Некоторые свойства р-элементов V группы (N, P, As, Pb, Bi)

Среди этих элементов азот и фосфор являются биогенными макроэлементами, входят в группу органогенов. Все элементы V группы имеют по пять валентных электронов на s- и р-орбиталях внешнего энергетического уровня; проявляют степени окисления +1, +2, +3, +4, +5, -3. Для азота наиболее характерны степени окисления +3, +5, -3, а также +2 и +4. Для фосфора наиболее характерна степень окисления +5, реже +3 и -3. Степени окисления мышьяка, сурьмы, висмута равны +3, +5, -3.

Оксиды азота(III), фосфора(III) и соответствующие им гидроксиды проявляют кислотные свойства (HNO₂ – азотистая кислота, H₃PO₃ – фосфористая кислота). Оксид и гидроксид мышьяка(III) амфотерны с преобладанием кислотных свойств (HAsO₂ – метамышьяковистая кислота,

H₃AsO₃ – ортомышьяковистая кислота). Оксид и гидроксид сурьмы (III) амфотерны с преобладанием основных свойств. Оксид и гидроксид висмута(III) проявляют основные свойства. Оксиды и гидроксиды азота (V), фосфора (V) проявляют кислотные свойства (HNO₃ – азотная кислота; HPO₃ – метафосфорная , H₃PO₄ – ортофосфорная, H₄P₂O₇ – пирофосфорная кислота). Оксиды и гидроксиды мышьяка(V) и сурьмы(V) имеют амфотерный характер с преобладанием кислотных свойств (H₃AsO₄ - ортомышьяковая кислота, H₃SbO₄ – ортосурьмяная кислота).

Соединения азота, фосфора, мышьяка, сурьмы в степени окисления (-3) проявляют восстановительные свойства, в степени окисления (+3) — окислительно-восстановительную двойственность, соединения в степени окисления (+5) — окислители.

 

 

Практическая часть

Лабораторная работа

 

Образец оформления лабораторных опытов приведен в методической разработке по теме «Физико-химические свойства s-элементов и их соединений»

 

Опыт 1. Восстановительные свойства аммиака.

К 2 каплям раствора перманганата калия прибавляют 4 капли концентрированного раствора NH₄OH. Полученную смесь нагревают, отмечают обесцвечивание раствора и появление осадка бурого цвета.

2NH₃ + 2KMnO₄ = N₂ + 2MnO₂↓ + 2KOH + 2H₂O

 

N ^-3 - 3 e → N ⁰

 

Mn⁺⁷ +3 e → Mn⁺⁴

 

Опыт 2.Обнаружение ионов NH⁺₄ в растворе.

К 4 каплям раствора хлорида аммония прибавляют 4 капли раствора щелочи и пробирку слегка нагревают на песчаной бане. Выделившийся аммиак определяют по запаху и по посинению смоченной водой красной лакмусовой бумажки (бумажку следует держать над пробиркой, не касаясь ее!)

NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃ ↑ + H₂O

 

 

Опыт 3. Окислительные свойства нитритов (NO₂ ^-). Обнаружение NO₂ ^- - ионов

В пробирку вносят по 2 капли растворов йодида калия и уксусной кислоты, затем прибавляют 1 каплю раствора нитрита калия KNO₂ и отмечают появление красно-бурой (желтой) окраски раствора.

2KNO₂ + 2KI + 4CH₃COOH = 2NO ↑ + 4CH₃COOK + I₂ +2H₂O

N⁺³ + 1 e → N ⁺² 1 2

I ^- - 1 e → I ⁰ 1 2

 

Опыт 4. Восстановительные свойства нитритов

К 2 каплям раствора перманганата калия прибавляют одну каплю раствора серной кислоты и 2 капли раствора нитрита калия. Отмечают обесцвечивание раствора перманганата.

 

5KNO₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5KNO₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

N⁺³ - 2 e → N ⁺⁵ 5

Mn⁺⁷ +5 e → Mn^{+ 2} 2

Опыт 5. Окислительные свойства нитратов. Обнаружение иона NO^3-

К 4 каплям раствора сульфата железа (II) прибавляют 2 капли раствора нитрата калия и перемешивают. Затем, наклонив пробирку, по стенке осторожно прибавляют 4 капли концентрированной серной кислоты так, чтобы жидкости не смешивались. На границе двух слоёв жидкости появляется темно-бурое кольцо комплексной соли [Fe(NO)]SO₄. Кольцо лучше рассматривать на белом фоне.

 

2KNO₃ + 6FeSO₄ + 4H₂SO₄ = 3Fe₂ (SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2NO + 4H₂ O

N⁺⁵ +3 e → N ⁺² 1 2

3 2

Fe²⁺ - 1 e → Fe³⁺ 3 6

 

 

Опыты 6,7. Осаждение фосфат-ионов РО₄^3- из растворов

Опыт 6. Реакция с хлоридом бария

К 2 каплям раствора гидрофосфата натрия Na₂HPO₄прибавляют 2 капли раствора хлорида бария. Отмечают образование белого осадка гидрофосфата бария BaHPO₄ . Испытывают растворимость осадка в соляной и уксусной кислотах. Записывают уравнение реакции получения осадка.

 

Опыт 7. Реакция с молибденовой жидкостью. Качественная реакция на фосфат ионы

6 капель молибденовой жидкости (раствор молибдата аммония (NH₄)₂MoO₄ , подкисленный азотной кислотой) нагревают в пробирке на песчаной бане. Затем к нагретому раствору прибавляют 1 каплю раствора гидрофосфата натрия и наблюдают выпадение осадка желтого цвета.

Na₂ HPO₄ + 12(NH₄ )₂ MoO₄ + 23HNO₃ = (NH₄ )₃ H₄ [P(Mo₂O₇)₆] ↓ + 2NaNO₃ + 21NH₄ NO₃ +10H₂O

 

Опыт 8. Получение гидроксида сурьмы (III) и изучение его кислотно-основных свойств.

В 2 пробирки вносят по 2 капли раствора хлорида сурьмы (III) SbCl₃ и в каждую прибавляют по 3 капли раствора гидроксида натрия . Отмечают образование осадка белого цвета Sb(OH)₃. В первую пробирку прибавляют 6 капель раствора соляной кислоты, в другую — избыток щелочи NaOHконц. до растворения осадка. Записывают уравнения реакций получения осадка гидроксида сурьмы (III) и растворения его в кислоте и щелочи. Делают вывод о химическом характере гидроксида.

Sb(OH)₃ ↓ + 3NaOH =Na₃ [Sb(OH)₆]

Опыт 9. Окислительные свойства соединений сурьмы (III)

В пробирку вносят 4 капли раствора хлорида сурьмы (III), кусочек железа (железный гвоздик). Пробирку нагревают на песчаной бане и отмечают появление черных хлопьев металлической сурьмы.

2SbCl₃ + 3Fe = 2Sb↓ + 3FeCl₂

 

Sb₃₊ + 3 e → Sb ⁰ 2

Fe ⁰ - 2 e → Fe²⁺ 3

 

 

Опыт 10. Восстановительные свойства соединений сурьмы (III)

В пробирку вносят 3 капли раствора перманганата калия и 6 капель соляной кислоты, затем добавляют 3 капли раствора хлорида сурьмы (III) и отмечают обесцвечивание раствора.

 

2KMnO₄ + 5SbCl₃ + 21HCl = 2MnC_l2 + 5H [SbCl₆ ] + 2KCl + 8H₂O

 

Mn⁷⁺ + 5 e → Mn ²⁺ 2

Sb³⁺ - 2 e → Sb ⁺⁵ 5

 

 

Опыт 11. Получение гидроксида висмута (III) и изучение его кислотно-основных свойств

В 2 пробирки вносят по 2 капли раствора нитрата висмута (III)

Bi(NO₃ )₃ и в каждую пробирку прибавляют по 2 капли раствора гидроксида натрия. Отмечают образование осадка Bi(OH)₃ белого цвета . В одну пробирку прибавляют 4 капли раствора соляной кислоты, в другую — 4 капли щелочи NaOHконц. , отмечают результат. Делают вывод о химическом характере гидроксида.

Bi(NO₃ )₃ + 3NaOH = Bi(OH)₃ ↓ + 3NaNO₃