Оглавление | Видео опыты по химии | На главную страницу |
Химия и Химики № 6 2011 Предварительный вариант |
Олимпиада по химии. Экспериментальные задания: задачи-демонстрации (Украина, 2008 г) |
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Ответы. Задача № 2 - Ванадий и его степени окисления
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). |
Олимпиада по химии: задачи-демонстрации |
В колбу с метаванадатом натрия добавляют соляную кислоту |
Раствор становится сначала оранжевым, потом - желтым |
|
|
|
|
|
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+ .
NaVO3 + SnCl2 + HCl = VOCl2 (синий) + SnCl4 + NaCl + H2O (предлагаем читателям уравнять коэффициенты в этом и следующих уравнениях самостоятельно) Производные ванадила окрашены в синий (голубой) цвет. Промежуточное появление зеленой окраски обусловлено одновременным присутствием пятивалентного ванадия (желтый) и четырехвалентного ванадия (синий). |
В первую колбу добавляют раствор хлорида олова (II) SnCl2 |
Раствор в колбе становится сначала зеленым |
Потом содержимое колбы становится синим - образовался хлорид ванадила VOCl2 |
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. NaVO3 + Sn + HCl = VOCl2 (синий) + SnCl4 + NaCl + H2O Однако на этом реакция не заканчивается: четырехвалентный ванадий восстанавливается до трехвалентного, в результате раствор окрашивается в зеленый цвет. VOCl2 + Sn + HCl = VCl3 + H2O
|
Во вторую колбу также добавили соляную кислоту |
Раствор стал желтым |
Затем в колбу добавили гранулы олова |
Колбу накрыли пробкой с клапаном и поставили на электрическую плитку |
Раствор в колбе стал зеленым, |
... а затем - синим |
Раствор во второй колбе стал похож на раствор в первой |
Теперь во вторую колбу добавляют порошок олова |
Содержимое колбы перемешивают |
Колбу ставят греться на плитку |
Раствор во второй колбе постепенно становится зеленым |
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: NaVO3 + Zn + HCl = VCl2 + ZnCl2 + NaCl + H2O
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. |
В третью колбу добавили соляную кислоту |
Раствор стал желтым |
В колбу добавили порошок цинка |
Раствор стал синим, при этом его окраска продолжила изменяться |
Колбу нагрели |
После серии промежуточных переходов окраски, раствор в колбе стал фиолетовым (или сиреневым) |
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.
|
Олимпиада по химии: задачи-демонстрации |
< Задача 1 > < Задача 2 > < Задача 3 > < Задача 4 > < Задача 5 > < Фотографии > |