Печатается по решению учебно-методической комиссии инженерного факультета … от … 201… г.

Составители:

д.х.н., профессор Мухамедзянова А. А.,

к.х.н., доцент Мурзагулова Э.И.

Методические указания к лабораторным и семинарским занятиям по неорганической химии содержит теоретические основы химии неметаллов, описание экспериментальных работ, задачи и вопросы по изучаемым темам. При выполнении лабораторных работ студенты знакомятся с техникой эксперимента и основными приемами препаративной неорганической химии. Рекомендуется для студентов химических и инженерных специальностей, изучающих общую и неорганическую химию.

ОГЛАВЛЕНИЕ

I.	ВОДОРОД. КИСЛОРОД	4
I.1.	Водород	4
I.2.	Кислород	7
II.	ЭЛЕМЕНТЫ VII А ГРУППЫ. ГАЛОГЕНЫ	12
II.1.	Хлор. Способы получения	16
II.2.	Йод. Получение йода	18
III.	элементы vi А группы. Сера	26
IV.	ЭЛЕМЕНТЫ VА ГРУППЫ. АЗОТ. ФОСФОР	36
IV.1.	Азот	36
IV.2.	Фосфор	44
V.	Элементы IVA группы. УГЛЕРОД. КРЕМНИЙ	47
V.1.	Углерод	47
V.2.	Кремний	50
VI.	ЭлементЫ III A ГРУППЫ. БОР	55
	Список литературы	58

I. Водород. Кислород

I.1. Водород

Водород занимает особое место в Периодической системе элементов. Он не принадлежит ни к какой группе, а является просто первым элементом с наименьшим порядковым номером. Для водорода известно три изотопа: ¹Н – протий, ²Н (или D) – дейтерий, ³Н (или Т) – тритий. Протий и дейтерий – стабильные изотопы, а тритий радиоактивен (период полураспада 12,34 года).

Электронная формула атома водорода 1s¹; характерные степени окисления в соединениях (+I) и (–I). Атом этого элемента имеет наименьшие размеры, катион водорода (протон) Н⁺ обладает сильной проникающей способностью и формирует присущую только ему водородную связь. Поэтому в водном растворе свободный катион водорода не существует; соединяясь с молекулой воды, он образует катион гидроксония Н₃О⁺. В свободном виде водород образует двухатомную молекулу Н₂ с весьма прочной ковалентной связью. Поэтому атомарный водород намного активнее молекулярного. Водород в свободном виде проявляет свойства и восстановителя и окислителя:

H₂ + Cl₂ = 2HCl,

2Na + H₂ = 2NaH,

H₂ + CuO = Cu + H₂O,

Ca + H₂ = CaH₂.

Работа с водородом требует большой осторожности! Водород горюч и в смеси с кислородом или воздухом образует взрывчатую смесь.

Если водород необходимо нагреть в приборе или поджечь при выходе из него, следует до опыта вытеснить весь воздух, затем проверить водород на чистоту (в присутствии преподавателя!). Для этого приготовить две пробирки. Надеть на газоотводную трубку сухую пробирку, через 5 – 10 с медленно снять ее, закрыв отверстие пробирки большим пальцем, и поставить на ее место вторую. Поднести заполненную водородом пробирку, перевернутую вверх дном, к пламени горелки. Отняв палец, поджечь водород. Производить, меняя пробирку, проверку чистоты выделяющегося водорода до тех пор, пока собранный газ не будет загораться почти без звука.

Только убедившись в чистоте выделяющегося водорода, можно поджечь его горящей лучинкой у отверстия прибора, из которого он выделяется, или начать нагревание прибора (в присутствии преподавателя!).

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ВОДОРОДА

Опыт 1. Действие металла на кислоту. Собрать прибор (рис. 1). Поместить в пробирку 5-8 кусочков зернистого (гранулированного) цинка, прилить 5 мл 20%-ного раствора серной кислоты и закрыть отверстие пробирки пробкой с газоотводной трубкой, оттянутой вверху. Проверить водород на чистоту.

Рис. 1 Прибор для получения водорода

Убедившись в чистоте выделяющегося водорода (в присутствии преподавателя), поджечь его горящей лучинкой у отверстия газоотводной трубки. Опрокинуть над пламенем водорода холодную стеклянную воронку. Что наблюдается? Написать уравнение реакций в молекулярной и электронно-ионной формах.

Опыт 2. Действие металла на щелочь. (Опыт проводить в вытяжном шкафу, надеть очки!) Положить в пробирку несколько кусочков алюминия, прилить к ним 2-3 мл 20%-ного раствора едкого натра. Если реакция идет плохо, осторожно подогреть. Определить, какой газ выделяется. Написать уравнение реакций в молекулярной и электронно-ионной формах.

Опыт 3. Действие металла на воду. Заполнить пробирку до краев водой. Закрыв отверстие большим пальцем, опрокинуть ее в ванну с водой и в таком положении закрепить в лапке штатива. Завернуть несколько кусочков металлического кальция в марлю и быстро, при помощи щипцов, поднести металл под пробирку. Определить какой газ выделяется. В ванну с водой накапать несколько капель фенолфталеина. Что наблюдается? Написать уравнения реакций в молекулярной и электронно-ионной формах.

Опыт 4. Приготовление гремучей смеси. (Опыт проводится в присутствии преподавателя!) Измерить емкость пробирки и отметить резиновым кольцом 1/3 ее объема. Налить в пробирку воду и перенести в ванну с водой. Одну треть пробирки заполнить кислородом из газометра и две трети – водородом из аппарата Киппа.

Закрыть пробирку под водой большим пальцем, вынуть ее из ванны, завернуть полотенцем, поднести к пламени горелки и, открыв отверстие пробирки. Поджечь газовую смесь. Что происходит?

Вопросы и задания

1. Какими способами можно получить водород: а) в лаборатории, б) в промышленности?

2. Почему взаимодействия Н₂ с Сl₂ и О₂ не протекает самопроизвольно при комнатной температуре, однако при поджигании эти реакции идут? Правильно ли говорить, что водород сгорает в хлоре и кислороде (а не наоборот, хлор или кислород сгорает в водороде)? Дайте мотивированный ответ.

3. Объясните, почему высокодисперсная платина (так называемая платиновая чернь) вызывает самовозгорание водорода на воздухе, тогда как его контакт с компактной платиной безопасен.

Задачи

1. Сколько миллилитров 4н раствора НСl потребуется для взаимодействия с 10 г цинка? Вычислите объем образующегося газа (0^оС и 50,65 кПа). Какова будет нормальность полученного раствора соли, если его разбавить до 0,5 л? Ответ: 76,5 мл; 6,85 л; 0,612 н.

2. Сколько литров водородов (20^оС и 100 кПа) выделится при взаимодействии 165 г железа с 1 кг 30%-ного раствора НСl? Сколько граммов НСl не войдет при этом в реакцию? Ответ: 72 л; 84,6 г.