Лабораторная работа №8: Галогены.
Цель: ознакомиться с типичными свойсвами галогенов и их соединений.
Оборудование и реактивы: химическая посуда, спиртовка, щипцы, генератор хлора, галогены и их соединения.
Теоретическая часть:
История открытия и свойства галогенов:
Открытие элементов в основном происходило в соответствии с правилом: чем более распространен в природе, тем раньше человечество выделяло его в виде простого вещества. Однако фтор составляет исключение: он открыт примерно на 100 лет позже менее распространенного хлора. Это объясняется действием другого правила: чем сложнее получить элемент в виде простого вещества, тем позже это происходит. Так и случилось с фтором. Его соединения были известны давно: природный камень (представляющий собой фторид кальция) еще в XV веке применяли при выплавке металлов в качестве плавня (т. е. вещества, понижающего температуру плавления (т. пл.) руды). Поэтому его называли плавиковым шпатом, а также флюоритом - от латинского «fluеre» - «течь». В XVII веке использовали смесь флюорита с серной кислотой (при этом образовывалась т. н. плавиковая кислота, т. е. HF) для нанесения узоров на стеклянные изделия травлением. В чистом виде фторид водорода был получен в 1809 г. Дж. Гей-Люссаком. Но еще А. Лавуазье (XVIII век) считал его радикал простым телом (элементом), причем за разъедающее действие HF на стекло, растительные и животные ткани этот пока не открытый элемент назвали фтором, что по-гречески означает «разрушающий». И только в 1886 г. (после почти 100-летних попыток выделить фтор из HF очень многими исследователями, большинство которых поплатилось здоровьем из-за вредного действия фторида водорода) А. Муассан получил F2 . Он синтезировал его электролизом безводного HF, содержащего примеси KF, при температуре 550С в ячейке, сделанной из платины. Полученный Муассаном светло-зеленый газ обладал необычно высокой химической активностью: в его струе воспламенялись сера, уголь, бумага, дерево, т. е. он оправдывал свое название «фтор». Первые его порции стоили дороже золота, так как при синтезе 1 г F2 «разъедалось» до 6 г Pt. Потом установили, что с никелем, медью, алюминием и свинцом фтор реагирует лишь до образования пассивирующей пленки фторида на поверхности металла, и значит, электролизер (и тару для F2 ) можно делать из них. Соединения хлора (поваренная соль, нашатырь) тоже были известны издавна. В конце XVI в. уже упоминается муриевая кислота (HCl), которую получали перегонкой смеси поваренной соли, железного купороса и квасцов. Позже в XVII веке И. Глаубер предложил синтезировать HCl обработкой NaCl серной кислотой. Однако лишь в 1774 г. К. Шееле выделил газ, который разъедал пробки, обесцвечивал живые цветы и действовал на все металлы, кроме золота. Этот газ за его цвет назвали хлором, от греческого «хлорос» – «желто зеленый». В современных лабораториях Cl чаще получают методом Шееле: действием хлороводородной кислоты на диоксид марганца. Можно брать и другие окислители, потенциал которых выше E(Cl2 / 2Cl - ), равного 1,36 В; например: KMnO 4, KClO3, PbO 2, K 2Cr2O7 . Реакция с последним веществом идет лишь при нагревании, поэтому легко регулируется. Используют также Cl из баллонов. Бром впервые был выделен в 1825 г. Левигом действием хлора на воду минерального источника (т. е. на бромиды, растворенные в ней), но А. Балар первым в 1826 г. опубликовал свои результаты о выделении (из золы морских водорослей) нового вещества темно-бурого цвета. Оно неприятно пахло, за что и получило название «бром» от греческого «бромос» - «зловонный». В лабораториях при синтезе Br часто применяют метод Левига, т. е. окисление бромидов.
Йод открыт в 1811 г. промышленником Куртуа. Он пытался выяснить, почему раствор, полученный при выщелачивании золы морских водорослей1, разъедает его медные котлы. Для этого Куртуа добавлял к этому раствору разные реагенты и в некоторых случаях наблюдал выделение фиолетовых паров. За этот цвет Гей-Люссак, исследовавший новое вещество (по просьбе Куртуа), дал ему название «йод» («йодос» по-гречески «цвет фиалки»). В лаборатории йод синтезируют (подобно Cl и Br), действуя на иодиды окислителями (в частности, хлором).
Экспериментальная часть:
Опыт 1: получение хлора и его окислительные свойства.
В аппарат под названием «Генератор хлора» поместили KMnO4 и по каплям через воронку добавляли к нему концентрированную соляную кислоту. Газоотводную трубку опустили в пробирку с раствором тиосульфата натрия. В пробирке выпал осадок желтого цвета (коллоидная сера).
Cl2+Na2S2O3+H2O→Na2SO4+2HCl+S↓
2Cl0 -2e→2Cl- 1
2S2+ +2e→S0 1
Опыт 2: свойства хлорной воды.
Пользуясь газоотводной трубкой, пропустили хлор через 2 пробирку с водой и получили хлорную воду. В 1-ю пробирку, чтобы получить бром, добавили бромид натрия, во 2-ю пробирку, чтобы получить йод, добавили йодид калия. Записали уравнения реакций.
Cl2+2NaBr→2NaCl+Br2↑
Cl2+2KI→2KCl+I2↓
Опыт3: экстрагирование брома и йода.
Экстрагирование – процесс извлечения одного или нескольких компонентов из вещества при помощи органических растворителей (экстрагентов).
4 пробирки, из которых две содержали бромную воду, а две – йодную, попарно разделили. В одну пробирку с йодной водой добавили бензол, в другую – хлороформ. Так же поступи с пробирками с бромной водой. Так как ни бензол, ни хлороформ не растворяются в воде, они образовали маслянистый слой красно-оранжевого цвета на ее поверхности.
Br2+C6H6→ C6H5Br+HBr
Br2+ CHCl3→
I2+C6H6→C6H5I+HI
I2+CHCl3→
Опыт 4: свойства брома и йода.
Взяли 3 пробирки. В 1-ю поместили NaCl, во 2-ю – NaBr, в 3-ю – NaI. Подействовали на них концентрированной серной кислотой. В результате реакции цвет первой пробирки не изменился, цвет второй, из-за выделения газа брома, стал оранжевым, а в третьей выделился йод в виде осадка темно-коричневого цвета. Более подробно процессы, протекающие в пробирках, записали в виде уравнений реакций.
2NaCl+H2SO4→Na2SO4+2HCl
2NaBr+ H2SO4→Br2+H2+Na2SO4
2NaI+ H2SO4→I2+H2+Na2SO4
Опыт 5: галогены в комплексных соединениях.
а) В пробирку к нескольким каплям раствора FeCl3 добавили 1 капля роданида калия. Раствор окрасился в кроваво-красный цвет, что свидетельствует о наличии ионов Fe3+. Затем в пробирку присыпали фторид натрия и встряхнули. Так как комплексное соединение фторида железа сильнее роданида железа, Fe3+ окислился до Fe6+ и раствор обесцветился.
FeCl3+KSCN→ 3KCl+Fe(SCN)3
Fe(SCN)3+6NaF→Na3[FeF6]+3NaSCN
б) В пробирку опустили йод и прилили к нему воды. Йод плохо растворим в воде, поэтому реакция не пошла. Тогда добавили в пробирку раствор KI и хорошенько встряхнули. Реакция, хоть и очень медленно, но все-таки пошла. Йод начал постепенно растворятся в воде, образуя комплексное соединение.
I2+H2O→ реакция не идет
I2+KI→K[I3]
Вывод: ознакомились с типичными свойствами галогенов и их соединений. Провели экстрагирование брома и йода. Ознакомились со свойствами галогенов в комплексных соединениях.
