторону реагентов, так что, в основном, галогены в воде присутствуют в виде гидратов: Г2 nH2O. Раствор хлора в воде называютхлорнойводой, раствор бромабромной водой. Так как растворимость йода в воде чрезвычайно мала, тойоднуюводу готовят, растворяя в J2в KJ.
J2+ KJ K [ J3].
Равновесие также смещено в сторону обратной реакции. Хлорной, бромной и йоднойводой пользуются как свободными галогенами.
В отличие от хлора, брома и йода, взаимодействие фтора с водой протекает энергично и до конца.
F2 + H2O2HF + O.
В результате реакции выделяется атомарный кислород.
С учетом изменения окислительно-восстановительных свойств галогенов каждый предыдущий член этого ряда вытесняет последующий из его бескислородных соединений.
Cl2+ 2KJ2KCl+ J2.
А в кислородных соединениях предыдущий член может быть вытеснен каждым последующим членом ряда.
J2+ KClO3Cl2+ KJO3.
Галогены образуют два ряда кислот: бескислородные и кислородосодержащие.
В таблице 2 приведены основные соединения и их устойчивость в водных растворах, а в таблице 3 дана характеристика окислительно-восстановительных свойств галогенов в различных степенях окисления.
Таблица 2 - Основные соединения галогенов
|
Кислоты |
Соли | |||
Сте-пень окисления |
Фор- мула |
Номен-клатура |
Поведение в водных растворах |
Номенкла- тура |
Раст- воримость |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
HF |
фторо- водо-родная (плави- ковая) |
слабая, образует ассоциаты (HF)n, предельная концентрация 40 |
фториды (напр.: KFфторид калия) |
раство-ряются |
-1 |
HCl
|
хлоро-водо-родная (соляная) |
сильная, предельная концентрация 37%
|
хлориды (напр.: KClхлорид калия) |
раство-ряются (искл.: AgCl) |
|
HBr |
бромо- водо- родная |
сильная, предельная концентрация 48 |
бромиды |
раство-ряются (искл.: AgBr) |
|
HJ |
йодо- водо-родная |
сильная, предельная концентрация 70 |
иодиды |
раство-ряются (искл.: AgJ, PbJ2) |
Продолжение таблицы 2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
HClO |
хлор-нова-тистая |
слабая, неустойчива, существует только в водных растворах |
гипохлориты (напр.: KСlOгипо хлорит калия) |
раство-ряются |
+1 |
HBrO |
бром-нова-тистая |
слабая, неустойчива, существует в водных растворах |
гипобро-миты
|
раство-ряются |
|
HJO |
йодно- ватис- тая |
слабая, неустойчива, существует в водных растворах |
гипо-иодиты |
раство-ряются |
+3 |
HClO2 |
хлорис-тая |
слабая, крайне неустойчива
|
хлориты (напр.: KClO2 хлорит калия) |
раство-ряются |
|
HBrO2 |
бром-истая |
слабая, неустойчива |
бромиты |
раство-ряются |
|
HJO2 |
иодис- тая |
слабая, неустойчива |
иодиты |
раство-ряются |
+5 |
HClO3 |
хлор-новатая |
сильная, 30-40-ные растворы, устойчивы |
хлораты (напр.: KClO3 хлорат калия. [бертоле-това соль] |
раство-ряются |
|
HBrO3 |
бром-новатая |
сильная, устойчива в водных растворах |
броматы |
раство-ряются |
|
HJO3 |
йодно-ватая |
сильная, получена в чистом виде |
иодаты |
раство-ряются |
+7 |
HClO4 |
хлорная |
сильная, устойчива в водных растворах |
перхлораты (напр.: NaClO4 перхлорат натрия) |
раство-ряются (искл.: KClO4, RbClO4, CsClO4) |
Продолжение таблицы 2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
HBrO4 |
бром-ная |
сильная, устойчива в водных растворах |
пербро- маты |
раство-ряются |
+7 |
H5JO6 |
орто-иодная |
получена в виде кристаллов, способность к диссоциации меньше, чем у предыдущих кислот |
перорто-иодаты
|
раство-ряются |
Таблица 3 - Поведение галогенсодержащих соединений
в водных растворах
Степень окис-ления |
1 |
0 |
+1 |
+3 |
+5 |
+7 |
| ||
харак- терные ионные и моле-куляр-ные формы |
F , Cl, Br , J |
F2, Cl2, Br2, J2 |
HClO, HBrO, HJO, ClO, BrO, JO |
HClO2, HBrO2, HJO2, ClO2, BrO2, JO2
|
ClO3, BrO3, JO3 |
ClO4, BrO4, H4JO6, JO65 H4JO6 |
| ||
окисли-тельно-восста-новите-льные свойст-ва
|
восстанови-тельные свойства: F -не прояв- ляет, Clпроявляет, если используется HСlконц, Br, J сильные восстанови-тели |
F2си- льный окисли- тель, Cl2, Br2, J2двойствен- ная при рода
|
сильные окислители на свету (стрелками показано увеличение окислительной способности)
HClO HBrO HJO HClO2 HBrO2 HJO2 HClO3 HBrO3 HJO3 HClO4 HBrO4 HJO4
|
|
|
Большинство кислородных соединений галогенов весьма непрочны. Не получено большинство оксидов, а кислоты, в основном, существуют только в водных растворах.
Увеличение прочности кислородсодержащих соединений сопровождается уменьшением окислительной способности. Самый сильный окислитель в ряду: HГO НГО2НГО3НГО4это кислоты состава НГО. Их окислительная способность на свету усиливается за счет реакции разложения и выделения атомарного кислорода.
НГО НГ + О.
Так как соединения галогенов в степени окисления 1характеризуются большой устойчивостью, то в окислительно-восстановительных процессах кислородсодержащие ионы переходят в галогенид-ион:
ГО+ 2H++2eГ+ H2O,
ГО4+ 8H++ 8eГ+ 4H2O.
Из бескислородных кислот только HF является слабой кислотой. Степень ее ионизации в 0,1м растворе составляет всего лишь 8, тогда как уHCl92,6, HBr93,5, HJ95. Это обусловлено тем, что молекулы HF образуют за счет водородных связей ассоциаты, например:
F F F
H H H .
(H3F3)
Возможны также ассоциаты состава H2F2, H4F4. По этой причине диссоциация плавиковой кислоты протекает по схемам:
H2F2+ H2O HF2+ H3O+;
H4F4+ H2O H3F4+ H3O+;
HF + H2O F+ H3O+.
Таким образом, в растворе наряду с ионами F-существуют ионы HF2, HF3, HF4, что резко уменьшает концентрацию ионов H+(H3O+).