Подгруппа ванадия

1 Простые вещества.

Как относятся ванадий, ниобий и тантал к кислороду воздуха, воде, кислотам‑неокислителям (соляной, плавиковой), кислотам‑окислителям (азотной и серной концентрированным) и щелочам? Обсудите условия протекания данных реакций. Проведите реакции на свойства простых веществ с имеющимися в лаборатории реактивами.

2 Соединения ванадия (V).

2.1 Получение и свойства оксида ванадия (V).

1) В небольшой тигель поместить 1‑2 стеклянные ложечки кристаллического ванадата аммония и нагреть в пламени спиртовки. Наблюдать потемнение реакционной смеси (почему это происходит?) и последующее образование красно-коричневого оксида ванадия (V).

Выполните необходимые расчеты и спрогнозируйте, какая из нижеследующих реакций и в каком температурном интервале выгоднее с термодинамической точки зрения:

NH₄VO_3(кр.)  V₂O_5(кр.) + NH_3(г.) + H₂O_(г.)

NH₄VO_3(кр.)  V₂O_3(кр.) + N_2(г.) + NH_3(г.) + H₂O_(г.).

	NH4VO3(кр.)	V2O5(кр.)	V2O3(кр.)	NH3(г.)	H2O(г.)	N2(г.)
Hf, 298, кДж/моль	-1051	-1552	-1219	-46.2	-241.8	0
S298, Дж/(мольK)	140.6	131	98.3	192.6	188.8	199.9

Охарактеризовать особенности строения оксида ванадия с учетом склонности ванадия (V) к асимметричному ‑связыванию.

2) Положить в ряд пробирок не­большое количество пятиокиси ванадия. Испытать действие на нее воды, 10%‑ных растворов серной и азотной кислот, хлористоводородной разбавленной и концентрированной кислоты, а также щелочи. Написать уравнения реакций. На какие свойства оксида указывает каждая из проведенных реакций?

Начиная с какой концентрации соляной кислоты реакция между V₂O₅ и HCl идет как окислительно-восстановительная, если р(Cl₂) = 1 атм., [VO(OH₂)₄²⁺] = 10^-6 моль/л?

2.2 Соли ванадия (V).

1) Налить в две пробирки по 1 мл раствора ванадата натрия и прилить в одну из них раствор ни­трата серебра, в другую — хлорида аммония. Написать уравнения реакций.

2) К раствору ванадата натрия приливать по каплям при пере­мешивании разбавленный раствор серной кислоты. Чем обусловлено изме­нение окраски раствора? Написать уравнения реакций, протекающих в водном растворе ванадатов при пониже­нии или повышении значения рН. Охарактеризовать особенности строения ванадил(V)‑катиона с учетом склонности ванадия (V) к асимметричному ‑связыванию.

2.3 Перекисные соединения ванадия.

В две пробирки с оксидом ванадия (V) добавить соответственно воду и концентрированный раствор щелочи. Затем в каждую пробирку по каплям прибавить 3%‑ный раствор перекиси водорода. Что при этом наблюдается? Написать уравнения реак­ций, учитывая, что в кислой и щелочной среде образуются пероксосоединения различного состава – [VO₂(OH₂)(O₂H₂)]⁺ (желтого цвета) в кислой и [VO₂(O₂)₂]^3- или [V(O₂)₄]^3- (сине-фиолетового цвета) в щелочной.