Применение Zn, Cd, Hg в микроэлектронике.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 9Следующая ⇒

ZnS, CdS, ZnSe, CdSe – сложные полупроводники типа А^IIB^VI.

Основной метод получения: Zn + S (tº=600-700ºC, Ar) =ZnS

Пленки Zn, получают пиролизом МОС (металлорганических со­единений): диэтилцинк(330ºС) = Zn + R.

Аналогично получают зеркальные пленки Cd.

Растворяют пленки в кислотных и (цинк) в щелочных травителях.

Образцы решения задач

Пример 1. Рассчитайте объем газа (н.у.), выделившегося по реакции 0,2 г ртути с избытком концентрированного раствора азотной кислоты.

Решение. Напишем уравнение реакции, учитывая, что ртуть, являясь восстановителем, окислится избытком концентрированного раствора азотной кислоты до Hg²⁺, а нитрат-ион восстановится до газообразного диоксида NO₂:

.

Согласно условию задачи израсходовано 0,2 г ртути.

Из уравнения реакции следует, что если в реакцию вступает 1 моль, т.е. 200 г ртути, выделяется 2 моля газа, т.е. 44,8л NO₂.

Отсюда V_газа = Ответ: 0,0448л.

Пример 2. Объясните, почему цинк может растворяться и в кислотных и в щелочных средах. Напишитеуравнения соответствующих реакций.

Решение. Поскольку цинк образует оксид и гидроксид амфотерного характера, его можно растворить и в кислотах и щелочах. Реакции протекают энергичнее в присутствии аммиака или ионов, образующих с ионами цинка комплексные ионы.(CN^–). Напишем уравнения реакций взаимодействия цинка с серной кислотой и с хлоратом калия в щелочной среде. В кислой среде образуются катионы Zn²⁺, а в щелочной среде цинкат –ионы ZnO₂^2–.

1) 3Zn + 4H₂SO_{4 (конц)}= 3ZnSO₄ + S + 4Н₂О

2) 3Zn + KClO₃ + 6КОН = KCl + 3K₂ZnO₂ + 3Н₂О.

Пример 3. Смесь меди и цинка массой 40 г обработали концентрированным раствором щелочи. При этом выделился газ объемом 8,96 л (н. у.). Рассчитайте массовую долю цинка в смеси.

Решение.

1. Вычислим количество вещества образовавшегося газа (водорода):

n(H2) = моль.

2. Из двух компонентов смеси (медь и цинк) с раствором щелочи реагирует только цинк:

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

Из уравнения реакции следует, что

n(Zn) = n(H₂) = 0,4 моль.

3. Вычислим массу цинка в смеси:

m(Zn) = n(Zn)·M(Zn) = 0,4·65 = 26 г.

4. Рассчитываем массовую долю цинка в смеси металлов:

ω%(Zn) =

Пример 4. Объясните, почему раствор сульфата цинка имеет кислую реакцию среды. Напишитеуравнения соответствующих реакций. Укажите способы предотвращения процесса.

Решение. Сольобразована сильной кислотой и слабым основанием. Происходит гидролиз соли по катиону. Форма гидролиза – ступенчатый, образуются основные соли и кислота.

D

D

Чтобы сместить равновесие влево необходимо раствор подкислить.

Образец тестового опроса

Zn, Cd, Hg

1. Укажите формулу атома ртути

1) 1s²…………….6s²4f¹⁴5d⁸ 4) 1s²…………6s²4f¹⁴5d¹⁰

2) 1s²…………….6s⁰4f¹⁴5d¹⁰ 5) 1s²…………6s²4f¹³5d⁹

3) 1s²…………….6s¹4f¹³5d¹⁰

2. В чем не растворяется ртуть?

1) НNO₃ (разб.) 2) НNO₃ (конц.) 3) Н₂SO₄(конц.)

4) Н₂SO₄ (разб.) 5) НCl + НNO₃

3. Укажите продукты взаимодействия ZnBr₂ с водой

1) Zn(ОН)₂ + НBr 2) Zn(ОН)₂ + Br₂ 3) реакция не идет

4) ZnОНBr + Br₂ 5) ZnОНBr + НBr

4. Укажите формулу комплексного соединения, имеющего название дибромо-тетраммин-кадмий

1) [Cd(NH₃)₄Br₂]; 2) [Cd(NH₃)₄]Br₂; 3) К₂ [Cd(NH₃)₂Br₄];

4) (NH₄)₂[CdBr₄]; 5) К₂ [Cd(NH₃)₄Br₄]

5. Укажите соединение, добавлением которого можно ослабить гидролиз CdCl₂

1) NaOH 2) KCl 3) HCl 4) CdS 5) H₂O

Контрольные вопросы и упражнения

1. На гидроксиды цинка и кадмия подействовали избытком растворов серной кислоты, гидроксида натрия и аммиака. Какие соединения цинка и кадмия образуются в каждой из этих реакций? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.

2. Охарактеризуйте особенности взаимодействия ртути с азотной кислотой при условиях: а) избытка кислоты; б) избытка ртути. Методом ионно-электронного баланса составьте уравнения соответствующих реакций.

3. Методом ионно-электронного баланса напишите уравнения следующих реакций растворения цинка:

а) в разбавленной азотной кислоте;

б) в щелочи;

в) в щелочи в присутствии хлората калия.

4. Методом ионно-электронного баланса напишите уравнения реакций взаимодействия цинка:

а) с раствором пероксида водорода в присутствии аммиака;

б) с концентрированной серной кислотой, учитывая восстановление серы до нулевой степени окисления.

5. При прибавлении раствора KОН к растворам Cd(NO₃)₂ и Hg(NO₃)₂ образуются осадки. Какие соединения при этом получаются? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.

6. При постепенном прибавлении раствора KI к раствору Hg(NO₃)₂ образующийся вначале осадок растворяется. Какое комплексное соединение при этом получается? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.

7. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Cd → Сd(NО₃)₂ → Сd(ОН)₂ → [Сd (NН₃)₄](ОН)₂ → СdSO₄

8. К какому классу соединений относятся вещества, полученные при действии избытка гидроксида натрия на растворы нитратов цинка, кадмия, ртути (I), (II)? Составьте молекулярные и ионно — молекулярные уравнения соответствующих реакций.

9. На гидроксиды цинка и кадмия подействовали избытком растворов серной кислоты, гидроксида натрия и аммиака. Какие соединения цинка и кадмия образуются в каждой из этих реакций? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций?

10. Кусок латуни обработали азотной кислотой. Раствор разделили на две части. К одной из них прибавили избыток раствора аммиака, к другой — избыток раствора щелочи. Какие соединения цинка и меди образуются при этом? Составьте уравнения соответствующих реакций.

11. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Zn → Zn (NО₃)₂ → Zn (ОН)₂ → [Zn (NН₃)₄](ОН)₂ → ZnSO₄ → Zn (ОН)₂ →

Na₂[Zn (ОН)₄] → ZnCl₂

12. Методом ионно-электронного баланса составьте уравнение реакции взаимодействия пероксида водорода в присутствии избытка аммиака с цинком. Учитывая, что аммиак взят в избытке, рассчитайте объем (мл) 0,5М раствора пероксида водорода, необходимого для растворения 6,54 г цинка.

Ответ: 200 мл.

13. Методом ионно-электронного баланса составьте уравнение реакции взаимодействия цинка в щелочной среде с хлоратом калия. Рассчитайте массу (г) прореагировавшего цинка, учитывая, что в реакцию вступило 50 мл 0,3н раствора хлората калия. Ответ:0,95г.

14. При растворении избытка ртути в концентрированной азотной кислоте образуется нитрат ртути(I), а азотная кислота восстанавливается минимально. Рассчитайте объем газа, выделяющегося при растворении 0,6 г ртути. Методом ионно-электронного баланса составьте уравнение соответствующей реакции. Ответ: 0,0672 л.

15. Гидроксид цинка растворяется в аммиаке и щелочи. О каких свойствах гидроксида свидетельствуют эти реакции? Напишите уравнения соответствующих реакций.

16. Хлор окисляет цинк в щелочной среде. Какое соединение цинка при этом получается? Методом ионно-электронного баланса составьте уравнение соответствующей реакции.

17. Почему нитрат ртути(I) может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства? Методом ионно-электронного баланса составьте уравнения реакций, подтверждающих это положение.

18. Сплавляют 1,3 г цинка с гидроксидом и хлоратом калия, взятыми в избытке. Методом ионно-электронного баланса составьте уравнение соответствующей реакции. Определите массу (в граммах) хлорсодержащего продукта. Ответ: 0,5 г.

19. Методом ионно-электронного баланса составьте уравнения реакций растворения кадмия:

а) в разбавленном растворе серной кислоты;

б) концентрированном растворе серной кислоты;

в) в пероксиде водорода в присутствии избытка аммиака.

20. Цинковое покрытие на металлах получают электролитическим методом путем электролиза раствора сульфата цинка. Составьте уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде.

Элементы IVB подгруппы

Ti, Zr, Hf

Электронная конфигурация внешних подуровней атомов и возможные степени окисления: ns²(n–1)d²; (+2, +3, +4)

Физические свойства

Минералы, служащие сырьем для получения металлов:

Получение металлов можно представить схемой на примере титана:

Извлечение из руды ТiО₂

Затем в стальных аппаратах в атмосфере аргона титан восстанавливают из тетрахлорида магнием:

TiCl₄ + 2Mg Ti + 2MgCl₂

Дальнейшая переплавка губчатого Тi производится в в вакууме или атмосфере аргона.

Химические свойства. Химическая активность в подгруппе увеличивается снизу вверх, титан является по положению самым активным элементом. Особенностью этих металлов является то, что их активность сильно зависит от температуры. При обычных температурах они устойчивы к большинству агрессивных сред но с повышением температуры активность металлов возрастает и у титана при температуре его плавления является одной из самых высоких среди металлов

При нагревании они реагируют практически со всеми простыми веществами:

Ti + 2Cl₂(300°C) =TiCl₄

TiO₂ (1200-1300°C)

Ti 2Ti +N₂ = TiN (тв.9,8 Тпл.=2930ºС)

Zr TiC (электроды дуговых ламп)

Hf (+V,Nb,Ta) -тв. растворы перем. состава

распл. Ме поглощ. Н₂ (1:2моля)

Отношение к НГ:

Газ: 4HF + Me MeF₄ + 2H₂ HCl+Me=MeF₄ +2H₂

(Ti,Zr,Hf) (Ti,Zr,Hf)

Раствор: 6HF + Ti = 2TiF₃ +3H₂ 6HCl +Ti=TiCl₃ +3H₂

(1%) конц.

HCl + (Zr,Hf)≠не идет

Действие кислородосодержащих кислот зависит от состояния поверхности металла. Например, на идеально отполированный титан кислоты не действуют.

а) При нарушении поверхности:

3Ti + 4HNO₃ (конц.)+ H₂O = 3H₂TiO₃ + 4NO

б) Царская водка растворяет все три металла:

3Zr + 4HNO₃ + 12HCl = 3ZrCl₄ + 4NO + 8H₂O

в) H₂SO₄ (разбавл.) на холоду на титан не действует (предохраняет защитная пленка)

H₂SO₄ разбавл. при (t°) и 50% -ная при любой t°действуют на Ti:

2Ti + 3H₂SO₄(разб.) Ti₂(SO₄)₃ + 3H₂

Ti +4H₂SO₄(конц.) Ti(SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂O

На Zr и Hf серная кислота (H₂SO₄) не действует

Соединения элементов Оксиды и гидроксиды - амфотерны

TiO₂ ZrO₂ HfO₂

Ti(OH)₄ Zr(OH)₄ Hf(OH)₄

Оксиды Ti, Zr, Hf - инертные, нерастворимые вещества, с разбавленными кислотами не реагируют. Очень медленно идет растворение в кипящей НF и концентрированной Н₂SO₄.

Со щелочами и основными оксидами взаимодействуют при сплавлении:

TiO₂ + BaO = BaTiO₃ ZrO₂ + 4NaOH = Na₄ZrO₄ + 2H₂O

Гидроксиды получают действием щелочи на соли 4х-валентных металлов.

Ti(OH)₄ ≡ H₄TiO₄ - ортотитановая кислота

H₂TiO₃ - метатитановая.

Гидроксиды легко растворяются в сильных кислотах, а в щелочах только при сплавлении

У титана имеется целый ряд надкислот, например:

H₄(Ti[O₂]O₃

надтитановая кислота

Галиды Ti, Zr, Hf - в разной степени окисления обладают различными свойствами: МеГ₂ - соли, твердые вещества (ионная связь)

МеГ₃, хотя и являются солями, способны при растворении частично подвергаться гидролизу

МеГ₄ - неэлектролит, жидкость, (ковалентная связь).

TiCl₂, TiCl₃, TiCl₄ 2TiCl₃ = TiCl₄ + TiCl₂

Гидролиз хлорида титана (II) (соли с ионной связью) идет преимущественно по 1-й ступени:

TiCl₂ + H₂O D Ti(OH)Cl + HCl

TiCl₄ – неэлектролит, соединение с ковалентной связью, при высокотемпературном гидролизе получаются продукты:

TiCl₄ + H₂O TiO₂ + HCl

Применение Ti, Zr, Hf

1. Активные диэлектрики на основе оксидов

TiO₂, ZrO₂, HfO₂ - при изготовлении МДП-структур СВЧ диапазона.

2. Проводники. Ti -пленки - подслой на диэлектрических подложках.

3. Сегнетоэлектрики (BaTiO₃, PbTiO₃)

Керамические сегнетоэлектрики:

BaTiO₃ - BaZrO₃, BaTiO₃ (ZrO₂, Bi₂O₃)

Образцы решения задач

Пример 1. Какими свойствами обладают оксиды титана(IV)? Приведите уравнения реакций.

Решение.

Оксид TiO₂ обладает амфотерными свойствами, растворяется при сплавлении с щелочами и в кислотах,:

TiO₂ + 2KOH = K₂TiO₃ + H₂O

титанат калия

TiO₂ + H₂SO₄ = TiOSO₄ + H₂O

сульфат титанила

Пример 2. Подберите коэффициенты в схемах следующих окислительно-восстановительных реакций методом электронно-ионного баланса:

а) TiOSO₄ + Zn + H₂SO₄ → (Ti³⁺) +...

б)Ti + HF → ([TiF₆]^2–) +...

Решение.

a) Составим электронно-ионный баланс для схемы

TiOSO₄ + Zn + H₂SO₄ → (Ti³⁺), +...

учитывая, что цинк окисляется до иона Zn²⁺:

2 TiO²⁺ + 2H⁺ +ē =Ti³⁺ + H₂O

1 Zn – 2ē = Zn²⁺

2TiO²⁺ + 4H⁺ + Zn = 2Ti³⁺ + Zn²⁺ + 2H₂O

2SO₄^2– 2SO₄^2– =3SO₄^2– SO₄^2–

2TiOSO₄ + Zn + 2H₂SO₄ = Ti₂(SO₄)₃ + ZnSO₄ + 2H₂O

б) Составим электронно-ионный баланс для схемы

Ti + HF → ([TiF₆]^2–) +...

1 Ti + 6F^– – 4ē = [TiF₆]^2–

2 2H⁺ + 2ē = H₂

Ti + 6F^– + 4H⁺ = [TiF₆]^2– + 2H₂

2H⁺ = 2H⁺

Окончательное уравнение реакции:

Ti + 6HF = H₂[TiF₆] + 2H₂

Пример 3. Рассчитайте массу титана, полученного термическим разложением иодида титана (IV), на образование которого затрачен иод массой 10,16 г.

Решение.

Запишем уравнения реакций:

Ti + 2I₂ = TiI₄ TiI₄ Ti + 4I₂

Выразим массы количеств вещества с учетом коэффициентов в реакциях:

n(I₂) = моль; n(Ti) = ½n(I₂) = 0,02 моль.

Масса титана равна: m(Ti) = 0,02·48 = 0,96 г.

Пример 4. Титан растворяется в плавиковой кислоте с образованием соединения H₂[TiF₆] и водорода. Рассчитайте объем водорода (н. у.), который выделится при растворении технического титана массой 50 г. Массовая доля титана в техническом металле равна 98,4% (остальное – нерастворимые примеси).

Решение.

Запишем уравнение реакции:

Ti + 6HF = H₂[TiF₆] + 2H₂

Масса титана: m_p(Тi) = m(Ti)· ω =50 0,984 = 49,2 г.

Выразим массы количеств вещества с учетом коэффициентов в реакциях:

n(Ti) = моль; n(H₂) = 2n(Ti) = 1,025·2 = 2,05 моль.

Рассчитаем объем водорода:

V(H₂) = n·22,4 = 2,05·22,4 = 45,9 л.

Образец тестового опроса

Ti, Zr, Hf

1. Укажите электронную формулу атома титана

1) 1s².....................4s²4d² 3) 1s²....................4s¹3d³

2) 1s².....................4s²3d² 4) 1s²....................5s²4d²

5) 1s²......................6s²4d²

2. Укажите продукты реакции взаимодействия циркония с газообразным фтороводородом Zr + HF(газ) =

1) ZrF₂ + H₂O 2) ZrF₃ + H₂ 3) ZrF₄ + 2H₂ 4) H₂[ZrF₆] + H₂ 5) H₂[ZrF₄]+H₂

3. Укажите продукты реакции взаимодействия гафния с царской водкой

Hf + HNO₃ + HCl =

1) Hf(NO₃)₃ + Cl₂ + H₂O 2) HfCl₂ + NO + H₂O 3) HfCl₃ + NO + H₂O 4) H₂[HfCl₆] + H₂ 5) HfCl₄ + NO + H₂O

4. Укажите формулу метатитаната алюминия

1)Al₄TiO₄ 2) Al₂(TiO₃)₃ 3) Na₂TiO₃ 4) K₄TiO₄ 5) BaTiO₃

5. Укажите продукты высокотемпературного гидролиза тетрахлорида титана TiCl₄ + H₂O

1)TiOHCl₃ + HCl 2) Ti(OH)₂Cl + HCl 3) TiO₂ + HCl

4) Ti(OH)₃Cl + HCl 5) H₂TiO₄ + HCl

Контрольные вопросы и упражнения

1. Какие валентности проявляют элементы подгруппы титана?

2. В виде каких минералов встречаются в природе титан, цирконий и гафний?

3. Напишите уравнения реакций получения титана, циркония и гафния из их природных соединений.

4. Можно ли применить метод восстановления водородом для получения в свободном виде металлов подгруппы титана из их оксидов?

5*. Напишите уравнение реакции взаимодействия между титаном и кипящей водой?

6. При каких условиях элементы подгруппы титана вступают в соединения с галогенами, кислородом, серой, углеродом, азотом? Напишите уравнения соответствующих реакций.

7*. Какие металлы, относящиеся к подгруппе титана, растворяются в разбавленных растворах соляной, серной и азотной кислот? Напишите уравнения реакций.

8. Напишите уравнения реакций взаимодействия между титаном и концентрированной азотной кислотой.

9*. Напишите уравнения реакций взаимодействия элементов подгруппы титана с «царской водкой».

10*. Почему добавление плавиковой кислоты к азотной способствует растворению металлов подгруппы титана?

11*. При одинаковых ли условиях протекает реакция взаимодействия титана и циркония со щелочами? Напишите уравнения соответствующих реакций.

12*. Напишите уравнение реакции взаимодействия между ТiО₂ и концентри-

рованной кислотой. При каких условиях протекает эта реакция?

13*. Как можно перевести в растворимое состояние ТiО₂ и ZrО₂ при помощи НF и щелочей? Напишите уравнения реакций.

14. Напишите уравнения реакций получения гидроксидов элементов подгруппы титана.

15. Обладают ли гидроксиды элементов подгруппы титана амфотерными

свойствами?

16. Взаимодействует ли гидроксид титана (IV) со щелочами?

17*. Как получить титанат бария? Напишите уравнение реакции перевода титаната бария в растворимую форму.

18. Можно ли ТiСl₃ и ТiСl₄ растворить в воде?

19*. Напишите уравнения реакций взаимодействия между раствором Тi(SО₄)₂ и сульфидом аммония.

20. Предложите методику получения титаната калия.

21. Окислительно-восстановительный потенциал системы

Тi³⁺ + Н₂О – ē = ТiО²⁺ + 2Н⁺

составляет 0,10 В. Можно ли восстановить соединения Тi(IV) в Тi(III): а) металлическим калием; б) хлоридом хрома(II); хлоридом олова(II)? Напишите уравнения соответствующих реакций.

22. Какими свойствами обладают соединения титана (III)? Закончите уравнения реакций:

а) TiCl₃ + FeCl₃→

б) TiCl₃ + K₂Cr₂O₇ + HCl ()→

в) TiCl₃ + O₂ + H₂O →

г) Ti₂(SO₄)₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ →

Элементы VB подгруппы

V Nb Ta

Атомы ванадия, ниобия, тантала имеют следующие электронные конфигурации: V.....3d³4s², Nb.....4d⁴5s¹, Ta....5d³6s² и проявляют степени окисления: +2, +3, +4, +5

Физические свойства

Минералы, имеющие промышленное значение, представлены ниже.

Получение металлов можно представить схемой:

1. Обогащение руды и получение концентрата

2.Извлечение из концентрата Ме₂О₅

3. Получение Ме из Ме₂О₅ (алюмотермия)

4. Переплавка Ме в вакуумных печах

Например, ванадий из оксида металла получают восстановлением металлическим алюминием (а) или термическим разложением иодида ванадия (б):

а) 3V₂O₅ + 10Al 6V + 5Al₂O₃

б) VI₂ V + I₂

Химические свойства. Химическая активность увеличивается снизу в верх, самый активный элемент в подгруппе - ванадий. Они реагируют при нагревании практически со всеми простыми веществами:

4V + 5O₂ = 2V₂O₅

V + Г₂

F₂: → VF₅

Cl₂: → VCl₂, VCl₃, VCl₄

Nb, Ta + Г₂ МеГ₅

ô твердые р-ры

V, Nb, Ta ô MeN

ô MeSi₂

ô MeC

Отношение к кислотам и щелочам. Из-за защитной пленки эти металлы с разбавленными кислотами HCl и H₂SO₄ - не взаимодействуют.

V - растворяется в НF, НNО₃(конц.), царской водке, H₃PO₄(конц.) и H₂SO₄(конц.) при нагревании:

3V + 5HNO₃ = 3HVO₃ + 5NO + H₂O

Nb, Ta - растворяются в НF, царской водке и смеси HNO₃+ HF

(HF - растворяет защитную пленку):

3Nb + 5HNO₃ = 3HNbO₃ + 5NO +H₂O

При сплавлении со щелочами в присутствии окислителей (NaNO₃, (NH₄)₂S₂O₈)

образуются соли - ванадаты, ниобаты:

4Nb + 4NaOH + 5O₂ = 4NaNbO₃ + 2H₂O

расплав

Процесс протекает за счет растворения расплавленной щелочью оксидной пленки, имеющей кислотный характер:

Ме₂О₅ + 2КОН = 2КМеО₃ + Н₂О

Соединения ванадия, ниобия, тантала

Оксиды и гидроксиды. Для V: Ме₂О₃, Ме₂О₂, Ме₂О₅

для Nb,Ta: Ме₂О₅

VO (V₂O₂) - светло-серого цвета

V₂O₃ - черного

VO₂ (V₂O₄) - сине-голубого

V₂O₅ - красного

+2 +3 +4 +5

VO V₂O₃ VO₂ V₂O₅

основной характер амфотерный кислотный

1) VO + H₂SO₄ = VSO₄ + H₂

осн.св. разбавл.

2) V₂O₃ + 3H₂SO₄ = V₂(SO₄)₃ + 3H₂O (быстрее в HNO₃ и HF)

слабо-осн. св.

3) а) VO₂ + H₂SO₄ = VOSO₄ + H₂O (VО²⁺- радикал ванадил)

амфотер. сульфат ванадила

б) 4VO₂ + 2NaOH = Na₂V₄O₉ + H₂O

H₂V₄O₉ = 4VO₂∙H₂O -поливанадистая кислота

соли - ванадиты

4) V₂О₅ - соответствуют ванадиевые кислоты (соли-ванадаты):

V₂O₅∙H₂O = 2HVO₃ - мета-

V₂O₅∙2H₂O = H₄V₂O₇ - пиро-

V₂O₅∙3H₂O = 2H₃VO₄ -ортованадиевая кислота

V₂O₅ Nb₂O₅ Ta₂O₅

Существуют поливанадиевые кислоты (xV₂O₅∙yH₂O)

Например, получить поливанадат аммония можно по реакции:

6NH₄VO₃ + 2HCl = 2NH₄Cl + H₂O + (NH₄)₄V₆O₁₇ (3V₂O₅∙2H₂O≡ H₄V₆O₁₇)

оранж.-желттого цв.

Восстановление ванадата аммония из степени окисления +5 в +4, +3, +2 –можно провести последовательно, констатируя изменение окраски получаемых соединений:

NH₄VO₃ + 2H ⁺ ® VO²⁺

V IV III II

VO²⁺ VO²⁺ V V

желтый зеленый голубой сиреневый

Получение надванадиевой кислоты можно осуществить по реакции:

NH₄VO₃ + H₂O₂ + HCl = H₂O + HVO₄ + NH₄Cl

вишнево-красного

цвета

Применение

Металлы относятся к перспективным материалам современной техники. Применяют как добавки для улучшения свойств специальных сталей.

Nb и Ta - при сварке разнородных металлов, в вакуумной технике и радиоэлектронике. Из Tа изготовляют медицинские инструменты, используют для замены поврежденной костной ткани в человеческом организме (он срастается с живыми тканями).

Образцы решения задач

Пример 1. При взаимодействии раствора метаванадата аммония и H₂S образуется тиометаванадат аммония. Последний при действии соляной кислоты разлагается, образуя соответствующий малорастворимый сульфид ванадия(V) (тиоангидрид). Написать уравнения реакций.

Решение.

1. Образование тиометаванадата аммония проходит по реакции:

NH₄VO₃ + 3H₂S = NH₄VS₃ + 3H₂O

2. Разложение тиометаванадата аммония соляной кислотой:

2NH₄VS₃ + 2HCl = V₂S₅ + 2NH₄Cl + H₂S

Пример 2. Ванадаты проявляют в кислой среде окислительную функцию, образуя при этом соли ванадила (VO²⁺). Закончите уравнение реакции:

NH₄VO₃ + FeSO₄ + H₂SO₄ =

Решение.

Составим электронно-ионный баланс, учитывая, что FeSO₄ -восстановитель:

2 VO^3– + 4H⁺ + ē = VO²⁺ + 2H₂O

1 2Fe²⁺ – 2ē = 2Fe³⁺

2VO^3– + 8H⁺ + 2Fe²⁺ = 2VO²⁺ + 2Fe³⁺ + 4H₂O

2NH₄⁺ 4SO₄^2– 2SO₄^2–= 2SO₄^2– 4SO₄^2– 2NH₄⁺

Окончательное уравнение:

2NH₄VO₃ + 2FeSO₄ + 4H₂SO₄ = 2VOSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + (NH₄)₂SO₄ + 4H₂O.

Пример 3. При кипячении разбавленного раствора сульфата ниобила последний подвергается гидролизу. Напишите уравнение реакции.

Решение.

NbOSO₄ + 3H₂O H₂SO₄ + HNbO₃

Образец тестового опроса

V, Nb, Ta

1. Укажите самый активный элемент в VB подгруппе

1) Та; 2) V; 3) Nb

2. Укажите продукты реакции взаимодействия ниобия с конц. HNO₃:

1) Nb(NO₃)₃ + NO + H₂O; 2) HNbO₃ + H₂ + H₂O;

3) HNbO₃ + NO + H₂O; 4) H[Nb(NO₃)₆]; 5) Nb(NO₃)₂ + NO + H₂O.

3) Укажите формулу ниобата кальция:

1) СaNbO₃ 2) Ca₂ NbO₄ 3) Ca(NbO₃)₂ 4) Са₂V₂O₇ 5) СaV₄O₉

4. Какими свойствами обладает оксид ванадия (IV):

1) основными; 2) слабоосновными; 3) амфотерными;

4) кислотными; 5) восстановительными

5. Укажите формулу пированадиевой кислоты:

1) HVO₃ 2) H₂VO₃ 3) H₃VO₄ 4) H₄V₂O₇ 5) H₂V₂O₉

Контрольные вопросы и упражнения

1. Какую валентность проявляют элементы подгруппы ванадия?

2. Где применяются ванадий, ниобий, тантал и их соединения?

3. Какие химические реакции лежат в основе получения в промышленности металлов подгруппы ванадия?

4. В чем растворяются тантал, ниобий и ванадий?

5. Напишите уравнение реакции взаимодействия между ванадием и азотной кислотой.

6*. Напишите уравнения реакций растворения ниобия и тантала в смеси азотной и плавиковой кислот.

7*. Напишите уравнение реакции взаимодействия между ванадием и расплавом щелочи

8. Какие продукты получаются при взаимодействии ниобия и тантала с НСl? Укажите условия протекания этих реакций.

9. Приведите примеры соединения двух-, трех- и четырехвалентного ванадия.

10. Напишите уравнение реакции взаимодействия междуV₂О₅ и водородом.

11. Напишите уравнение реакции получения НVО₃.

12. Напишите уравнение реакции получения гидроксидов пятивалентных ванадия и тантала. Проявляют ли указанные гидроксиды амфотерные свойства?

13. Напишите уравнение реакции взаимодействия между V₂О₅ и раствором щелочи.

14. Напишите уравнения реакций между VО₂ и: а) кислотой; б) щелочью.

Составьте эти уравнения в ионной форме.

15. Какие элементы подгруппы ванадия образуют пентагалогениды?

Можно ли эти соединения назвать солями?

16 *. Напишите уравнение реакции взаимодействия между раствором сульфата ванадила и концентрированной азотной кислотой

17. Предложите методику получения ниобата натрия.

18. Напишите формулу сульфата ванадила. Как можно получить это соединение?

19*. Может ли реагировать сульфат ванадила с КМnО₄?

20. Закончить уравнения реакций:

1) 4VO₃ + (NH4)₂S + H₂O →

2) NaVO₃ + H₂SO₄ + H₂O₂→

3) Nb₂O₅ + Cl₂ (tº) → NbOCl₃ +...

4)Ta₂O₅ + Cl₂ (tº) → TaCl₅ +...

5) Zn + NaVO₃ + HCl →

6) NaVO₃ + H₂O₂→

7) KI + NaVO₃ + H₂SO₄ →

8) NaVO₃ + H₂SO₄ + FeSO₄ →

9) NaVO₃ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ →

Элементы VIB подгруппы

Cr Mo W

Атомы хрома, молибдена, вольфрама имеют электронные конфигурации валентных уровней Cr....4s¹3d⁵ Mo....5s¹4d⁵ W....6s²5d⁴ (4f¹⁴)

и проявляют степени окисления (в скобках указаны малохарактерные):

Cr (+2), +3, (+4, +5), +6; Mo,W - (+2, +3, +4) +6

Физические свойства

Ниже приведены минералы, имеющие промышленное применение

Получение металлов можно представить схемой:

1. Хром

Руда ® Cr₂O₃ a) Cr₂O₃ + 2Al 2Cr + Al₂O₃ или

б) 2Cr₂O₃ + 3C 4Cr + 3CO₂

Cr переплавляют в вакууме.

Для производства сплава феррохрома:

FeO∙Cr₂O₃ + 4CO = 2Cr +Fe + 4CO₂

2. Молибден, вольфрам

2MoS₂ + 7O₂ 2MoO₃ + 4SO₂

FeWO₄ Na₂WO₄ H₂WO₄ WO₃

WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O

Химические свойства Хром в этой подгруппе самый активный элемент

усиление химической активности

При нагревании эти металлы реагируют практически со всеми простыми веществами, кроме водорода:

Cr + F₂, Cl₂, Br₂, I₂ Me_xO_y

Mo + F₂, Cl₂ Br₂ – Me Me_xЭ_y

W + F₂, Cl₂, – – MeC,MeC₂

MeSi₂ и др.

Карбиды Cr, Mo, W - фазы переменного состава,

сплав W₂C и WC с добавкой 10% кобальта ® «победит».

Отношение к кислотам

пассивирует

пассивирует

Cr пассивирует

CrCl₂ + H₂

CrSO₄ + H₂

H₂MoO₄ + NO +...

Mo MoO₃ + SO₂ +...

≠ не идет

WF₆ + NO +...

W Na₂WO₄ +...

≠ не идет

Mo + 2HNO₃ = MoO₃ + 2NO + H₂O

W + 2HNO₃ + 6HF = WF₆ + 2NO + 4H₂O

2W + 4NaOH + 3O₂ = 2Na₂WO₄ + 2H₂O

расплав или кипящ. конц. NaOH

VI - валентные соединения

2W + 3O₂ = 2WO₃

2Mo + 3O₂ = 2MoO₃

CrO₃ можно получить лишь косвенно:

K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ = 2CrO₃$ + K₂SO₄ + H₂O

насыщенный концентр.

Кислоты Э(VI) существуют в двух формах: Н₂ЭО₄, и Н₂Э₂О₇

Получение кислот Н₂ЭО₄ (VI). Только хромовую кислоту можно получить

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология