V, VI, VII групп Периодической системы

 

Галогены – элементы VII группы. В свободном состоянии химически активны, являются энергичными окислителями. Возможные степени окисления хлора, брома, иода в соединениях: от –1 (галогеноводороды, галогениды) до +7.

Сера – элемент VI группы. Проявляет в соединениях преимущественно степени окисления: -2, +4, +6 (реже +2).

Азот – элемент V группы. В соединениях проявляет весь набор окислительных чисел от –3 до +5, образуя большую группу соединений как с кислородом, так и водородом.

Соединения элементов с низшими степенями окисления, участвуя в о.-в. реакциях, проявляют только восстановительные свойства (Cl^-, Br^-, J^-, S^2-, NH₃).

Соединения с высшими степенями окисления элементов являются типичными окислителями: HСlO₄, KJO₄, HNO₃, H₂SO_4(конц.) (реакции азотной и серной кислот с металлами см. в работе 7).

Соединения, в которых элементы имеют промежуточные степени окисления, обладают о.-в. двойственностью, проявляя либо окислительные, либо восстановительные свойства в зависимости от второго участника реакции.

 

Задание 1. Реакции с участием типичных восстановителей

(галогенидов, сульфидов, аммиака)

 

Задание 1.1. Получение хлора из соляной кислоты

 

Хлорид-ионы можно окислить до элементарного хлора только очень сильными окислителями. Объясните, почему?

В пробирку поместите несколько кристалликов какого-либо окислителя: а) диоксида марганца MnO₂, б) диоксида свинца PbO₂, в) бихромата калия K₂Cr₂O₇, г) перманганата калия KMnO₄. Добавьте 3-5 капель концентрированной соляной кислоты. Осторожно подогрейте пробирку (кипятить не обязательно). Докажите, что в ходе реакции образуется хлор, во-первых, по запаху, во-вторых, используя иодкрахмальную бумагу (бумагу, пропитанную растворами KJ и крахмала). Для этого смочите бумажку дистиллированной водой и поднесите ее к отверстию пробирки. Объясните наблюдаемое изменение цвета бумажки. При составлении уравнения реакции учтите, что окислители восстанавливаются до ионов Mn²⁺, Pb²⁺, Cr³⁺.

 

 

Задание 1.2. Свойства сульфидов

 

В пробирку внесите 5 капель одного из следующих растворов: а) перманганата калия, б) бихромата калия, в) хлорида железа (III), г) бромной воды Br₂, д) спиртового раствора иода J₂. Подкислите раствор 2-3 каплями разбавленной соляной или азотной кислотs. Приливайте по каплям раствор сульфида натрия до изменения цвета раствора. Запишите наблюдаемые явления. Имейте в виду, что в ходе реакции сульфид-ионы окисляются либо до коллоидной серы (раствор мутнеет), либо до сульфат-ионов. Образование ионов SO₄^2- докажите качественной реакцией с хлоридом бария.

 

Задание 1.3. Восстановительные свойства аммиака

 

В пробирку внесите 2-3 капли бромной воды (Br₂) и 1-2 капли концентрированного раствора аммиака. Наблюдайте изменение окраски раствора. Напишите уравнение реакции, учитывая, что аммиак окисляется бромом до свободного азота.

 

Задание 2. Реакции с участием типичных окислителей

 

Задание 2.1. Сравнительная активность свободных галогенов

В две пробирки внесите по 2-3 капли раствора иодида калия. В первую пробирку добавьте 1 мл хлорной воды Cl₂, во вторую – 1 мл бромной воды Br₂. Выделившийся иод экстрагируйте в органическую фазу, для чего в каждую пробирку внесите 5-6 капель СС1₄ и хорошо встряхните их содержимое. Поставьте пробирки в штатив и в спокойном состоянии дайте фазам расслоиться. Обратите внимание на изменение цвета органической фазы – это цвет сольватированных молекул иода.

В третьей пробирке проведите аналогичную реакцию бромида натрия (бромида калия) с хлорной водой и экстрагируйте выделившийся бром в органическую фазу СС1₄. Отметьте цвет сольватированных молекул брома в органическом растворителе.

Приведите значения соответствующих о.-в. потенциалов и обоснуйте утверждение, что более легкие галогены вытесняют более тяжелые из их солей. Объясните хорошую растворимость брома и иода в органическом растворителе.

 

Задание 2.2. Взаимодействие иода с алюминием

 

В фарфоровой чашке растирается смесь кристаллического иода и порошка алюминия. После добавления к смеси нескольких капель горячей воды наблюдается бурная реакция окисления алюминия иодом. Какой цвет имеет образующийся иодид алюминия? Напишите уравнение реакции. Какую роль играет вода?

 

Задание 2.3. Окисление хрома (III) до хрома (VI) кислородными

соединениями галогенов

 

Хром (III) легко окисляется в щелочной среде, образуя хромат-ионы CrO₄^2- желтого цвета. В кислой среде хром (III) окисляется до бихромат-ионов Cr₂O₇^2- оранжевого цвета только очень сильными окислителями в присутствии катализатора. Приведите значения о.-в. потенциалов для системы Cr(VI)/Cr(III) в кислой и щелочной средах и оцените восстановительную способность хрома(III).

Поместите в пробирку 1 каплю раствора соли хрома (III), прилейте 1мл дистиллированной воды и добавляйте по каплям разбавленный раствор щелочи. Наблюдайте образование осадка гидроксида хрома и последующее растворение его при добавлении избытка щелочи за счет образования ионов [Cr(OH)₄]^- изумрудно-зеленого цвета. Добавьте какой-либо из перечисленных окислителей: а) несколько кристалликов периодата калия KJO₄, б) 1-2 мл раствора гипохлорита натрия NaCIO, в) 1-2 мл раствора гипобромита натрия NaBrO (см. примечание). Наблюдайте изменение окраски раствора из зеленой ([Cr(OH)₄]^-) в желтую (CrO₄^2-). Если реакция идет медленно, то нагрейте пробирку. Наличие хромат-ионов докажите качественной реакцией - получением осадка хромата бария.

Примечание. Приготовление раствора гипобромита натрия: налейте в пробирку 1 мл бромной воды и добавляйте по каплям разбавленный раствор щелочи до обесцвечивания раствора.

 

Задание 2.4. Взаимодействие иодата KJO₃ и иодида калия KJ

(реакция конмутации)

 

Налейте в пробирку 5-6 капель раствора иодата калия и добавьте 1 каплю раствора иодида. Идет ли реакция? Подкислите раствор разбавленной серной кислотой. Какое вещество образуется в ходе реакции? Какая среда благоприятствует данной реакции?

 

Задание 3. Соединения, обладающие о.-в. двойственностью

 

Задание 3.1. Взаимодействие сульфита натрия Na₂SO₃

с бромом или иодом

Налейте в пробирку либо 1 мл бромной воды (а), либо 2-3 капли спиртового раствора иода (б). Приливайте по каплям раствор сульфита натрия до обесцвечивания исходного раствора. Разделите полученный раствор на две пробирки и добавьте в одну 2 капли нитрата серебра, в другую – 2 капли нитрата свинца. О присутствии каких ионов свидетельствуют образовавшиеся осадки? Какие о.-в. свойства проявляет сульфит в этих реакциях?

 

Задание 3.2. Взаимодействие сульфита Na₂SO₃ и сульфида натрия Na₂S

(реакция конмутации)

 

Налейте в пробирку несколько капель раствора сульфита натрия и прибавьте равный объем сульфида. Идет ли реакция? Подкислите раствор. Образование какого вещества приводит к помутнению раствора? Какие о.-в. свойства проявляет сульфит в присутствии сульфида? Какая среда благоприятствует протеканию реакции?

 

Задание 3.3. Взаимодействие сульфита натрия Na₂SO₃ и нитрита NaNO₂

с бихроматом калия

 

Налейте в пробирку 5-6 капель раствора бихромата калия, подкислите раствор разбавленной серной кислотой и добавьте 1 мл раствора соли: а) сульфита натрия, б) нитрита натрия. Слегка подогрейте содержимое пробирки. Наблюдайте изменение цвета раствора с желто-оранжевого до сине-зеленого, характерного для солей хрома(III).

Какие о.-в. свойства проявляет сульфит и нитрит в этих реакциях?

 

Задание 3.4. Взаимодействие нитрита калия KNO₂

с иодидом калия KJ или сульфидом натрия Na₂S

 

Налейте в пробирку 2-3 капли раствора иодистого калия (а) либо сульфида натрия (б). Подкислите раствор разбавленной кислотой: в случае (а) – серной, в случае (б) – азотной или соляной. Добавьте несколько капель раствора нитрита калия. Чем вызвано изменение окраски раствора в реакции с иодидом калия? Напишите уравнение реакции, учитывая, что нитрит восстанавливается до оксида азота (II). В варианте (б) сульфид-ионы переходят в сульфат-ионы. Докажите наличие сульфат-ионов качественной реакцией с солью бария.

Какие о.-в. свойства проявляет нитрит в этих реакциях?

 

Задание 3.5. Взаимодействие оксида азота NO с перманганатом калия

 

В одну пробирку налейте 1 мл разбавленного раствора перманганата (слаборозового цвета) и подкислите его разбавленной серной кислотой. В другую пробирку поместите небольшое количество медной стружки, налейте разбавленной азотной кислоты и подогрейте до начала реакции образования NO. Вставьте в нее газоотводную трубку и погрузите ее выходную часть в пробирку с перманганатом. Продолжайте нагревать пробирку с медной стружкой и наблюдайте исчезновение розовой окраски перманганата.

Какие свойства проявляет оксид азота в этой реакции? Напишите уравнения реакций, протекающих в обеих пробирках. Какой газ бурого цвета образуется при контакте оксида азота с воздухом? Исходя из строения молекулы оксида азота, объясните его неустойчивость на воздухе.

 

Задание 4. Участие среды (Н⁺ и ОН^- - ионов) в о.-в. реакциях.