Лабораторная работа № 10. V В группа. подгруппа ванадия

Цель работы: изучение химических свойств элементов подгруппы ванадия.

Общие сведения

Побочная подгруппа пятой группы включает элементы: ванадий, ниобий, тантал и протактиний. Наиболее устойчивыми валентными состояниями являются III и V. В отличие от главной подгруппы, где с увеличением порядкового номера низшая степень окисления становится более устойчивой, для элементов V B группы наблюдается обратная зависимость: для ванадия возможны степени окисления +3, +5 и даже +2, для ниобия - +3 и +5, а для тантала – только пятивалентное состояние. Несмотря на то, что элементы подгруппы ванадия являются металлами, их высшие оксиды состава Ме₂О₅ носят явно выраженный кислотный характер, образуя при сплавлении со щелочами соответствующие соли: ванадаты, ниобаты и т.д.

В металлическом состоянии все элементы подгруппы ванадия устойчивы. Ванадий с трудом растворяется в кислотах-окислителях, а ниобий и тантал не реагируют даже с царской водкой. В порошкообразном состоянии активность элементов V B группы увеличивается: при нагревании они реагируют с кислородом, галогенами, серой. В низших степенях окисления оксид и гидроксид ванадия проявляет амфотерные свойства. Соли металлов подгруппы ванадия при растворении очень сильно гидролизуются.

Выполнение работы

Опыт 1. Получение и свойства оксида ванадия (V). Опыт проводить под тягой. 1/4 шпателя сухого метаванадата аммония NH₄VO₃ поместить в фарфоровую чашечку и осторожно нагревать, помешивая стеклянной палочкой. Наблюдать переход белой окраски ванадата аммония в кирпично-красную, соответствующую оксиду ванадия (V). Полученный оксид ванадия разделить на две порции, поместить в две пробирки и прибавить в них по 4–5 капель: в одну – 2 н. раствора едкого натра (или кали); в другую – концентрированной серной кислоты, последнюю нагреть на водяной бане. Отметить растворение оксида ванадия (V) в кислой и щелочной среде и окраску полученных растворов.

Написать уравнения реакций: а) разложения метаванадата аммония; б) взаимодействия оксида ванадия (V) со щелочью и с серной кислотой, учитывая, что в первом случае получается NaVO₃, во втором – сульфат диоксованадия (V) (VO₂)₂SO₄. Сделать вывод о химическом характере оксида ванадия (V).

Опыт 2. Получение метаванадиевой кислоты. В цилиндрическую пробирку поместить 1 микрошпатель порошка оксида ванадия (V) и 5–7 капель дистиллированной воды, нагреть смесь до появления слабо-желтой окраски. Несколько капель полученного раствора перенести пипеткой в пробирку с раствором нейтрального лакмуса. Отметить изменение окраски лакмуса. Написать уравнение реакции получения метаванадиевой кислоты.

Опыт 3. Получение малорастворимых ванадатов. В четыре пробирки внести по 3–4 капли раствора метаванадата натрия и добавить по 3–4 капли растворов: в первую – хлорида бария, во вторую – сульфата меди, в третью – нитрата серебра, в четвертую – нитрата свинца. Наблюдать выпадение осадков и отметить их окраску.

Написать молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций, учитывая, что для бария и свинца получаются соли метаванадиевой кислоты, для серебра – соли ортованадиевой кислоты H₃VO₄. Для меди в зависимости от рН раствора могут получаться соли метаванадиевой кислоты (осадок сине-зеленого цвета) или ортованадиевой кислоты (осадок желто-зеленого цвета).

Опыт 4. Восстановление ванадия (V) до ванадия (III). В пробирку поместить по 5 капель метаванадата (V) натрия и концентрированной соляной кислоты (d = 1,19 г/см³). Опустить в раствор кусочек гранулированного олова и нагревать слабым пламенем горелки. Наблюдать появление голубой окраски раствора (VO²⁺) и переход ее в зеленую, характерную для иона V³⁺.

Отобрать в две пробирки пробы полученной соли ванадия (III), получить гидроксид ванадия в каждой из проб. Исследовать растворимость гидроксида ванадия (III) в кислотах и крепких растворах щелочей.

Составить уравнения реакций. Сделать вывод о характере гидроксида ванадия (III).

Опыт 6. Восстановление ванадия (V) до ванадия (II). К насыщенному раствору метаванадата натрия (12–15) капель добавить 8–10 капель концентрированной НСl и 2–3 кусочка цинка. Наблюдать последовательное изменение окраски раствора. При каждом появлении новой окраски перенести по 3 капли раствора в чистые пробирки. Запись данных опыта. Отметить и объяснить изменение окраски раствора: желтая – зеленая – голубая – зеленая – сиреневая. Написать уравнения реакций последовательного восстановления соединений ванадия и уравнение реакции восстановления метаванадата натрия с образованием непосредственно хлорида ванадия (II).

Отобрать в две пробирки пробы полученной соли ванадия (II), получить гидроксид ванадия в каждой из проб. Исследовать растворимость гидроксида ванадия (II) в кислотах и крепких растворах щелочей.

Составить уравнения реакций. Сделать вывод о характере гидроксида ванадия (II).

Содержание отчета по лабораторной работе

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Уравнения реакций в молекулярной и ионной форме, результаты проведения реакций, ответы на вопросы.