Бром и иод

9 заданий

Простые вещества

Бром и иод относятся к галогенам, но при обычных условиях заметно различаются по внешнему виду. История их открытия тоже связана с разными природными источниками.

history_eduБром из рассола и иод из водорослей

В 1811 году Бернар Куртуа, производивший селитру, обработал золу морских водорослей серной кислотой. Он увидел фиолетовые пары, которые при охлаждении оседали в виде чёрных кристаллов. Так был открыт иод; его название по-гречески означает «фиолетовый». В 1826 году 23-летний Антуан Балар выделил из рассола солеварен Монпелье красно-бурую жидкость с тяжёлым запахом — бром. Его название по-гречески означает «зловоние». Незадолго до этого Либих уже держал склянку с бромом, но принял вещество за «хлористый иод». Позднее он всю жизнь хранил эту склянку в «шкафу ошибок».

Свойства простых веществ брома и иода удобно сравнить по таблице.

Свойство	\(\ce{Br2}\)	\(\ce{I2}\)
Внешний вид при обычных условиях	Красно-бурая жидкость.	Чёрно-фиолетовые кристаллы.
Температуры плавления и кипения, °C	−7 / 59	114 / 184 (возгоняется)
Растворимость в воде при 20 °C	3,4 г/100 г	0,03 г/100 г
Цвет раствора в \(\ce{CCl4}\)	Оранжевый.	Фиолетовый.

Иод растворяется в воде значительно хуже брома. При этом он способен возгоняться — переходить из твёрдого состояния в пар. В растворе иодида калия растворимость иода возрастает по другой причине: он связывается с иодид-ионом.

infoТрииодид-ион

Иод плохо растворим в воде, но значительно лучше растворяется в растворе иодида калия, поскольку устанавливается равновесие \(\ce{I2 + I- <=> I3-}\) (\(K \approx 700\)). Образующийся трииодид-ион имеет линейное строение. Аптечный «раствор Люголя» и «иодная настойка» (в спирте с \(\ce{KI}\)) содержат трииодид. При взаимодействии трииодида с крахмалом образуется интенсивно синий комплекс: цепочки иода располагаются внутри спирали амилозы.

Как и другие галогены, бром и иод вступают в реакции с простыми веществами. Кроме того, иод может окислять тиосульфат, а бром — реагировать со щёлочью.

scienceРеакции брома и иода

\(\ce{2Al + 3Br2 -> 2AlBr3}\) — алюминий горит в броме.
\(\ce{2P + 3I2 -> 2PI3}\) — даже малоактивный иод реагирует с фосфором, образуя иодид фосфора.
\(\ce{I2 + 2Na2S2O3 -> 2NaI + Na2S4O6}\) — реакция иода с тиосульфатом лежит в основе иодометрии.
\(\ce{3Br2 + 6KOH -> 5KBr + KBrO3 + 3H2O}\) — при реакции со щёлочью бром диспропорционирует.

Вытеснение и галогеноводороды

Хлор окисляет бромид-ионы до брома. Такое получение одного галогена действием другого на его соль называют вытеснением. Эту реакцию используют для извлечения брома из морской воды, в которой содержится около 65 мг/л бромид-ионов.

Морскую воду подкисляют и обрабатывают хлором: \(\ce{Cl2 + 2Br- -> 2Cl- + Br2}\). Выделившийся бром выдувают воздухом и поглощают раствором \(\ce{SO2}\); при этом протекает реакция \(\ce{Br2 + SO2 + 2H2O -> 2HBr + H2SO4}\). Затем бромоводород снова окисляют хлором, а бром отгоняют. Так его концентрация возрастает в тысячи раз.

Для получения хлороводорода \(\ce{HCl}\) на соль можно подействовать концентрированной серной кислотой. С бромидами и иодидами этот способ не позволяет получить чистые галогеноводороды: образующиеся бромоводород и иодоводород восстанавливают серную кислоту. Например, реакции протекают согласно уравнениям \(\ce{2KBr + 2H2SO4 -> K2SO4 + Br2 + SO2 + 2H2O}\), \(\ce{8KI + 5H2SO4 -> 4K2SO4 + 4I2 + H2S + 4H2O}\).

Поэтому для получения этих веществ выбирают другие реагенты.

scienceСпособы получения бромоводорода и иодоводорода

\(\ce{KBr + H3PO4 ->[t] KH2PO4 + HBr ^}\) — при нагревании бромида калия с нелетучей неокисляющей фосфорной кислотой выделяется бромоводород.
\(\ce{PBr3 + 3H2O -> H3PO3 + 3HBr}\) — при гидролизе галогенида фосфора образуется бромоводород.
\(\ce{2P + 3I2 + 6H2O -> 2H3PO3 + 6HI}\) — при реакции иода, красного фосфора и воды образуется иодоводород.
\(\ce{H2S + I2 -> 2HI + S v}\) — при пропускании сероводорода через взвесь иода в воде образуется иодоводород и выпадает сера.

boltВосстановительные свойства галогеноводородов

\(\ce{HI}\) может восстановить концентрированную серную кислоту до \(\ce{H2S}\), а \(\ce{HBr}\) восстанавливает её до \(\ce{SO2}\). В отличие от них, \(\ce{HCl}\) не восстанавливает концентрированную серную кислоту. Различия в продуктах этих реакций помогают распознавать галогениды.

Распределение между фазами

Иод в 85 раз лучше растворяется в \(\ce{CCl4}\), чем в воде. Если встряхнуть эти несмешивающиеся жидкости с иодом, он распределится между ними. Отношение равновесных концентраций иода в органическом слое и воде называют коэффициентом распределения:

\[K = \frac{c(\ce{I2})_\text{орг}}{c(\ce{I2})_\text{вод}} \approx 85\]

Извлечение вещества из одной жидкости другой несмешивающейся жидкостью называют экстракцией. После одной экстракции в воде остаётся доля иода \(q = \dfrac{V_\text{в}}{V_\text{в} + KV_\text{о}}\). Если каждую экстракцию проводят одинаковым объёмом органического растворителя, то после \(n\) экстракций остаётся доля \(q^n\).

edit_noteОдна большая порция или несколько малых?

Пусть иод растворён в 100 мл воды, а для его извлечения взяли 20 мл \(\ce{CCl4}\). Если использовать весь растворитель одной порцией объёмом 20 мл, то \(q = 100/(100 + 85\cdot20) = 0{,}056\); в воде останется 5,6 % иода. Если провести две экстракции порциями по 10 мл, то \(q = (100/(100 + 850))^2 = 0{,}011\); в воде останется 1,1 % иода, то есть в 5 раз меньше. Следовательно, извлечение несколькими порциями эффективнее.

boltПравило экстракции

При одном и том же общем объёме растворителя вещество лучше извлекать несколькими малыми порциями, чем одной большой. По той же причине осадок лучше промывать несколько раз малыми порциями, а не один раз большой.

Экстракцию применяют и в химическом анализе: она помогает обнаружить вещество по окраске органического слоя или отделить его от других веществ.

scienceЭкстракция в анализе

\(\ce{2I- + Cl2 -> I2 + 2Cl-}\) — после окисления иодид-ионов хлором и экстракции хлороформом органический слой становится фиолетовым; так обнаруживают иодид.
\(\ce{Co^2+ + 4SCN- -> [Co(SCN)4]^2-}\) — образующийся синий комплекс извлекают амиловым спиртом.
\(\ce{Fe^3+}\) из солянокислого раствора извлекают эфиром в виде \(\ce{HFeCl4}\) — такое извлечение позволяет отделить железо от других металлов.

push_pinГлавное

Бром — единственный жидкий неметалл; его температура кипения составляет 59 °C. Иод представляет собой кристаллы, способные возгоняться, и растворяется в воде значительно хуже брома. В \(\ce{CCl4}\) иод имеет фиолетовую окраску, а в спирте и растворе \(\ce{KI}\) — бурую; в присутствии иодид-ионов устанавливается равновесие \(\ce{I2 + I- <=> I3-}\). Бром получают из морской воды, окисляя бромид-ионы хлором и выдувая выделившийся бром воздухом. \(\ce{HBr}\) и \(\ce{HI}\) не получают действием концентрированной серной кислоты на соли, поскольку они её восстанавливают: для получения \(\ce{HBr}\) используют фосфорную кислоту или гидролиз галогенида фосфора, а \(\ce{HI}\) получают, в частности, из иода, красного фосфора и воды. При экстракции несколько малых порций растворителя извлекают иод эффективнее одной большой порции того же общего объёма.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.