19. Общая характеристика и химические свойства элементов подгруппы ванадия.

Для получения свободных элементов может быть использовано взаимодействие их окислов Э2О5 с алюминием по схеме:

ЗЭ2О5 + 10Al = 5Аl2О3 + 6Э

V: 4FeVO4+4NaCl+O2=t=4NaVO3+2Fe2OP3+2Cl2

NaVO3 с серной кислотой = V2O5 а затем Al.

Nb и Ta очень трудно разделить сходство хим. св-в

K2[TaF7]+5K=Ta+7KF

Частично эти металлы получают электролизом расплава Э2О5 в расплавах комплексных соединений K2[TaF7], K2[NbF7].

Химические свойства:

Для V Известны соединения со ст.ок. от 0 до +5

В чистом виде эти металлы ковки и пластичны. Высокая коррозионная устойчивость, благодаря оксидной пленке. При повышенных температурах реагируют с неметаллами, образуя оксиды Э2О5, нитриды VN, Ta2N, Nb2N, карбиды ЭС, ЭС2.

V растворяется

• в плавиковой кислоте:

2V+6HF=2VF3+3H2

• Горячей серной:

V+3H2SO4 (конц)=VOSO4+2SO2+3H2O

• Конц азотной:

V+6HNO3 (конц)=VO2NO3+5NO2+3H2O

• Царской водке:

3V+3HCl+5HNO3=3VO2Cl+5NO+4H2O

Nb и Na гораздо менее активны, медленно реагируют с конц. р-ром плавиковой кислоты, лучшим кислотным растворителем для ни является смесь HNO3 и HF

ЗЭ + 5HNO3 + 21HF = 3H2 [ЭF7 ] + 5NO + 10H2O

А еще лучше щелочным плавом:

2Э+5KNO3+6KOH=спл=2K3ЭО4+5KNO2+3H2O

Соединения: +2 представлены преимущественно у ванадия, они являются восстановителями, легко переходят в соединения с более высокой ст.ок. атома V:

2VCl2+2H2O=2VOCl+2HCl+H2

Соединения ст.ок. +3 тоже характерны для ванадия

V2O3-основной оксид, растворяется в кислотах с образованием ионов [V(H2O)6](3+), проявляющих восстановительные свойства и подвергающихся гидролизу, при котором они переходят в ионы V(OH)(2+) или VO(+)

Сравнительно много соединения со ст.ок. +4 у V, меньше у Nb и Ta. ЭО2 получают восстановлением Э2О5 щавелевой кислотой у V, водородом у Nb и коксом у Та. VO2 растворим в кислотах и щелочах (но основные свойства доминируют)

VO2+2HCl=VOCl2+H2O

4VO2+2KOH=K2V4O9+H2O

NbO2 и TaO2 не растворимы в кислотах и щелочах. В растворах образуются поливанадаты (IV), а при сплавлении со щелочью – метаванадаты (IV)

VO2+2KOH=спл=K2VO3+H2O

VCl4: 4VCl4+H2O=VOCl2+2HCl

Соединения ст.ок. +5 представлены преимущественно анионной формой, склонность к образованию изополисоединений.

Э2О5 в воде малорастворимы. V2O5 растворяется в щелочах с образованием поливанадатов (V).

V2O5+6KOH=2K3VO4+3H2O

3V2O5+6NaOH=2K3V3O9+3H2O

В концентрированных кислотах с образованием солей ванадила (V)

V2O5+H2SO4 (конц)=(VO2)2SO4+H2O

Nb2O5, Ta2O5 в кислотах практически не растворимы, взаимодействую с щелочами при сплавлении.

Из ЭГ5 у V известен VF5, а для Nb,Ta-известны все галогениды.

V2O5 + 5Ca = 5CaO+2V; с Mg

V2О3 + 3C = 3CO+2V,

2VI3 = 2V+3I2

4V + 12NaOH + 5O2 = 4Na3VО4 + 6H2О

3V + Fе3С = V3С + 3Fе

6V + 2NН3 = 2V3N + 3Н2

V2О2 + 2NH3 = 2VN + 2H2О + H2

VO + H2SО4 = VSО4 + H2О

Nb.

2Nb2O5 + 5NbC = 9Nb + 5CO3,

4Nb+4NaOH+5О2 = 4NaNbO3+2H2О

2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Nb2O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + ЗС02

Nb2O5 + Н2 = 2NbО2 + Н2О 2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

2NbO + 6HCl = 2NbOCl3 + 3H2

К2[NbOF5] + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

NbCl5 + 4H2О = 5HCl + H3NbО4

Ta.

4Та+5О2 = 2Та2О5,

2Ta + 5Cl2 = 2TaCl5,

Ta + 2S = TaS2

2Ta +N2 = 2TaN

3Та2О5 + 10А1 = 5А12О3 + 6Та;

2TaCl5 = Ta + 5Cl2;

K2TaF7+5Na = Ta + 5NaF + 2KF

Та2О5 + 2NаОН = 2NаТаО3 + Н2О

Та2О5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3ТаО4 + 3СО2

Та2O5+ 10НС1==2ТаС15+5Н2О

2K2TaF7 + 2H2SO4 + 5H2O = Ta2O5 + 2K2SO4 + 14HF

4ТаС+9О2 = 2Та2О5+4СО2