Физические свойства галогенов

МОДУЛЬНАЯ ПРОГРАММА

ГАЛОГЕНЫ

 

 

 

МОДУЛЬ 0

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МОДУЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ

 

 

Изучив данную программу, студент должен знать:

- особенности электронного строения атомов галогенов,

- важнейшие степени окисления галогенов,

- валентность атомов галогенов в ковалентных соединениях,

- изменение в группе галогенов атомных характеристик (атомный радиус, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность),

- нахождение в природе,

- физические и химические свойства простых веществ,

- получение и свойства соединений галогенов со степенью окисления –1,

- получение и свойства соединений галогенов с положительными степенями окисления.

 

 

Изучив данную программу, студент должен уметь:

- выявлять и объяснять закономерности в изменении свойств простых веществ и важнейших соединений галогенов,

- проводить лабораторные опыты по получению и изучению свойств хлора, брома, йода и важнейших соединений галогенов.

 

МОДУЛЬ 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГАЛОГЕНОВ (Hal)

 

УЭ-0. Цели и задачи модуля.

Изучив данный модуль, студент должен знать:

- электронное строение атомов галогенов, особенности строения атома фтора,

- степени окисления и валентные состояния атомов Hal,

- закономерности изменения в группе галогенов следующих свойств атомов:

- радиус атома,

- энергия ионизации,

- сродство к электрону,

- относительная электроотрицательность,

- нахождение галогенов в природе.

 

Изучив данный модуль, студент должен уметь:

- объяснять закономерности изменения атомных характеристик в группе галогенов,

- давать общую характеристику соединениям галогенов, исходя из степеней окисления атомов.

 

УЭ-1. Вводный контроль.

Задание 1. Изобразить электронно-графические формулы внешнего электронного уровня атомов галогенов. Чем принципиально отличается электронное строение атома фтора? Что такое кайносимметрия?

 

УЭ-2. Степени окисления и валентность атомов галогенов.

Задание 2. Напротив каждой степени окисления в таблице 1 напишите формулы соответствующих соединений.

 

Таблица 1

Степени окисления галогенов

F	Cl	Br	I
Степень окисления	Пример	Степень окисления	Пример	Степень окисления	Пример	Степень окисления	Пример
		+7		+7		+7
–1		+6		+6		+6
		+5		+5		+5
		+4		+4		+4
		+3		+3		+3
		+2		+2		+2
		+1		+1		+1
		–1		–1		–1

 

Почему у фтора нет положительных степеней окисления?

Задание 3. Валентность элемента определяется числом валентных орбиталей и числом валентных электронов. Чему равна максимально возможная валентность фтора? Сколько валентных орбиталей имеет атом хлора? Какова максимальная валентность хлора в известных соединениях?

 

УЭ-3. Атомные характеристики галогенов.

Задание 4. Постройте график зависимости r_ков(Hal) = f(z). Объясните наблюдающуюся закономерность.

Таблица 2

Степени окисления галогенов

Элемент	rков., нм	I1, эВ	Е, эВ	ОЭ	dHal-Hal, ­нм	DНсв., кДж/моль	Ткип., °С	В
F	0,071	17,42	3,34	4,0	0,142	78,00	–187	2,87
Cl	0,099	13,01	3,61	3,0	0,199	121,30	–34,2	1,359
Br	0,114	11,24	3,36	2,8	0,228	111,80	58,75	1,065
I	0,133	10,45	3,06	2,5	0,267	106,84	184,5 субл	0,536

 

Задание 5. Сродство к электрону хлора (Е) выше, чем у фтора. Как это объяснить?

Задание 6. По данным таблицы 2 сделайте вывод об изменении атомных характеристик в группе галогенов.

 

УЭ-4. Галогены в природе.

Задание 7. Одним из законов геохимии является утверждение, что элементы с четными атомными номерами имеют большее распространение в природе, чем элементы с нечетными номерами. Проверьте это правило, сравнив распространенность р-элементов VI и VII групп.

Таблица 3

Распространенность в природе р-элементов VI и VII групп

Элемент	Содержание в земной коре, масс. %	Элемент	Содержание в земной коре, масс. %
O	47,4	F	9,5∙10–2
S	2,6∙10–2	Cl	1,3∙10–2
Se	5∙10–6	Br	3,7∙10–5
Te	5∙10–7	I	1,4∙10–5
Po	следы	At	следы

Задание 8. За исключением вулканических газов в природе встречаются только соединения галогенов. Предложите гипотезу образования хлора в недрах вулкана.

 

 

МОДУЛЬ 2

ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

 

УЭ-0. Цели и задачи модуля.

Изучив данный модуль, студент должен знать:

- лабораторные методы получения галогенов,

- важнейшие физические свойства галогенов,

- важнейшие химические свойства галогенов.

 

Изучив данный модуль, студент должен уметь:

- получать в лаборатории Cl₂, Br₂ и I₂.

- проводить лабораторные опыты по изучению свойств хлора, йода, хлорной, бромной и йодной воды.

 

УЭ-1. Вводный контроль.

Задание 1. Сравните стандартные окислительно-восстановительные потенциалы галогенов (таблица 2). Какие из галогенов можно получить, используя стандартный раствор перманганата калия ( = 1,507 В)? Почему для получения газообразного хлора используют кристаллический KMnO₄?

 

УЭ-2. Получение галогенов.

Опыт 1. (Тяга!) Получение хлора.

В колбу Вюрца поместить около 10 г KMnO₄. Из капельной воронки добавлять по каплям концентрированную соляную кислоту. Выделяющийся газ после пропускания через промывные склянки с насыщенным раствором NaCl и концентрированной H₂SO₄ (с какой целью?) собрать в большие пробирки. После заполнения (определяется по цвету) пробирки закрыть пробками.

Опыт 2. (Тяга!) Получение брома и йода. В сухую пробирку поместить несколько кристаллов KBr и MnO₂. Добавить 2-3 капли конц. H₂SO₄ и немного подогреть. Повторить опыт, используя вместо бромида йодид калия.

 

УЭ-3. Свойства галогенов.

Задание 1. Заполните таблицу 3.

Таблица 3

Физические свойства галогенов

Галоген	Агрегатное состояние при комнатной температуре	Цвет	Отношение к нагреванию
F2
Cl2
Br2
I2

 

Опыт 3. (Тяга!) Возгонка йода.

В сухую пробирку поместить 2-3 кристаллика йода. Осторожно нагреть. Повторить опыт, закрыв пробирку ватным тампоном. Сравнить результаты опытов. Дать объяснения.

Опыт 4. (Тяга!) Получение хлорной воды.

Опустить газоотводную трубку с выделяющимся хлором (опыт 1) в стакан с водой. Насыщать воду хлором в течение 10 минут. Отметить цвет и запах (проверять осторожно) полученной хлорной воды.

Опыт 5. (Тяга!) Получение раствора гипохлорита натрия.

Опустить газоотводную трубку с выделяющимся хлором (опыт 1) в стакан с холодным раствором NaOH. Насыщать раствор хлором в течение 10 минут. Полученный раствор сохранить для последующих опытов.

Опыт 6. (Тяга!) Получение бертолетовой соли.

Опустить газоотводную трубку с выделяющимся хлором (опыт 1) в стакан с горячим раствором КOH. Насыщать раствор хлором в течение 10 минут. Полученный раствор охладить. Объяснить выпадение кристаллов.

Опыт 7. (Тяга!) Растворимость йода в воде, растворе KI и органических растворителях.

1-2 кристаллика йода поместить в пробирки с 1-2 мл различных растворителей. Взболтать. Результаты наблюдений занести в таблицу 4.

Таблица 4