Работа. 18. Свойства элементов подгруппыViв иViiв

Цель работы: изучение химических свойств элементов подгруппы хрома и марганца.

Хром, молибден и вольфрам составляют VIB группу периодической системы. В невозбужденном состоянии электронное строение атомов этой подгруппы различно: у хрома - 3d⁵4s¹, у молибдена - 4d⁵4s¹ и у вольфрама - 5d¹4s². У хрома и молибдена наблюдается проскок электрона с внешнего на предвнешний энергетический уровень. Данная электронная структура внешних энергетических уровней характеризует эти элементы как металлы. Большое число валентных электронов позволяет этим элементам проявлять в своих соединениях переменные окислительные числа. Хрому в его соединениях свойственны окислительные числа

+1,+2,+3,+4,+5,+6; из них наиболее устойчивые соединения Cr(III) и Сr(VI). Совершенно неустойчивы соединения Сr(I), Cr(IV) и C(V). Молибдену и вольфраму в их соединениях свойственны окислительные числа +2,+3,+4,+6, из них наиболее устойчивы соединения Mo(VI) и W(VI).

Хром, молибден и вольфрам при обыкновенной температуре реагируют только с фтором, с остальными окислителями - кислородом, серой, галогенами, азотом, углеродом и др. - они реагируют лишь при высоких температурах. Активность металлов падает в ряду . Это подтверждается их стандартными потенциалами: хром образует два катиона -и.

Для превращения Сr  Сr²⁺ Е^o =-0,913В

Для превращения Сr  Сr³⁺ Е° =-0,744B

Молибден и вольфрам элементарных катионов не образуют. При окислении в водной среде они реагируют по следующей схеме:

Мо + 4Н₂О = H₂MoО₄ + 6Н⁺ + 6е^- Е°.0,0В

W + 3Н₂О – МО₃ + 6Н⁺ + 6е^- Е°=-0,09В

Взаимодействуя при высокой температуре с кислородом, хром образует оксид Cr₂O₃, а молибден и вольфрам - оксиды МоО₃, WО₃.

Оксид и гидрокcид хрома (II) СrО и Сr(ОН)₂ обладают основными свойствами, оксид и гидроксид хрома (III) С₂О₃ и Сr(ОН)₃ амфотерны. Триоксиды всех трех элементов ЭО₃ и соответствующие им гидроксиды H₃ЭО₄ обладают кислотными свойствами. Сила кислот уменьшается в ряду H₂СrO₄, H₂MoO₄, Н₂WO₄.

По отношению к воздуху и воде эти металлы устойчивы вследствие образования защитных оксидных пленок. В разбавленных кислотах НСl, H₂SО₄ хром окисляется, превращаясь в ионы Сr³⁺. Молибден и вольфрам устойчивы по отношению к разбавленным кислотам. По отношению к растворам щелочей в присутствии окислителей наиболее устойчивы хром, менее устойчив молибден и неустойчив вольфрам.

2W + 4КОН + 3О₂ = 2K₂WO₄ + 2Н₂О

Соединения хрома (VI|), молибдена (VI|), вольфрама (VI|) образованы ковалентными связями.

Элементы Мп, Тс и Re составляют VIIВ группу периодической системы. На внешнем энергетическом уровне атомов этих элементов находится по два s-электрона, а на подуровне d предпоследнего энергетического уровня - по пять d-электронов, т.е. d⁵S².

В невозбужденном состоянии непарными являются пять d-электронов, а при возбуждении – все семь электронов внешнего и предвнешнего энергетических уровней становятся непарными, т.е. валентными. Этим элементам свойственно максимальное окислительное число +7.

Из элементов группы марганца технеций в природе не встречается и получен искусственным путем. Марганец и рений в свободном состоянии - типичные металлы с металлическим блеском.

Марганец относится к активным металлам. На воздухе он окисляется и покрывается видимой пленкой оксидов. В разбавленных кислотах марганец растворяется с образованием солей марганца (II). В растворах щелочей марганец устойчив. В соединениях марганец имеет окислительные числа +2,+3,+4 и +7. Наиболее устойчивы Мп (II), Мп (IV) и Мп (VII). С повышением окислительного числа характер оксидов и гидроксидов изменяются от основного до кислотного.

В соединениях Мп(II) и Мп (III) химические связи ближе к ионным, а соединения, в которых марганец имеет более высокие степени окисления, образованы ковалентными связями.

Рений - малоактивный металл, он устойчив по отношению к воздуху, воде, разбавленным кислотам. При окислении кислородом рений образует полусемиокись Re₂O₇. Второй устойчивый оксид ReO₂ получают восстановлением Re₂O₇ водородом.

Экспериментальная часть.

ОПЫТ 1. Окислительные свойства соединений хрома (VI).

В пробирку внесите 6-7 капель раствора дихромата калия, 2-3 капли раствора серной кислоты и 3-4 капли раствора иодида калия. Как изменилась окраска раствора? Напишите уравнение реакции.

ОПЫТ 2. Свойства гидроксида хрома (III).

Налейте в пробирку 5-7 капель раствора хрома (III) и прибавьте туда по каплям раствор гидроксида натрия до образования серо-зеленого осадка.

Распределите осадок на две пробирки. В одну из них прибавьте раствор гидроксида натрия, в другую - разбавленный раствор соляной кислоты. В обоих случаях добейтесь полного растворения осадка.

Составьте уравнения реакций.

ОПЫТ 3. Реакция на обнаружение ионов Сr³⁺.

Налейте в пробирку 5-7 капель раствора соли хрома (III) и прибавьте к нему раствор щелочи (NаОН и КОН) в избытке до растворения выпавшего осадка. Заметьте цвет полученного раствора хромита. Составьте уравнение реакции (см, опыт 2).

Кполученному раствору хромита прилейте 3% раствор перекиси водорода. Нагрейте пробирку и наблюдайте переход зеленой окраски хромита в желтый цвет хромата. Окисление хромита выражается уравнениями:

ОПЫТ 4. Качественная реакция на ион СrО₄^2-.

На несколько капель раствора хромата или дихромата калия подействуйте раствором соли бария. Что наблюдается?

В случае раствора К₂Сr₂О₇ в осадке также окажется ВаСrO₄, а не BaCr₂O₇.

Это объясняется наличием в растворе дихроматов равновесия между хромат-ионами и дихромат-ионами и тем, что ввиду значительно меньшей растворимости ВаСrO₄ по сравнению с BaCr₂O₇ равновесие смещается в сторону ВаСrO₄ как менее растворимого соединения.

ОПЫТ 5. Восстановительные свойства соединений марганца (II).

К раствору соли марганца (II) добавьте 2-3 капли раствора щелочи и 3-4 капли раствора перекиси водорода с массовой долей H₂O₂, равной 10%. Смесь нагрейте до полного прекращения выделения кислорода вследствие полного разложения избытка перекиси водорода. Наблюдайте образование осадка Н₂МnО₃. Напишите уравнение реакций.

ОПЫТ 6. Окислительные свойства перманганата калия.

В три пробирки внесите по 3-5 капель раствора перманганата калия. Добавьте по 3-4 капли: в первую – 1М раствор серной кислоты, во вторую - воды, в третью - 2М раствор щелочи. Во все три пробирки внесите по 2-3 микрошпателя сульфита натрия. Наблюдайте изменение окраски раствора в каждой пробирке.

Напишите уравнения реакций.

Контрольные вопросы.

1. Составьте электронную формулу атома хрома.

2. Составьте электронную формулу марганца. Объясните почему его относят к металлам.

3. На каких свойствах хрома основано его применение в технике? Примеры.

4. Дайте характеристику окислительно-восстановительных свойств различных соединений хрома.

5. Объясните устойчивость хрома на воздухе и в воде.6. Как изменяется характер оксидов марганца? Чем это обусловлено?

7. Есть ли сходство в химии марганца и хрома? В чем оно выражается?

8. Зная, что на окисление 20мл NaBr в кислой среде пошло 10мл раствора K^CrgO?, титр которого равен 0,490, вычислите нормальность и титр раствора NaBr.

9. Каково отношение молибдена, вольфрама к воде, кислороду, гало­генам при обычной и высокой температуре?

10. На титрование 10мл раствора КМпО₄ пошло 12мл 0,1М раствора щавелевой кислоты. Вычислить молярность раствора перманганата.