методичка р-элементы

141

CuCl2 + H2S

Опыт 4. Получение и свойства полисульфида (полисульфандиида) натрия

В пробирку поместить 1 микрошпатель порошкообразной серы, смочить ее 1–2 кап-

лями этанола, добавить 8–10 капель концентрированного раствора сульфида натрия и смесь осторожно прокипятить до изменения цвета раствора. Раствор полученного поли-

сульфида натрия профильтровать и к фильтрату добавить по каплям раствор соляной кис-

лоты с c = 1 моль/л до выпадения осадка. Написать уравнения реакций получения поли-

сульфида натрия и его разрушения соляной кислотой.

Na2S(конц.) + (n–1)S нагрев

Na2Sn + HCl

Опыт 5. Получение и свойства диоксида серы

5.1. Получение диоксида серы. В высокую пробирку поместить 1–2 микрошпателя сульфита натрия, добавить 5–8 капель концентрированного раствора серной кислоты, за-

крыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой и пропустить выделяющийся газ в про-

бирку с водой (к воде предварительно добавить 1 каплю раствора метилового оранжево-

го). Как изменился цвет раствора и почему? Написать уравнения реакций получения диок-

сида серы и его взаимодействия с водой.

Na2SO3 + H2SO4

Написать молекулярное и ионное уравнения.

SO2 + H2O

Написать уравнения ионизации сернистой кислоты по ступеням, выписать константы ионизации кислоты для каждой ступени.

5.2. Окислительные и восстановительные свойства диоксида серы. Пропустить ток SO2 (получение см. опыт 5.1.) в три пробирки, соответственно содержащие сероводо-

родную, бромную и йодную воду. Наблюдать изменения окраски растворов. Написать уравнения реакций и указать, какие свойства (окислительные или восстановительные)

проявляет SO2 в этих реакциях:

SO2 + H2S SO2 + I2 + H2O

142

SO2 + Br2 + H2O

Опыт 6. Свойства серной кислоты

6.1. Взаимодействие разбавленной серной кислоты с металлами. В три пробирки поместить по 6–8 капель раствора серной кислоты с c = 1 моль/л и по два кусочка следу-

ющих металлов: в первую — алюминия, во вторую — железа, в третью — меди. Если ре-

акция идет медленно, осторожно нагреть пробирки. Какой металл не взаимодействует с разбавленной серной кислотой?

Fe + H2SO4(разб.)

Al + H2SO4(разб.)

Cu + H2SO4(разб.)

Дописать продукты реакций и определить стехиометрические коэффициенты ионно-

электронным методом.

6.2. Взаимодействие концентрированной серной кислоты с алюминием. В про-

бирку поместить несколько кусочков алюминия и добавить 6–10 капель концентрирован-

ного раствора серной кислоты. Пробирку осторожно нагреть. К отверстию поднести фильтровальную бумагу, смоченную раствором соли свинца(II) или меди(II). Наблюдать появление темного пятна на бумаге. Написать уравнения реакций концентрированной серной кислоты с алюминием при нагревании и на холоду.

Al + H2SO4(конц.) холод Al + H2SO4(конц.) нагрев

6.3. Дегидратирующее действие серной кислоты на бумагу. На листе фильтро-

вальной бумаги сделать с помощью стеклянной палочки надпись раствором серной кисло-

ты с c = 2 моль/л. Бумагу просушить, высоко держа ее над пламенем горелки. Наблюдать ее почернение. Какое свойство проявляет при этом серная кислота?

(C6H10O5)n + 5H2SO4(конц.) 6nC + 5nH2O·H2SO4

целлюлоза

6.4. Взаимодействие концентрированной серной кислоты с сахаром (демонстра-

ционный). В стакан вместимостью 100 мл, смазанный вазелином, поместить 30–40 г са-

харозы, добавить 5 мл воды и 15 мл концентрированного раствора серной кислоты. Пере-

мешать массу стеклянной палочкой. Наблюдать изменение цвета сахарозы и увеличение объема реакционной массы. Какие свойства проявляет серная кислота? Написать уравне-

ния реакций, протекающих при взаимодействии серной кислоты с сахарозой.

143

C12H22O11 + H2SO4(конц.) 12C + 11H2O

C + 2H2SO4(конц.) CO2 + 2SO2 + 2H2O

Опыт 7. Получение и свойства тиосульфата натрия

7.1. Получение тиосульфата натрия. В пробирку поместить 1 микрошпатель по-

рошкообразной серы, смоченной этанолом, добавить 10 капель раствора сульфита натрия с c = 0,5 моль/л и содержимое пробирки прокипятить. Затем раствор охладить и профиль-

тровать. Написать уравнение реакции.

Na2SO3 + S нагрев

Полученный раствор Na2S2O3 сохранить для опыта 7.2.

7.2. Свойства тиосульфата натрия.

а)Взаимодействие тиосульфата натрия с серной кислотой. В пробирку поместить

5–6 капель раствора тиосульфата натрия и 3–4 капли раствора серной кислоты с c = 1 моль/л. Наблюдать выпадение осадка и выделение газа. Написать уравнение реакции и уравнять ионно-электронным методом:

Na2S2O3 + H2SO4(разб.)

б) Окисление тиосульфата натрия хлором. В пробирку поместить 5–6 капель рас-

твора тиосульфата натрия с c = 0,25 моль/л и прибавлять по каплям хлорную воду до по-

явления осадка элементной серы. Что происходит при добавлении избытка хлорной воды?

Написать уравнения реакций окисления тиосульфата натрия хлором: а) при недостатке хлора; б) при избытке хлора; определить стехиометрические коэффициенты ионно-

электронным методом.

Na2S2O3 + Cl2(нед.) + H2O

Na2S2O3 + Cl2(изб.) + H2O

в) Окисление тиосульфата натрия йодом. В пробирку поместить 5–6 капель йодной воды и прибавлять по каплям раствор тиосульфата натрия с c = 0,25 моль/л до обесцвечи-

вания раствора. Написать уравнение реакции, учитывая, что тиосульфат натрия окисляет-

ся йодом до тетратионата натрия Na2S4O6. Na2S2O3 + I2

Определить стехиометрические коэффициенты ионно-электронным методом.

144

Опыт 8. Окислительные свойства солей пероксидисерной кислоты

(пероксидисульфатов)

8.1. Окисление йодида калия. В пробирку поместиь 3–4 капли раствора KI с c = 0,1 моль/л и 3–4 капли раствора пероксидисульфата аммония с c = 0,25 моль/л. Отметить изменение окраски раствора. Написать уравнение реакции, определить стехиометрические коэффициенты ионно-электронным методом:

KI + (NH4)2S2O8

8.2. Окисление сульфата железа(II). В пробирку поместить несколько кристаллов сульфата железа(II), добавить воды до полного их растворения и 3–4 капли раствора пе-

роксидисульфата аммония с c = 0,25 моль/л. К полученному раствору добавить 2–3 капли тиоцианата аммония. Как изменился цвет раствора и почему? Написать уравнения реак-

ций и определить стехиометрические коэффициенты ионно-электронным методом: FeSO4 + (NH4)2S2O8

Качественная реакция на ион Fe3+: Fe2(SO4)3 + NH4SCN

4.6. КОНТРОЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ «СЕРА»

Предлагаемые для анализа растворы могут содержать следующие ионы: S2–, SO32 , SO 24 , S2O32 , S2O82 . С целью обнаружения этих ионов в растворе сначала проводят сле-

дующие обменные реакции:

1. Взаимодействие с солью бария. К 2–3 каплям анализируемого раствора добавить

2 капли раствора соли бария. Если раствор остается бесцветным и прозрачным, следова-

тельно, в пробе присутствует ион S2–, появление белого осадка, может свидетельствовать о наличии в пробе ионов: SO32 , SO 24 , S2O32 или S2O82 (последний может давать белый осадок из-за примесей сульфат-иона, образующегося при разложении иона S2O82 ).

При образовании белого осадка необходимо проверить его растворимость в растворе

HCl. При этом возможны следующие варианты: а) осадок полностью растворяется в рас-

творе HCl, если в пробе присутствует ион SO32 ; б) осадок не растворяется, если в пробе

145

находится ион SO 24 ; в) осадок сначала растворяется в растворе HCl, а затем снова образу-

ется, что свидетельствует о наличии в пробе иона S2O32 .

Написать уравнения реакций указанных ионов с ионами Ba2+ и реакций образовав-

шихся труднорастворимых соединений с HCl.

2. Взаимодействие с нитратом свинца(II). К 2–3 каплям анализируемого раствора добавить 1–2 капли раствора Pb(NO3)2. Если при этом выпадает черный осадок, то это указывает на присутствие в анализируемом растворе иона S2–.

Выпадение белого осадка может свидетельствовать о наличии в пробе ионов SO32 , SO 24 или S2O32 .

Далее необходимо проверить растворимость белого осадка в растворе HCl. Если оса-

док растворяется, следовательно, в пробе присутствуют ионы SO32 или S2O32 . Если оса-

док не растворился, то в пробе присутствуют ионы SO 24 .

Написать уравнения реакций указанных ионов с ионами Pb2+ и реакций образовав-

шихся труднорастворимых соединений с HCl.

3. Взаимодействие с нитратом стронция. К 2–3 каплям испытуемого раствора до-

бавить 1–2 капли раствора Sr(NO3)2. При этом возможны следующие варианты: а) раствор остается бесцветным и прозрачным, следовательно, в пробе присутствуют ионы S2O32 ; б)

выпадает белый осадок, нерастворимый в разбавленной HCl, следовательно в пробе при-

сутствуют ионы SO 24 ; в) выпадает белый осадок растворимый в разбавленной HCl, сле-

довательно, в пробе находятся ионы SO32 или S2–.

Написать уравнения реакций указанных ионов с ионами Sr2+ и реакций образовав-

шихся труднорастворимых соединений с HCl.

4. Взаимодействие с нитратом серебра. К 2–3 каплям испытуемого раствора доба-

вить 1–2 капли раствора AgNO3. Если сразу выпадает черный осадок, следовательно, в

пробе находятся ион S2–. При образовании белого осадка, не изменяющегося при стоянии,

можно сделать вывод о наличии в анализируемом растворе ионов SO 24 или SO32 . Обра-

зование белого осадка, чернеющего на воздухе указывает на наличие в пробе ионов S2O32 .

Написать уравнения реакций указанных ионов с ионами Ag+.

5. Взаимодействие с нитропруссидом натрия. К 2–3 каплям испытуемого раствора добавить 2–3 капли раствора NaOH и столько же раствора нитропруссида натрия,

146

Na2[Fe(CN)5NO]. Если раствор окрашивается в красно-фиолетовый цвет, то в испытуемом растворе находятся ионы S2–. Написать уравнение реакции.

Далее для подтверждения выводов, сделанных на основании обменных реакций,

проводят реакции, характеризующие окислительно-восстановительные свойства серосо-

держащих ионов.

Восстановительными свойствами обладают ионы S2–, SO32 и S2O32 . Чтобы их об-

наружить рекомендуется провести следующие реакции.

1. Взаимодействие с перманганатом калия в кислой среде. К 1–2 каплям испыту-

емого раствора, подкисленного разбавленной H2SO4, добавить 1–2 капли раствора KMnO4.

Если при этом раствор обесцвечивается, следовательно, в пробе присутствует ион SO32 .

Если раствор становится бесцветным и мутным, вследствие образования серы, следова-

тельно, в нем присутствуют ионы S2– или S2O32 . Написать уравнения реакций и опреде-

лить стехиометрические коэффициенты ионно-электронным методом.

2. Взаимодействие с дихроматом калия в кислой среде. К 1–2 каплям испытуемо-

го раствора, подкисленного разбавленной H2SO4, добавить 1 каплю раствора дихромата калия. При этом раствор может стать: а) зеленым и прозрачным, что указывает на наличие в пробе ионов SO32 ; б) зеленым и мутным, следовательно, в пробе присутствуют ионы S2–

или S2O32 . Написать уравнения реакций и определить стехиометрические коэффициенты ионно-электронным методом.

3. Взаимодействие с хлорной водой. К 1–2 каплям испытуемого раствора добавить

3–4 капли свежеприготовленной хлорной воды, а затем 1–2 капли раствора BaCl2. Если проба содержит ионы S2–, SO32 и S2O32 , то образуется белый осадок BaSO4. Написать уравнения реакций и определить стехиометрические коэффициенты ионно-электронным методом.

4. Взаимодействие с йодной водой. К 2–3 каплям испытуемого раствора добавить

2–3 капли йодной воды. Если раствор обесцвечивается, следовательно, он содержит ионы

SO32 или S2O32 . Если проба обесцвечивается и мутнеет, следовательно, в ней присут-

ствуют ионы S2–. Написать уравнения реакций и определить стехиометрические коэффи-

циенты ионно-электронным методом.

Сильными окислительными свойствами обладает ион S2O82 , а ион SO32 может проявлять окислительные свойства только по отношению к сильным восстановителям.

Чтобы обнаружить эти ионы рекомендуется провести следующие реакции.

147

1. Взаимодействие с йодидом калия. К нескольким каплям испытуемого раствора добавить по каплям раствор KI. Появление желтой или бурой окраски свидетельствует о наличии в растворе ионов S2O82 . Написать уравнение реакции и определить стехиометри-

ческие коэффициенты ионно-электронным методом.

2. Взаимодействие с цинком в кислой среде. К нескольким каплям испытуемого раствора добавить 1 микрошпатель цинковой пыли, 5–6 капель разбавленного раствора

H2SO4 и пробирку нагреть. Затем поднести к отверстию пробирки фильтровальную бума-

гу, смоченную раствором соли свинца или меди. Если при этом бумага почернеет и будет ощущаться запах сульфида водорода, следовательно, проба содержит ионы SO32 . Напи-

сать уравнения реакций и определить стехиометрические коэффициенты ионно-

электронным методом.

При выборе реакций, позволяющих открыть в растворах серосодержащие ионы мож-

но также воспользоваться табл. 4.6.1.

Таблица 4.6.1.

Качественные реакции на серосодержащие ионы

148

4.7. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ р-ЭЛЕМЕТОВ ГРУППЫ VI И

ПРИМЕНЕНИЕ ИХ СОЕДИНЕНИЙ В МЕДИЦИНЕ И ФАРМАЦИИ

Кислород и сера — элементы-органогены, они являются составной частью любой биологической системы. Масса тела взрослого человека на 65 % состоит из кислорода.

Сера входит в состав ряда аминокислот, гормона инсулина, витаминов группы В. Биоло-

гическая роль серы заключается, главным образом, в стабилизации третичной структуры белков за счет образования дисульфидных мостиков.

Так как процесс окисления сульфида водорода до серы является экзотермическим, то эта реакция служит источником жизненной энергии для некоторых бактерий.

В человеческом организме обнаружен также селен, но его роль в жизнедеятельности неясна.

149

Молекулярный кислород используется при лечении сердечной недостаточности, при заболеваниях с нарушением функции дыхания и окислительных процессов. Часто приме-

няют карбоген-смесь, состоящую из 95 % О2 и 5 % СО2. В качестве антисептиков исполь-

зуют пероксид магния (МgO2), гидроперит (комплекс мочевины с пероксидом водорода

CO(NH2)2·H2O2). Для обеззараживания воды и воздуха, выведения человека из шокового состояния, для снятия наркоза используют озон.

Сера в свободном виде применяется в медицине при лечении кожных заболеваний в виде мазей и присыпок. При аллергиях, артритах и невралгии используют 30 % раствор тиосульфата натрия. При отравлениях синильной кислотой и ее солями, галогенами, со-

лями тяжелых металлов используют кристаллический тиосульфат натрия (Na2S2O3·5H2O).

Глауберову соль (Na2SO4·10H2O) и горькую соль (МgSO4·7H2O) применяют в качестве слабительных средств, медный купорос (CuSO4·5H2O) как вяжущее и прижигающее сред-

ство.

4.8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Можно ли получить сульфид водорода действием азотной кислоты на сульфиды?

2.Какие из сульфидов — Al2S3, CuS, Na2S, CaS, PbS — в растворе подвергаются гид-

ролизу? Напишите уравнения реакций гидролиза.

3. Объясните, почему рН в растворе селенида натрия выше, чем в растворе теллурида натрия.

4. Почему концентрированную серную кислоту нельзя использовать в качестве осу-

шителя сульфида водорода?

5.Какие молекулы и ионы находятся в водном растворе диоксида серы?

6.Как изменяются окислительно-восстановительные свойства в ряду SO2, SeO2,TeO2?

7.К какому классу соединений относятся хлорсульфоновая кислота, тионилдихлор-

ид, сульфурилдихлорид? Напишите уравнения реакций гидролиза этих соединений.

8. Чем можно объяснить, что селен и теллур не образуют соединений типа тиосуль-

фатов?

150

9.Почему при действии хлора и йода на раствор тиосульфата натрия образуются различные продукты? Напишите уравнения реакций.

10.Чем объяснить, что ортоформа Н6TeO6 существует только для теллура?

11.Как осуществить следующие превращения:

S→SO2→Na2SO3→Na2S2O4→NaHSO3→Na2S2O5→SO2→SO2Cl2→Na2SO4

12. Закончите уравнения следующих реакций:

а) SeO2 + Na2S2O3 =

б) K2SeO3 + KNO3 сплавление

в) (NH4)2S2O8 + MnSO4 +H2O =

г) Ag2Se + HNO3(конц.) =

д) K2S + KClO =

е) SO2Cl2 + Ba(OH)2 =

ж) Na2O2 + Te =

з) Na2S3O6 + H2SO4 =

и) Na2SO3 + Al + HCl =

к) Na2S5 + HCl =

л) Se + NaOH =

м) Te + HClO3 + H2O =

н) K2SeO4 + SO3 нагрев

о) Na2SeO3 + Cl2 + NaOH =

п) SeO3 + HCl(конц.) =

р) Na2S2O5 + H2O =

5.р-ЭЛЕМЕНТЫ ГРУППЫ VII

5.1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА р-ЭЛЕМЕНТОВ ГРУППЫ VII

Электронные формулы р-элементов группы VII: F 1s22s2p5