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实验二十 四 第一过渡系元素 ( 一 )( 钛、钒、铬、锰 )

实验二十 四 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 P 179 。 [ 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

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实验二十 四 第一过渡系元素 ( 一 )( 钛、钒、铬、锰 )

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Presentation Transcript

  1. 实验二十四 第一过渡系元素(一)(钛、钒、铬、锰)

  2. [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。

  3. [实验用品]见教材P179。 • [基本操作] • 沙浴加热，参见第三章三。

  4. [实验内容]

  5. 一、钛的化合物的重要性质

  6. 1.二氧化钛的性质和过氧钛酸根的生成 • 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。

  7. 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 • TiO2++H2O2=[TiO(H2O2)]2+

  8. 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。

  9. 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。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。 • 反应方程式如下： • TiO2+2NaOH=Na2TiO3+H2O • Na2TiO3+2H2SO4(浓)= TiOSO4+Na2SO4+2H2O • TiO2++H2O2=[TiO(H2O2)]2+

  10. 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。

  11. 反应方程式如下： • 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。

  12. 二、钒的化合物的重要性质

  13. 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。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。

  14. 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？

  15. 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，加入少量蒸馏水，观察溶液颜色。

  16. 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

  17. 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。

  18. 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。

  19. 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V5+→V4+→V3+→V2+，其颜色变化为黄→兰→绿→紫。

  20. 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。

  21. 反应方程式如下： • VO3-+H2O2=[VO2（O2）2]3++H2O • [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。

  22. 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。

  23. 现象： • 依pH值的降低，溶液颜色由黄变红，不断加深。

  24. 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。

  25. 2VO43-+2H+=2HVO42-=V2O74-+H2O pH≧13 • 3V2O74-+6H+=2V3O93-+3H2O pH≧8.4 • 10V3O93-+12H+=3[V10O28]6-+6H2O 8﹥pH﹥3

  26. 此后不再缩合，加酸 • [V10O28]6-+H+=[HV10O28]5- • [HV10O28]5-+H+=[H2V10O28]4- • pH=2时，有V2O5水合物的红棕色沉淀析出 • pH=1时，[H2V10O28]4-+14H+=10VO2++8H2O

  27. （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。

  28. 反应方程式如下： • [H2V10O28]4-+14H+=10VO2++8H2O • 加NaOH平衡向左移动 • 现象：溶液由黄色（NO2+）变为红棕色（[H2V10O28]4-），溶液的pH值为2。

  29. （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。

  30. 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

  31. [思考题] • 将上面实验（2）、（3）和（1）中的现象加以对比，总结出钒酸盐缩合反应的一般规律。

  32. 三、铬的化合物的重要性质

  33. 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)。

  34. 反应方程式如下： • Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O • Cr2O72-+2SO32-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O

  35. 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。

  36. [思考题] • 1. 转化反应须在何种介质（酸性或碱性）中进行？为什么？ • 2.从电势值和还原性被氧化后产物的颜色考虑，选择哪些还原剂为宜？如果选择亚硝酸钠溶液可以吗？

  37. 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

  38. 现象：加H+，黄色溶液变为橙红色，加碱，橙红色溶液变为黄色。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。

  39. [思考题] • （1）取少量Cr2O72-溶液，加入你所选择的试剂使其转变为CrO42-。 • （2）在上述CrO42-溶液中，加入你所选择的试剂使其转变为Cr2O72-。 • Cr2O72-与CrO42-在何种介质中可相互转化？

  40. 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。

  41. 反应方程式如下: • Cr3++3OH-=Cr(OH)3 • 加H+ Cr(OH)3+3H+=Cr3++3H2­O • 加OH- Cr(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。

  42. 将所得沉淀物分成两份，分别试验与酸、碱的反应，观察溶液的颜色，写出反应方程式。将所得沉淀物分成两份，分别试验与酸、碱的反应，观察溶液的颜色，写出反应方程式。

  43. 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。

  44. 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。

  45. [思考题] • 1.转化反应须在何种介质中进行？为什么？ • 2.从电势值和氧化剂被还原后产物的颜色考虑，应选择哪些氧化剂？3%H2O2溶液可用否？

  46. 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。

  47. 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。

  48. 现象：红橙色Cr2O72-溶液，分别生成黄色PbCrO4、黄色BaCrO4、砖红色Ag2CrO4沉淀；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。

  49. [思考题] • 试总结Cr2O72-和CrO42-相互转化的条件及它们形成盐的溶解性大小。

  50. 四、锰的化合物重要性质

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