21. Властивості металів VB групи (підгрупи ванадію)

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

21.1 Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу

Загальна формула металів VB групи (N, Nb, Ta) – (n-1) , але у елемента ₄₁Nb спостерігається «провал» електрона, тобто його електронна формула .

₂₃V _{, 73}Ta ₄₁Nb

Максимальний позитивний ступінь окиснення дорівнює 3+2 або 4+1=5;

Найнижчий ступінь окиснення +2. Але відомі чисельні сполуки металів зі ступенями окиснення +3 і +4. Найбільш характерні оксиди:

EO, E₂O₃– основні оксиди (E = V, Nb, Ta)

EO₂– амфотерні оксиди

E₂O₅– кислотні оксиди ( ангідриди кислот)

Для ванадія відомі численні різнобарвні оксиди нестехіометрічного складу: сірий VO (VO_0.9-1.2) , чорний V₂O₃ (VO_1.6-1.8) , синій VO₂ (VO_1.8-2.17) , червоний V₂O₅. Стандартні електродні потенціали металів VB групи (Me⁰ – zē → Me^z+) (E,B):

Me = V (-1,19; z = 2); Nb (-1,10; z = 3); Ta (-1,13; z = 5).

За звичайних температур у компактному вигляді ванадій, ніобій і тантал інертні: лише ванадій повільно розчиняється у плавиковій кислоті (HF) і концентрованій , утворюючи сполуки ванадію (+5): 3V+5HNO_{3 →} 3HNO₃+5NO+H2O.

Ніобій і тантал розчиняються у суміші HNO₃ і HCl («царська водка»), або, краще у суміші HNO₃ і HF:

3Nb + 5HNO₃ + 21HF=3H₂[NbF₇] + 5NO + 10H₂O

У стані порошків ванадій, ніобій і тантал реагують при високих температурах з більшістю оксидів (О₂, S, Se,галогени) з утворенням сполук Ме (+5). Порошки V, Nb i Ta адсорбують водень, утворюючи тверді розчини змішаного складу.

За звичайних умов найбільш характерними є ступені окиснення +4 і +5, наприклад, МеHal₅, MeO₂Hal, MeOHal₃ , MeOHal₂ (Hal – галоген).У водних розчинах вказані сполуки гідролізуються. Слід уважно розглянути по підручнику властивості сполук ванадію +2, +3, +4 і +5, звернувши особливу увагу на схильність V (+4) і V(+5) до реакції полімеризації з утворенням ізо- і гетерополіванадатів: V₂О₇^4- , V₆О₁₇^4- , НV₆О₁₇^3- , V₁₀О₂₈^6- і інші. Ступінь полімеризації залежить від рН і концентрації іонів ванадію у розчині. У нейтральному і лужному середовищах ванадій (+5) існує у вигляді мономерного ванадат-іона VО₃^-.

Слід звернути увагу на виробництво металів VВ групи і застосування їх у техніці і промисловості (виробництво сплавів, електронна промисловість, виробництво скла і кераміки, тощо).

21.2. Приклади розв’язування типових задач

Задача1. Яка з двох солей: VCl₂ чи VCl₅ підлягають більшому гідролізу і чому?

Розв’язок. Дихлород ванадія VCl₂ має іонний тип зв’язку, тому такі солі гідролізуються переважно по першому ступеню і утворюють прозорі розчини:

VCl₂ + HOH ↔ V(OH)Cl + HCl

Пентахлорид VCl₅ - молекула з ковалентним типом зв’язку. Будучи кислотними сполуками, солі такого типу підлягають значно більшому гідролізу. Отже, VCl₅ при взаємодії з водою сильно гідролізується з утворенням амфорного осаду гідратованого оксиду:

Задача 2. Як взаємодіє ванадій сульфат з розчинами та ? Складіть рівняння електронно- іонного балансу.

Розв’ язок. Ванадій сульфат з сильними окисниками виявляє відновні властивості:

а) 2

5

Або після скорочення і :

б)

1

6

Після скорочення і сумарне іонне рівняння має вигляд:

Таким чином, сильні окисники окиснюють іон ванадію до (у гідратованій формі).

21.3. Задачи для самостійного розв’язування : №1081, 1082

21.4. Лабораторна робота

Необхідні прилади, устаткування, реактиви: сухі реактиви - NH₄VO_3, V₂O_5, розчини HCl (10%), KOH (10%), H₂SO₄ розб. , KІ, KІO₃, KMnO₄, K₂Cr₂O₇

Дослід 1. Одержання ванадій ( V ) оксиду

У фарфоровий тигель поміщають невелику кількість кристалічного амоній метаванадату NH₄VO₃ і обережно нагрівають у полум’ї пальника до перетворення його у червоно – коричневий порошок V₂O₅. Записують рівняння реакції

Дослід 2. Визначення властивостей V ₂ O ₅

У три пробірки поміщають невелику кількість V₂O₅ і додають відповідно по 2-3 мл H₂O, розбавленої хлоридної кислоти (~10%), 10%-ний розчин лугу, перемішують реакційну суміш. Нагрівають пробірки до кипіння, відмічають розчинність V₂O₅ у кожному випадку на холоді та при нагріванні.