Описание задачи дано на предыдущей странице: < Задача № 2 - Ванадий и его степени окисления >.

Ниже мы приводим ответы.

Для ванадия характерно образование соединений с разной степенью окисления: (V), (IV), (III) и (II). В растворе соединения пятивалентного ванадия - окислители умеренной силы, соединения двухвалентного ванадия - сильные восстановители. Трех- и четырехвалентный ванадий занимают промежуточное положение.

Все показанные эксперименты основаны на восстановлении пятивалентного ванадия до соединений с более низкой степенью окисления. В щелочном растворе метаванадат натрия NaVO₃ бесцветный. При добавлении соляной кислоты образуются поливанадаты (производные пированадиевой H₄V₂O₇, декаванадиевой H₆V₁₀O₂₈, додекаванадиевой H₂V₁₂O₃₁ и других кислот), окрашенные в желтый, оранжевый или красный цвет.

Поливанадаты способны легко переходить друг в друга, соответствующие им кислоты в свободном виде не выделены.

При достаточных количествах соляной кислоты образуется также катион VO₂⁺ (VO₂Cl).

В первую колбу добавили раствор хлорида олова (II) SnCl₂, в кислой среде это не очень сильный восстановитель. В результате пятивалентный ванадий восстанавливается до четырехвалентного: ванадат превращается в катион ванадила VO²⁺ .



Производные ванадила окрашены в синий (голубой) цвет. Промежуточное появление зеленой окраски обусловлено одновременным присутствием пятивалентного ванадия (желтый) и четырехвалентного ванадия (синий).

Во вторую колбу добавили гранулы металлического олова и накрыли колбу пробкой с клапаном, который защищает ее от действия атмосферного воздуха. Для ускорения реакции колбу нагрели на электрической плитке. Металлическое олово в кислой среде - более сильный восстановитель, чем хлорид олова (II).

Сначала олово восстанавливает пятивалентный ванадий до четырехвалентного - аналогично предыдущему опыту.



Однако на этом реакция не заканчивается: четырехвалентный ванадий восстанавливается до трехвалентного, в результате раствор окрашивается в зеленый цвет.

В третьем эксперименте к раствору ванадата натрия в соляной кислоте добавили порошок цинка. Цинк восстанавливает пятивалентный ванадий до двухвалентного [образуется хлорид ванадия (II)], в результате раствор становится фиолетовым.

Восстановление происходит через промежуточное образование соединений четырех- и трехвалентного ванадия. Суммарное уравнение:



Соли двухвалентного ванадия - сильные восстановители. В частности, их растворы легко окисляются кислородом воздуха (поэтому в опыте нужно закрывать колбу пробкой с клапаном). Двухвалентный ванадий способен даже вытеснять водород из воды.

Трехвалентный ванадий - тоже хороший восстановитель, но более слабый, чем двухвалентный.

Обратите внимание, что приведенные уравнения реакций формальны и не совсем отражают химическую суть, в частности в случае с оловом и цинком восстановителем является атомарный водород (водород в момент выделения), который образуется при реакции металлов с кислотами.