Семинары (1) (791988), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Особенности химии технеция и рения1) Наиболее устойчива высшая степень окисления (+7).2) Окислительные свойства выражены слабее, чем у аналогичных соединений марганца.Сравните:2KMnO4 + 5H2S + 3H2SO4 = 5S + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O (ОВР),2KReO4 + 7H2S + H2SO4 = Re2S7 + K2SO4 + 8H2O (обменная реакция).3) Низкие степени окисления – нет простых солей – кластеры и кратные связиметалл – металл.10. ЗадачиНа семинаре. Напишите химические формулы гексафтороманганата(II) калия игексацианоманганата(II) калия и выполните следующие задания:а) изобразите энергетические диаграммы распределения d-электронов в рамках ТКП;б) рассчитайте эффективный магнитный момент для каждого из комплексов;в) сопоставьте термодинамическую устойчивость этих комплексов.81Домашнее задание1. Напишите уравнения реакций в соответствии с нижеприведенной схемой, установитенеизвестные вещества, укажите условия проведения реакций:PbO2, HNO3MnMn(NO3)2KOH, tCX1CO2, H2OX2KOH...H2SO4X3MnOOH…2.
Предложите способ получения K2[MnCl6] и K2MnO4, используя в качествеединственного источника марганца родохрозит MnCO3. Напишите уравнения реакций иукажите условия их проведения.Рекомендованная литератураА. А. Дроздов, В. П. Зломанов, Г. Н. Мазо, Ф. М. Спиридонов. Неорганическая химия. Т. 3:Химия переходных элементов. Книга 1. Под ред. Ю.Д.Третьякова М.: Издательский центр«Академия», 2004, с 254–339.Ю.Д. Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Н. Григорьев, А.Ю. Цивадзе.
Неорганическаяхимия. Т. 1. М.: Изд-во. МГУ; ИКЦ «Академкнига», 2007, с 371–419.Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк.; Академия, 2001, с618–630.Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон. Современная неорганическая химия. Т. 3. М.: Мир, 1969, с245–259, 389–409.Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон. Основы неорганической химии.
М.: Мир, 1979, с 464–468,502–504.82Семинар 11. Триада железа – 1План семинара1. Характеристика элементов2. Нахождение в природе3. Получение железа, кобальта, никеля4. Свойства простых веществ5. Соединения в степени окисления +26. Соединения в степени окисления +37. Соединения в степенях окисления +4 и +68. Коррозия железа и меры борьбы с ней9. Задачи1. Характеристика элементов26Fe27Co28Ni3d64s23d74s23d84s2электронная конфигурация1.261.251.24атомный радиус (Å)+2, +3, +4, +6+2, +3, +4+2, +3степени окисления0.771.92нет данныхE0 (M3+/M2+), В–0.44–0.28–0.26E0 (M2+/M), ВОсобенности химии элементов триады железа:а) относятся к 3d-металлам – характеризуются химической активностью, в рядунапряжения металлов стоят до водорода, реагируют с кислотами-неокислителями.б) разнообразие степеней окисления меньше, чем у марганца;в) при движении от Fe к Ni:уменьшение восстановительной активности металлов;уменьшение разнообразия степеней окисления;ростустойчивостисоединенийвстепениокисления+2иуменьшениеустойчивости соединений в степени окисления +3;уменьшение устойчивости соединений в высоких степенях окисления (+4, +6).832.
Нахождение в природеВстречаются в виде оксидов и сульфидов, редко – в свободном состоянии (метеоритноежелезо).Основные минералыЖелезо – сульфиды, оксиды, соли: FeS2 – пирит, Fe2O3 – гематит, Fe3O4 – магнетит,FeCO3 – сидерит, FeTiO3 – ильменит, оксиды железа входят в состав речного песка(рыжий цвет).Кобальт и никель – сульфиды и арсениды: CoAs2 – кобальтовый шпейс, CoAsS –кобальтовый блеск, NiS – никелевый колчедан.3. Получение железа, кобальта, никеля3.1. Получение железа – важнейший технологический процесс1) обжиг сульфидных руд до оксидовtC4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2;2) восстановление железа до металла.Классический способ – сначала чугун, потом сталь.tCа) Доменный процесс: FexOy (руда) + С (кокс) + CaCO3 (флюс) Fe (чугун) + CO + шлак(силикаты и другие соли кальция);Чугун – железо, содержащее углерод в различных формах (карбиды, сплавы,микровключения).б) Переплавка чугуна в сталь – окисление избыточного углерода продуванием воздуха:мартеновская печь или конвертер Бессемера (грушевидный реактор).Получается сталь – железо с меньшим содержанием углерода.Современный способ – прямое восстановление.Восстановители – метан либо водород:tCFe3O4 + CH4 = 2Fe + CO2 + 2H2OtCFe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O.3.2.
Получение кобальта и никеля – аналогично, но в меньших масштабах:1) обжиг сульфидов до оксидов (Co3O4 и NiO);2) восстановление до металлов (как правило, углем).3.3. Очистка металлов:а) с использованием карбонилов (Fe(CO)5, Co2(CO)8, Ni(CO)4);84б) электролитическое рафинирование (аналогично марганцу).4. Свойства простых веществРазбавленные кислоты-неокислители: M + 2H+ + 6H2O = [M(H2O)6]2+ + H2 (M = Fe, Co,Ni).Кислоты-окислители: только при нагревании (на холоду пассивация), окисление до Fe(+3)и M(+2) (M=Co, Ni).5. Соединения в степени окисления +2Особенности:а) восстановительные свойства характерны только для железа (+2);б) основные свойства гидроксидов уменьшаются от Fe(OH)2 к Ni(OH)2 из-за уменьшенияионного радиуса.Оксиды MOПолучение:FeC2O4 = FeO + CO + CO2 (нагревание в инертной атмосфере) – аналогия с MnO;CoCO3 = CoO + CO2 (нагревание в инертной атмосфере);NiO – термическое разложение солей кислородных кислот никеля (нитрата, карбоната) навоздухе.Таблица 11.1.
Формы существования элементов в степени окисления +2 в различныхсредахЭлементКислая средаНейтральная средаЩелочная средаFeCoNi[Fe(H2O)6]2+[Co(H2O)6]2+[Ni(H2O)6]2+бледно-зеленыйрозовыйяблочно-зеленыйFe(OH)2Co(OH)2Ni(OH)2белыйрозовый*яблочно-зеленый[Fe(OH)4]2–**[Co(OH)4]2–**зеленыйсинийNi(OH)2* – основные соли кобальта (например, Co(OH)Cl) синего цвета;** – сильнощелочная среда, в слабощелочной среде существует та же форма, что и внейтральной.Примечания:а) FeCO3 + H2O + CO2 = Fe(HCO3)2 – аналогия со ЩЗЭ;б) самое устойчивое соединение Fe(+2) – соль Мора (NH4)2Fe(SO4)2●6H2O.856. Соединения в степени окисления +3Особенности:а) окислительные свойства (резко растут от железа к кобальту и никелю);б) амфотерность гидроксидов.Получение:а) [Fe(H2O)6]3+ – самая распространенная форма железа, существует только в растворах сpH = 0 или ниже, при действии щелочи [Fe(H2O)6]3+ + 3OH– = Fe(OH)3 + 6H2O;б) Co(+3) и Ni(+3) – только специальные методы, небольшое число соединений:2M(OH)2 + 2NaOH + Br2 = 2MOOH + 2NaBr + 2H2O (M = Co, Ni),2CoSO4 + H2SO4 = Co2(SO4)3 + H2 (электролиз),2CoF2 + F2 = 2CoF3.Окислительная способность:Fe(+3) – мягкий окислитель: Fe2(SO4)3 +H2S = 2FeSO4 + S + H2SO4;Co(+3) – очень сильный окислитель, разлагает даже воду:4[Co(H2O)6]3+ + 2H2O = 4[Co(H2O)6]2+ + O2 + 4H+;Ni(+3) – простые соли вообще неизвестны.Таблица 11.2.
Формы существования элементов в степени окисления +3 в различныхсредахЭлементFe[Fe(H2O)6]3+Кислая средабледно-фиолетовыйCo[Co(H2O)6]3+*(бурый из-за гидролиза)Нейтральная и щелочная средасинийNi–Fe(OH)3CoOOHNiOOHбурыйкоричневыйчерный* – ионы существуют только в разбавленных сильно охлажденных растворах, легкоокисляют воду.Анионные формы [M(OH)6]3– образуются только для M = Fe или Co, причем в особыхусловиях (концентрированные щелочи).7. Соединения в степенях окисления +4 и +6Особенности (аналогия с MnO43– и MnO42–):а) очень сильные окислители;б) высокая степень окисления – только анионные формы (MO44– (M = Fe, Co), FeO42–),кислотные свойства, но простые оксиды и кислоты неизвестны;86в) понижение координационного числа – тетраэдрическая координация d-элемента.7.1.
Соединения M(+4)Получение:tC4Na3[M(OH)6] + 4NaOH + O2 = 4Na4MO4 + 14H2O (M=Fe, Co) (сильнощелочная среда).Свойства: диспропорционирование при разбавлении водой3Na4FeO4 + 8H2O = Na2FeO4 + 2Fe(OH)3 + 10NaOH.Ni(+4) – стабилизация в виде гетерополисоединений (стабилизация гетероатома внеустойчивойстепениокисления),например,молибдоникелат(IV)аммония(NH4)6[NiMo9O32]●6.5H2O.7.2. Соединения M(+6) – только для железа – ферратыПолучение:tC2Fe(OH)3 +3Br2 + 10KOH = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O (малиновая окраска);Fe + 2KOH + 2H2O = K2FeO4 + 3H2 (анодное окисление железа).Ферраты–структурныеаналогиманганатов,хроматовисульфатов(BaFeO4малорастворим в воде, как и BaSO4, BaCrO4 и BaMnO4).Очень сильные окислители, при подкислении разлагают даже воду:4K2FeO4 + 10H2SO4 = 2Fe2(SO4)3 + 3O2 + 4K2SO4 + 10H2O.8.
Коррозия железа и меры борьбы с нейКоррозия – самопроизвольное окисление железа под действием кислорода воздуха иводы:4Fe + 6H2O +3O2 = 4Fe(OH)3 – реальный состав ржавчины xFe2O3●yH2O.Меры борьбы:а) краски и антикоррозионные покрытия – механическая защита металла отпроникновения кислорода и влаги;б) добавление в сталь ингибиторов – веществ, замедляющих коррозию;в) покрытие слоем более активного металла (оцинкованное железо);г) протекторная защита (соединение с протектором из более активного металла – Mg, Al);д) электрохимическая защита (приложение внешнего потенциала, препятствующегосамопроизвольному протеканию процесса коррозии).9.
ЗадачиНа семинаре. Сравните продукты, которые образуются при взаимодействии:87а) FeSO4 + Na2CO3 и Fe2(SO4)3 + Na2CO3,б) FeSO4 + Na2S и Fe2(SO4)3 + Na2S.Напишите уравнения реакций.Домашнее задание1. Предложите способ выделения любых индивидуальных соединений хрома, марганца ижелеза из смеси твердых веществ K2CrO4, K2MnO4, K2FeO4. Напишите уравнения реакцийи укажите условия их проведения.2. Напишите уравнения реакций в соответствии с нижеприведенной схемой, установитенеизвестные вещества, содержащие никель, укажите условия проведения реакций:NiCl2 Ni(OH)2Br2, NaOHHNO3X1X2 NiO X3 Ni(CO)4O2, tC...Рекомендованная литератураА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
