8.4. Подгруппа ванадия

Общая характеристика элементов подгруппы. Получение и свойства металлов и оксидов. Основно-кислотные и окислительно-восстановительные свойства соединений ванадия в различных степенях окисления.

1241. Опишите электронное строение атомов и общие свойства d-эле-ментов V группы. Укажите все возможные степени окисления ванадия, ниобия и тантала и наиболее устойчивые из них. Почему наиболее устойчивая степень окисления ванадия не совпадает с наиболее устойчивыми степенями окисления ниобия и тантала?

1242. Опишите характеристики атомов и свойства простых веществ в ряду V – Nb – Ta. В какой части ряда напряжений расположены эти металлы? Напишите уравнения реакций ванадия с фтороводородной, соляной, серной и азотной кислотами и укажите условия их протекания.

1243. Металлический ванадий восстанавливают из V₂O₅ алюминием или из VCl₃ магнием. Напишите уравнения реакций, вычислить их энтальпии и расход алюминия и магния на получение одной тонны ванадия.

1244. Почему и каким образом большую часть ванадия получают в виде феррованадия? Чем является феррованадий: механический смесью, раствором или химическим соединением? Каким особым свойством отличаются стали, легированные ванадием?

1245. Как изменяются свойства оксидов в рядах: а) VO – V₂O₃ – VO₂ – V₂O₅; б) V₂O₅ – Nb₂O₅ – Ta₂O₅? Ответ иллюстрировать уравнениями реакций.

1246. При взаимодействии VO и V₂O₃ с соляной и разбавленной серной кислотами образуются растворимые соли зелёного цвета. Какая из солей является очень сильным восстановителем? Напишите уравнение реакции этой соли с хлоридом олова (IV) и объяснить возможность её протекания.

1247. Оксиды ванадия (IV) и ванадия (V) взаимодействуют со щелочами с образованием тетраванадатов (IV) и диоксованадатов (V). Напишите уравнения реакций и сделайте вывод об основно-кислотных свойствах оксидов.

1248. Определите степень окисления ванадия в ионах VO²⁺, VO₂⁺, VO₃^–, V₃O₉^3–, V₄O₉^2– и V₂O₇^4–. Приведите примеры и названия соединений, содержащих эти ионы.

1249. При взаимодействии растворов сульфата оксованадия (IV) и щёлочи образуется осадок амфотерного гидроксида VO(OH)₂, который взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида пентаакваоксованадия (IV) и с раствором NaOH с образованием тетраванадата (IV) натрия. Напишите уравнения всех указанных реакций.

1250. Напишите уравнение реакции VCl₂ с SnCl₄. По значениям стандартного окислительно-восстановительного потенциала вычислите энергию Гиббса, константу равновесия и оцените полноту протекания реакции:

1251. Подберите восстановители и напишите уравнения реакций, с помощью которых возможно восстановление ионов VO²⁺ и оксида V₂O₅ в соответствии с полуреакциями:

VO²⁺ + 2H⁺ + e = VO⁺ + H₂O; j^o = 0,34 В

V₂O₅ + 6H⁺ + 2e = 2VO²⁺ + 3H₂O; j^o = 0,96 В

1252. Ванадаты (V) в кислой среде восстанавливаются соответственно полуреакции:

VO₃^– + 4H⁺ + e = VO²⁺ + 2H₂O; j^o = 1,10 В

Напишите уравнения реакций восстановления ванадатов:

NaVO₃ + SO₂ + H₂SO₄ = NaVO₃ + FeSO₃ + H₂SO₄ =

NH₄VO₃ + KI + H₂SO₄ = KVO₃ + KI + H₂SO₄ =

1253. При взаимодействии с сильными восстановителями соединения ванадия (+5) восстанавливаются до соединений ванадия (+3). Напишите уравнения реакций:

1) VOCl₃ + H₂S = 2) VOCl₃ + Zn + HCl = 3) V₂O₅ + CO =

1254. При внесении цинка в подкисленный соляной кислотой раствор метаванадата аммония происходит восстановления ванадия (V) последовательно до четырёх-, трёх- и двухвалентного состояния. Напишите уравнения реакций.

1255. Метаванадат натрия можно получить спеканием V₂O₅ c хлоридом натрия в среде кислорода. Напишите уравнение реакции. Термодинамическим расчётом покажите возможность её протекания при 800 ºС. Вычислите теоретический расход реагентов на получение 100 кг NaVO₃ этим методом.

1256. Термодинамическими расчётами установите, по какой из двух данных реакций происходит разложение метаванадата аммония при 800 ºС:

2NH₄VO₃ = V₂O₅ + 2NH₃ + H₂O

2NH₄VO₃ = 2VO + N₂ + 4H₂O?

Чем принципиально отличаются эти реакции?

1257. Как изменяется тип химической связи, строение и свойства соединений (поведение при нагревании, гидролиз, окраска, окислительно-восстановительные свойства) в ряду: VCl₂ – VCl₃ – VCl₄ – VCl₅? Ответ иллюстрируйте уравнениями реакций.

1258. При взаимодействии растворов метаванадата аммония и сульфида аммония образуются, в зависимости от соотношения реагентов, метатиованадат или ортотиованадат аммония. Напишите уравнения этих реакций и взаимодействия продуктов с соляной кислотой.

1259. Напишите уравнения реакций, с помощью которых получают ниобий и тантал из оксидов и фторокомплексных соединений этих металлов. Для изготовления каких ответственных изделий и используются ниобий и тантал?

1260. Чем объясняется исключительно высокая устойчивость ниобия и тантала к действию кислот? С какой смесью кислот взаимодействуют эти металлы и какова роль компонентов этой смеси в реакциях? Напишите уравнения этих реакций.