Лабораторна робота 14

Тема: Хімічні властивості d-елементів VІ групи періодичної системи Д.І. Менделєєва

Мета та основні завдання:

• удосконалити знання студентів із структури, критеріїв періодичності періодичної системи Д.І. Менделєєва, особливостей будови атомів металів;

• удосконалити знання студентів з фізичних та хімічних властивостей металів; способів утворення та застосування металів;

• удосконалити уміння студентів складати молекулярні рівняння хімічних реакцій, рівняння окисно-відновних реакцій; іонні рівняння;

• удосконалити уміння студентів в розв’язанні задач за формулами та рівняннями;

• формувати у студентів уміння працювати в складі малих груп;

• формувати уміння студентів давати визначення поняттям;

• розвивати комунікативні уміння студентів;

• розвивати системне мислення студентів;

• розвивати професійні навички студентів в роботі з хімічними реактивами та хімічним обладнанням.

Прикладні задачі: розглянути особливості будови атомів d-елементів VІ групи ПС; фізичні та хімічні властивості простих і складних речовин, утворених d-елементами VІ групи ПС; способи утворення даних речовин; їх застосування.

Ключові поняття: d-електрон, d-елемент, метали, фізичні властивості металів, хімічні властивості металів, способи утворення металів, застосування металів.

1. Теоретична частина

Хімічні елементи, на електронних оболонках яких заповнюється електронами d-підрівень передзовнішнього енергетичного рівня, називаються d-елементами. D-елементи знаходяться в побічних підгрупах всіх восьми груп періодичної системи. D-елементи утворюють прості речовини метали.

1.1. Загальна характеристика d-елементів vі групи

В побічну підгрупу VІ групи входять хімічні елементи Хром Cr, Молібден Mo, Вольфрам W. Маючи на зовнішньому енергетичному рівні один (₂₄Cr 3s²3p⁶3d⁵4s¹ і ₄₂Mo 4s²4p⁶4d⁵5s¹) або два (₇₄W 5s²5p⁶5d⁴6s²) електрона (всього шість валентних електронів), дані елементи, на відміну від елементів головної підгрупи VІ групи, проявляють металічні властивості.

В сполуках елементи підгрупи Хрома проявляють позитивні ступені окиснення: Cr – 2,3,(4),6; Мо, W – 4,6.

Хром, молібден і вольфрам – сірувато-білі блискучі метали. На властивості цих металів значно впливають домішки. Так, чистий хром недостатньо твердий, а технічний забруднений хром - самий твердий із всіх металів. Чисті молібден і вольфрам значно м’якіші, але навіть незначні домішки в них збільшують їх твердість і крихкість. Всі метали підгрупи Хрома – тугоплавкі. Вольфрам – самий тугоплавкий з усіх досліджених металів (t_пл = 3410⁰С).

З водою хром, молібден і вольфрам реагують тільки при сильному нагріванні:

2Cr + 6Н₂О = 2Cr(ОН)₃ + 3Н₂↑.

Взаємодії даних металів з водою заважає поверхнева оксидна плівка. За звичайних умов вони реагують тільки з фтором. Для взаємодії з іншими неметалами необхідне іноді значне нагрівання. Наприклад, хром горить в кисні тільки при температурі 2000⁰С і вище, а молібден і вольфрам реагують з азотом при 1500⁰С. При прожарюванні цих металів на повітрі хром окислюється до Cr₂О₃, а молібден і вольфрам – до МоО₃ і WО₃.

В порошкоподібному стані хром, молібден і вольфрам за умови нагрівання взаємодіють з хлором, утворюючи відповідні хлориди і проявляючи ступінь окиснення +3.

Заслуговує уваги відношення даних металів до дії кислот та луг. Розглянемо це в таблиці 14.1.

Таблиця 14.1. Взаємодія хрому, молібдену і вольфраму з кислотами та лугами

Метали	HCl	H2SO4	HNO3	«царська водка» HCl+HNO3	«диявольська суміш» НF+HNO3	NаОН
Cr	взаємодіє	взаємодіє	пасивує	пасивує	пасивує	не взаємодіє
Мо	не взаємодіє	не взаємодіє	взаємодіє	взаємодіє	взаємодіє	взаємодіє при нагріванні
W	не взаємодіє	не взаємодіє	не взаємодіє	не взаємодіє	взаємодіє	взаємодіє за наявності О2, окисників NаNO3,KClO3

Наприклад: 2W + 4КОН + 3O₂ = 2К₂WО₄ + 2H₂O.

Самостійно складіть рівняння хімічних реакцій взаємодії даних металів з кислотами.

1.2. Сполуки хрому

Із всіх відомих сполук хрому практично приходиться зустрічатись тільки з тими, в яких він проявляє ступінь окиснення +3, +6. Це оксиди Cr₂О₃, CrО₃ та їх похідні сполуки. Хром (ІІІ) оксид – тверда тугоплавка речовина темно-зеленого кольору, не розчинна ні у воді, ні в кислотах. Йому відповідає хром (ІІІ) гідроксид Cr(ОH)₃ – речовина сіро-зеленого кольору, малорозчинна у воді. ЇЇ утворюють при дії луг на солі хрому (ІІІ):

Cr₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Cr(ОH)₃↓ + 3Na₂SO₄.

Хром (ІІІ) гідроксид має амфотерні властивості. Він взаємодіє з кислотами:

Cr(ОH)₃ + 3HCl = CrCl₃ + 3H₂O,

а з лугами дає хроміти (солі хромитної кислоти):

Cr(ОH)₃ + NaOH = NaCrО₂ + 2H₂O (при сплавленні);

Cr(ОH)₃ + 3NaOH = Na₃[Cr(ОH)₆] (в розчині).

Хром (VІ) оксид – кристалічна речовина темно-червоного кольору, легкорозчинна у воді з утворенням хромових кислот. Хром (VІ) оксид – сильний окисник. Якщо, наприклад, сухий CrО₃ змочити етиловим спиртом, то спирт окислюється настільки енергійно, що відбувається самоспалах, а CrО₃ відновлюється до Cr₂О₃. Хром (VІ) оксиду відповідає дві кислоти: хроматна Н₂CrО₄ і дихроматна (біхроматна) Н₂Cr₂О₇. Вони існують тільки в водних розчинах і утворюють відповідно солі хромати і дихромати (біхромати).

Калій дихромат називають хромпіком. Хромати в кристалічному стані і в водних розчинах мають жовте забарвлення, яке обумовлюється наявністю хромат-іона ; дихромати – помаранчево-червоне забарвлення, характерне для іонів

Хромат-іони стійкі в нейтральному та лужному середовищі. В кислому середовищі відбувається їх перетворення в дихромат-іони:

в результаті чого розчин забарвлюється в помаранчевий колір. Під дією лугу дихромат-іони перетворюються в хромат-іони:

Отже, в кислому середовищі існують тільки дихромати, а в лужному – тільки хромати:

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ = K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O;

K₂Cr₂O₇ + 2KOH = 2K₂CrO₄ + H₂O.

Найважливішою властивістю хроматів і дихроматів є їх окислювальна здатність. Поясніть, чому! В кислому середовищі (рН < 7) Cr⁺⁶ відновлюється до Cr⁺³(див. табл. 5.2. «Класифікація речовин на окисники та відновники»). Наприклад: K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ + К₂SO₃ → Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O;

K₂CrO₄ + H₂SO₄ + H₂S → Cr₂(SO₄)₃ + S + K₂SO₄ + H₂O.

В лужному ж середовищі Cr⁺³ окислюється до Cr⁺⁶ (див. табл. 5.2. «Класифікація речовин на окисники та відновники»). Наприклад:

NaCrO₄ + NaОН + Вr₂ → Na₂CrO₄ + NaВr + H₂O.

Розставте коефіцієнти в даних рівняннях методом електронного балансу.