27、第一过渡系元素(一)(钛、钒、铬、锰)

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何气体产生?写出反应方程式。
反应方程式如下: 2MnO2+2H2SO4(浓)=2MnSO4+2H2O+O2↑ 现象: 棕色MnO2溶解,放出O2 总结: MnO2具有氧化性。
3.高锰酸钾的性质 分别试验高锰酸钾溶液与亚硫酸钠溶液在酸性(1
mol· L-1H2SO4)、近中性(蒸馏水)、碱性(6 mol· L1NaOH溶液)介质中的反应,比较它们的产物因介质不同
有何不同?写出反应式。 反应方程式如下: 2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O
2MnO4-+3SO32-+H2O=2MnO2+3SO42-+2OH2MnO4-+SO32-+2OH-=2MnO42-+SO42-+H2O
TiO2++H2O2=[TiO(H2O2)]2+
总结:
得到TiOSO4产物,该物质与H2O2反应,
生成[TiO(H2O2)]2+桔黄色溶液,该反应用于 钛的定性检验。
另取少量二氧化钛固体,注入 2mL40%NaOH 溶液,加热。静置后,取上 层清液,小心滴入浓硫酸至溶液呈酸性, 滴入几滴3%H2O2,检验二氧化钛是否溶解。
[VO2(O2)2]3++6H+→[V(O2)]3+
现象:生成红棕色[V(O2)]3+。 总结:NH4VO3在强酸性介质中,加入H2O2,生 成过氧钒[V(O2)]3+阳离子,该离子为红 棕色。
4.钒酸盐的缩合反应 (1)取四支试管,分别加入10mLpH分别为14,3,2和1(用 0.1 mol· L-1NaOH溶液和0.1 mol· L-1盐酸配制)的水溶液, 再向每支试管加入0.1g偏钒酸铵固体(约一角勺尖)。振 荡试管使之溶解,观察现象并加以解释。 现象:
水,观察溶液颜色。 反应方程式如下:
2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2O
(1)加浓硫酸,溶解, V2O5+2H+=2VO2++H2O (2)加NaOH,V2O5+6NaOH=2Na3VO4(淡黄色)+3H2O (3)pH﹤7 (4)V2O5+6HCl=2VoCl2+Cl2↑+3H2O
总结:
NH4VO3受热分解,生成V2O5,由橙红色固体→深 红色→橙黄色→橙色;(1)V2O5溶于酸(2) V2O5 溶于碱(3)V2O5溶于两性偏酸(4)具有活氧化 性,还原为VoCl2,兰色,放出Cl2。
此后不再缩合,加酸
pH≧13
[V10O28]6-+H+=[HV10O28]5[HV10O28]5-+H+=[H2V10O28]4pH=2时,有V2O5水合物的红棕色沉淀析出 pH=1时,[H2V10O28]4-+14H+=10VO2++8H2O
(2)将pH为1的试管放入热水浴中,向试管内缓慢滴 加0.1 mol· L-1NaOH溶液并振荡试管。观察颜色变化, 记录该颜色下溶液的pH。 反应方程式如下:
实验:
第一过渡系元素(一)(钛、钒、铬、锰)
[实验目的]
1、掌握钛、钒、铬、锰主要氧化 态的化合物的重要性质及各氧
化态之间相互转化的条件。 2、练习沙浴加热操作。
[实验用品]见教材P179。
[基本操作]:
沙浴加热,参见第三章三。
[实验内容]
一、钛的化合物的重要性质
1、二氧化钛的性质和过氧钛酸根的生成
反应方程式如下: TiO2+2NaOH=Na2TiO3+H2O
Na2TiO3+2H2SO4(浓)= TiOSO4+Na2SO4+2H2O
TiO2++H2O2=[TiO(H2O2)]2+
2.钛(Ⅲ)化合物的生成和还原性
在盛有 0.5mL 硫酸氧钛的溶液(用液体四氯化钛 和1mol· L-1(NH4)2SO4按1﹕1的比例配成硫酸钛溶液) 中,加入两个锌粒,观察颜色的变化,把溶液放置 几分钟后,滴入几滴0.2 mol· L-1CuCl2溶液,观察现 象。由上述现象说明钛(Ⅲ)的还原性。 反应方程式如下:
3.氢氧化铬(Ⅲ)的两性 Cr3+转变为Cr(OH)3沉淀,并试验Cr(OH)3的两性。
在实验1所保留的Cr3+溶液中,逐滴加入6 mol· L-1NaOH
溶液,观察沉淀物的颜色,写出反应方程式。
反应方程式如下: Cr3++3OH-=Cr(OH)3 加H+ Cr(OH)3+3H+=Cr3++3H2O 加OHCr(OH)3+OH-=CrO2-+H2O+H+ 现象:Cr(OH)3为灰兰色,加H+灰兰色Cr(OH)3沉淀溶解生成绿色 Cr3+离子。加OH- ,Cr(OH)3沉淀溶解生成绿色CrO-2离子。 总结:Cr(OH)3具有两性,即溶于酸又溶于碱。
2 .低价钒的化合物的生成
在盛有1mL氯化氧钒溶液(在1g偏钒酸铵固体中,
加入 20mL6 mol· L-1 HCl 溶液和 10mL 蒸馏水)的试
管中,加入2粒锌粒,放置片刻,观察并记录反应
过程中溶液颜色的变化,并加以解释。
反应方程式如下:
VO2++Zn+2H+=V2++Zn2++H2O
总结:V5+或V4+具有氧化性,V5+离子被还原,依次为
第三份:滴加0.2 mol· L-1NaOH溶液NaOH溶液,迅速加入2 mol· L1盐酸溶液,有何现象发生? 第四份:滴加0.2 mol· L-1NaOH溶液NaOH溶液,迅速加入2 mol· L1NH Cl溶液,沉淀是否溶解? 4 写出上述有关反应方程式。此实验说明Mn(OH)2具有哪些性质? 反应方程式如下: a、Mn 2++2OH-=Mn(OH)2↓ Mn(OH)2+O2=2MnO(OH)2↓ b、Mn(OH)2不溶于过量的NaOH . c、Mn(OH)2+HCl=MnCl2+2H2O 现象:a、生成白色的Mn(OH)2沉淀,在空气中氧化为棕色 MnO(OH)2 b、生成白色的Mn(OH)2沉淀。 c、白色Mn(OH)2溶解为无色溶液。
[H2V10O28]4-+14H+=10VO2++8H2O
加NaOH平衡向左移动
பைடு நூலகம்
现象:溶液由黄色(NO2+)变为红棕色 ([H2V10O28]4-),溶液的pH值为2。
(3)将pH为14的试管放入热水浴中,向试管内缓慢滴 加0.1 mol· L-1盐酸,并振荡试管。观察颜色变化,
记录该颜色下溶液的pH。
V5+→V4+→V3+→V2+ ,其颜色变化为黄→兰→绿→ 紫。 3.过氧钒阳离子的生成 在盛有0.5mL饱和偏钒酸铵溶液的试管中,加 入0.5mL2 mol· L-1HCl溶液和2滴3%H2O2溶液,观察 并记录产物的颜色和状态。
反应方程式如下: VO3-+H2O2=[VO2(O2)2]3++H2O
5.重铬酸盐和铬酸盐的溶解性 分别在Cr2O72-和CrO42-溶液中,各加入少量的 Pb(NO3)2 、 BaCl2和AgNO3, 观察产物的颜色和状 态,比较并解释实验结果,写出反应方程式。
反应方程式如下: Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+ 对于Cr2O72-溶液, Cr2O72-+2Pb2++H2O=2PbCrO4↓+2H+ Cr2O72-+2Ba2++H2O=2BaCrO4↓+2H+ Cr2O72-+4Ag++H2O=2Ag2CrO4↓+2H+ 对于CrO42-溶液,生成PbCrO4、BaCrO4、Ag2CrO4。
2.铬(Ⅵ)的缩合平衡
Cr2O72-与 CrO42-的相互转化。
反应方程式如下:
2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O 加H+,平衡向右移。加OH-,平衡向左移。 现象:加H+,黄色溶液变为橙红色,加碱,橙红色溶 液变为黄色。 总结:Cr2O72-和CrO42-离子之间在不同酸性环境中可 以相互转化。
在第一份固体中,假如1 mL浓 H2SO4 振荡,
放置。观察溶液颜色,固体是否溶解?在第二份
固体中,加入6 mol· L-1NaOH溶液加热。有何变化?
在第三份固体中,加入少量蒸馏水,煮沸、静置,待其
冷却后,用pH试纸测定溶液的pH 。在第四份固体中,加入浓
盐酸,观察有何变化。微沸,检验气体产物,加入少量蒸馏
依pH值的降低,溶液颜色由黄变红,不断加深。
总结:
向钒酸盐溶液中加酸,pH值逐渐下降,则生成不同缩合度的多钒 酸盐,随着pH值的下降,多钒根中含钒原子越多,缩合度越大。缩合 度增大,溶液的颜色逐渐加深,即由淡黄色变到深红,溶液转为酸性 后,缩合度不再改变,而是获得质子的反应。
2VO43-+2H+=2HVO42-=V2O74-+H2O 3V2O74-+6H+=2V3O93-+3H2O pH≧8.4 10V3O93-+12H+=3[V10O28]6-+6H2O 8﹥pH﹥3
TiOSO4+Zn=Ti2(SO4)3+ZnSO4 Ti3++Cu2++2Cl-+2H2O=2CuCl↓+2TiO2++4H+ 总结: 三价钛具有还原性,产生为白色的CuCl沉淀。
二、钒的化合物的重要性质
1、 取 0.5 偏钒酸铵固体放入蒸发皿中,在沙浴
上加热,并不断搅拌,观察并记录反应过程中固
体颜色的变化,然后把产物分成四份。
在试管中加入米粒大小的二氧化钛粉末,然后加 入2mL浓H2SO4,再加入几粒沸石,摇动试管至近沸 (注意防止浓硫酸溅出),观察试管的变化。冷却 静置后,取0.5mL溶液,滴入1滴3%的H2O2,观察现 象。
反应方程式如下: TiO2+2H2SO4(浓)=Ti(SO4)2+2H2O
Ti(SO4)2易水解,实际得到TiOSO4白色粉末
4. 铬(Ⅲ)的还原性 CrO2-转变为CrO42-。
在实验3得到的CrO2-溶液中,加入少量所选择的
氧化剂,水浴加热,观察溶液颜色的变化,写出反
应方程式。
反应方程式如下: 2CrO2-+3H2O2+2OH-=2CrO42-+4H2O 现象:绿色溶液变为黄色。 总结:CrO2-中的Cr(Ⅲ)具有还原性,被氧化为Cr(VI) CrO42该转化常在碱性介质中进行。
反应方程式如下: 2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+ MnO2+SO32-+2H+=MnSO4+H2O 现象:紫色褪去,生成棕色MnO2沉淀。MnO2沉淀溶解,得无色溶 液。 总结:MnO2具有氧化性。
(2)在盛有少量(米粒大小)二氧化锰固体的试管
中加入2mL浓硫酸,加热,观察反应前后颜色。有
(1)Mn2+氧化
试验硫酸锰和次氯酸钠溶液在酸、 往硫酸锰溶液中滴加
碱性介质中的反应。比较Mn2+在何介质中易氧化。
(2)硫化锰的生成和性质
饱和硫化氢溶液,有无沉淀产生?若用硫化钠溶
液代替硫化氢溶液,又有何结果?请用事实说明 硫化锰的性质和生成沉淀的条件。
2.二氧化锰的生成和氧化性
(1)往盛有少量0.1 mol· L-1KMnO4溶液中,逐滴加入0.5 mol· L-1MnSO4溶液,观察沉淀的颜色。往沉淀中加入1 mol· L-1H2SO4溶液和0.1 mol· L-1Na2SO3溶液,沉淀是否 溶解?写出有关反应方程式。
反应方程式如下:
2VO4-+2H+=V2O74-+H2O
3 V2O74-+6H+=2V3O93-+3H2O
现象:
pH值降低,溶液颜色由黄色(VO4-),生成红 棕色(缩合物)
三、铬的化合物的重要性质
1.铬(Ⅵ)的氧化性 Cr2O72-转化为Cr3+, 在约5mL重铬酸钾溶液中,加入少量所选择的还原剂,观察 溶液颜色的变化,(如果现象不明显,该怎么办?)写出反应方 程式(保留溶液供下面实验3用)。 反应方程式如下: Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O Cr2O72-+2SO32-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O 现象:溶液颜色由橙红色变为绿色。 总结:Cr2O72-在酸性介质中,具有氧化性。
现象:
红橙色Cr2O72-溶液,分别生成黄色PbCrO4、 黄色BaCrO4、砖红色Ag2CrO4沉淀; 黄色CrO42-溶液,分别生成黄色PbCrO4、黄 色BaCrO4、砖红色Ag2CrO4沉淀。
四、锰的化合物重要性质
1.氢氧化锰(Ⅱ)的生成和性质 取10mL0.2 mol· L-1MnSO4溶液分成四份: 第一份:滴加0.2 mol· L-1NaOH溶液NaOH溶液, 观察沉淀的颜色。振荡试管,有何变化? 第二份:滴加0.2 mol· L-1NaOH溶液NaOH溶液, 产生沉淀后加入过量的NaOH溶液,沉淀是否 溶解?
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