ОЛІМПІАДА З НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇinorgchem.nuph.edu.ua/wp-content/uploads/2019/03/VIB-VIIIB.pdf · 4 Загальна характеристика d -Елементи–містять

Шановні студенти!

ОЛІМПІАДА

З НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇвідбудеться у четвер,

4 квітня 2019 р. о 1500

на кафедрі неорганічної хімії

(вул. Валентинівська, 4)

d-Елементи

Co(NO3)2 K2Cr2O7 K2CrO4 NiCl2 CuSO4 KMnO4

d-Елементи

KMnO4Fe(SCN)3

K2Cr2O7

K2CrO4

K2[Cu(SCN)4]

CuSO4

[Cu(NH3)4]SO4

4

Загальна характеристика

d -Елементи – містять валентні електрони на (n–1)d ns-підрівнях, входять до побічних (IВ – VIIIВ) підгруп.

d-Елементів – 37 із 110.

21.03.2019

5

Положення у ПС

Групи та електронні формули d-елементів, характерні С.О.

IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB

Sc3d14s2

3

Ti3d24s2

2 – 4

V3d34s2

2 – 5

Cr3d54s1

1 – 6

Mn3d54s2

2 – 7

Fe3d64s2

2 – 6

Co3d74s2

2 – 4

Ni3d84s2

2 – 4

Cu3d104s1

1 – 3

Zn3d104s2

2

Y4d15s2

3

Zr4d25s2

3, 4

Nb4d45s1

3 – 5

Mo4d55s1

2 – 6

Tc4d55s2

2 – 7

Ru4d75s1

1 – 8

Rh4d85s1

1 – 6

Pd4d105s0

2 – 5

Ag4d105s1

1, 2

Cd4d105s2

2

La5d16s2

3

Hf5d26s2

3, 4

Ta5d36s2

3 – 5

W5d46s2

6

Re5d56s2

2 – 7

Os5d66s2

1 – 8

Ir5d76s2

1 – 6

Pt5d96s1

2 – 6

Au5d106s1

1, 3, 5

Hg5d106s2

1, 2

Ac6d17s2

3

Rf6d27s2

-

Db6d37s2

-

Sg6d47s2

-

Bh6d57s2

-

Hn6d67s2

-

Mt6d77s2

-- - -

21.03.2019

6

4. Характерний широкий діапазон зміни С.О. і, як наслідок, кислотно-основних і окисно-відновних властивостей.

Особливості d-елементів

6. Зі зростанням радіуса і заряду іона кислотні властивості посилюються.

1. Мало валентних електронів, делокалізованих по кристалу – усі тверді (крім Hg) і тугоплавкі (крім Zn, Cd).

2. Схильні до комплексоутворення (як правило, комплексизабарвлені і парамагнітні).

5. У періоді, при зростанні Z відновні властивості зменшуються (min. у IВ). Метали VIIIВ і IВ завдяки інертності – шляхетні.

3. Утворюють сполуки змінного складу – бертоліди(оксиди, гідриди, карбіди, силіциди, нітриди, бориди).

21.03.2019

Елементи

VIB групи

821.03.2019

9

Загальна характеристика групи

Елемент Cr Mo W

Заряд ядра 24 42 74

Ел. конф. 3d54s1 4d55s1 4f145d46s2

R(ат.), пм. 127 139 140

І1, еВ 6,77 7,10 7,98

І2, еВ 15,50 16,15 17,70

І6, еВ 90,6 68,0 60,9

χ 1,56 1,30 1,40

С.О. 2, 3, (4), (5), 6 2 – 6 (2), (3), (4), 5, 6

Т.пл., 0С 1860 2620 3410

Т.кип., 0С 2680 4630 5700

d, г/см3 7,23 10,22 19,30

Е0(М3+/М0), В -0,74 -0,20 -0,1121.03.2019

10

Хром

✓ Хром (гр. χρωμα – колір) – яскраве забарвлення сполук.

✓ 1766 р. – біля Єкатеринбурга знайдено мінерал«сибірський червоний свинець», PbCrO4 (крокоїт).

✓ Мінерали – хроміт (FeO·Cr2O3), крокоїт (PbCrO4).

✓ 1797 р. – Л.Н. Воклен (Фр.) виділив з крокоїту хром.

21.03.2019

✓ 0,02% у земній корі.

11

Хром

Мінерали родини гранатів.

Уваровіт

Аквамарин Олександрит

Рубін

21.03.2019

12

Електронна будова

Перехід електрону з 4s- на 3d-підрівень: 3d54s1:

4s1⎯ ⎯ ⎯

3d5

⎯ ⎯

⎯

Cтійка електронна конфігурація

4s2⎯ ⎯ ⎯

3d4

⎯ ⎯

⎯

⎯

21.03.2019

13

Можливі С.О.: 0, +2, +3, +4, +6Електронна формула в основному стані: 3d54s14p0

Хром. Хімічні властивості

С.О. Оксид Гідроксид ХарактерФорми, які

переважаютьу розчинах

Примітки

+2CrO

(чорний)Cr(OH)2 основний

Cr2+

(солі блакитного кольору)

дуже сильний

відновник

+3Cr2O3

(зелений)Cr(OH)3 амфотерний

Cr3+

(солі зелені або лілові)[Cr(OH)4]-

(зелений)

найстій-кішийС.О.

+6CrO3

(червоний)H2CrO4

H2Cr2O7

кислотний

CrO42-

(хромати, жовті)Cr2O7

2- (дихромати,помаранчеві)

перехід залежить

від рН

21.03.2019

14

1. За н.у. пасивується к. H2SO4 i к. HNO3, царською водою,не розчиняється в лугах.


3. Окиснюється у лужному розплаві (400 0С):Cr + 3KNO3 + 2KOH =K2CrO4 + 3KNO2 + H2O

2Cr + 6H2SO4(к.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

10Cr + 36HNO3(р.) = 10Cr(NO3)3 + 3N2 + 18H2O

4Cr + 12HCl + 3O2 = 4Cr+3Cl3 + 6H2O

Cr + 2HCl = Cr+2Cl2 + H2 (без О2)

2. Розчиняється у кислотах:

21.03.2019

✓ окисниках (HNO3 р., H2SO4 к.) (t, 0C):

✓ неокисниках (HCl, H2SO4 р.):

15

4. Окиснюється парою води (900 0С):2Cr + 3H2O = Cr2O3 + 3H2


2Cr + N2 = 2CrN

2Сr + 3S = Cr2S3

7. З іншими неметалами при нагріванні:

6. З киснем (400 0С):4Cr + 3O2 = 2Cr2O3

5. З галогенами (t, 0C, завжди CrX3):2Cr + 3X2 = 2CrX3

21.03.2019

16

Сполуки хрому (0)

1. Карбоніл (безбарвний):CrCl3 + 6CO + Al = [Cr(CO)6] + AlCl3

Cr(CO)6 = Cr + 6CO (200 0C)

2. Дибензенохром (коричневий):CrCl3 + Al + 2C6Н6 = Cr(C6Н6)2 + AlCl3

21.03.2019

17

Сполуки хрому (ІІ)

1. Одержання:

б) окиснення:4CrO + О2 = 2Cr2O3

а) диспропорціювання (700 0С):3CrO = Cr2O3 + Cr

2. Хімічні властивості:

б) відновлення Cr2O3:H3PO2 + 2Cr2O3 = 4CrO + H3PO4

а) окиснення амальгами:2CrHg + O2 = 2CrO + 2Hg

Оксид CrO (чорний).

21.03.2019

18

Сполуки хрому (ІІ)

Гідроксид Cr(OH)2 і солі.

3. Окиснення (Е(Cr3+/Cr2+) = –0,41 В):

2. Тільки основні властивості:Cr(OH)2 + 2HCl = CrCl2 + H2O

[Cr(H2O)6]2+ – блакитний

1. Одержання (без О2) із солей:2Cr3+Cl3 + Zn = 2Cr2+Cl2 + ZnCl2

Cr2+Cl2 + 2NaOH = Cr2+(OH)2 + 2NaCl

2Cr2+Cl2 + 2HCl = 2Cr3+Cl3 + Н2

2Cr2+SO4 + 2H2O = 2Cr3+(ОН)SO4 + Н2

21.03.2019

19

Сполуки хрому (ІІІ)

Найстійкіший С.О.

Подвійні сульфати MCr(SO4)2·12H2O (галуни)

Амфотерні Cr2O3 і Cr(OH)3 (обидва зелені).

Сполуки: – брудно-лілові ([Cr(H2O)6]3+)

– зелені (аніонні комплекси).

21.03.2019

20


Одержання Cr2O3 (t, 0C):(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O

б) з лугами у розчині:Cr2O3 + 4NaOH + 3Н2О= 2Na2Сr(OH)6

а) з кислотами:Cr2O3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3Н2О

Cr2O3 + 6H+ + 9H2O = 2[Cr(H2O)6]3+

1. амфотерність:Хімічні властивості:

[Cr(H2O)6]3+

фіолетовий (рН < 5)[Cr(OH)6]3–

зелений (рН > 11)

d2sp3 –октаедричні, парамагнітні

2Cr(OH)3 = Cr2O3 + 3H2O

21.03.2019

21

Хімічний вулкан

(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O21.03.2019

22


4. Окиснення в розплаві – хромати:Cr+3

2O3 + 3KNO3 + 2Na2CO3 = 2Na2Cr+6O4 + 3KNO2 + 2CO2

Na O Cr O

2. З твердими лугами у розплаві – хроміти:Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2OCr2O3 + Na2CO3 = 2NaCrO2 + CO2

3. Сплавлення з лугами на повітрі – хромати:Cr+3

2O3 + 8NaOH + 3O2 = 4Na2Cr+6O4 + 4H2O

5. Алюмотермія:Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr

21.03.2019

23


Хімічні властивості:

3. При стоянні:Cr(OH)3 = CrO(OH) + H2O

2. Окиснення у лужному середовищі:2Na3[Cr(OH)6] + 3H2O2 = 2Na2CrO4 + 2NaOH + 8H2O

Одержання Cr(OH)3:Cr3+ + 3NH3 + 3H2O = Cr(OH)3 + 3NH4

+

Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3

1. У розчинах лугів – гідроксокомплекс:Cr(OH)3 + KOH + 2H2O= K[Cr(OH)4(Н2О)2]

21.03.2019

24


Гідроліз солей хрому (ІІІ):

Сr3+ + H2O Cr(OH)2+ + H+

Сумісний гідроліз солей хрому (ІІІ):

2Сr3+ + 3СО32– + 3H2O 2Cr(OH)3 + 3СО2

21.03.2019

Сумісний гідроліз – взаємодія водних розчинів двох солей, якіпідсилюють гідроліз одна одної.

2CrCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Cr(OH)3 + 3CO2 + 6NaCl

рН = 7

25

Сполуки хрому (ІІІ). Ідентифікація

який окиснюється H2O2 до жовтого CrO42–:

Надл. лугу із солями хрому (ІІІ) – зелений [Cr(OH)6]3–:

Cr3+ + 6OH– = [Cr(OH)6]3–,

2[Cr(OH)6]3– + 3H2O2 = 2CrO42– + 2OH– + 8H2O

зелений жовтий

– 3 ҧ𝑒 + [Cr(OH)6]3– + 2OH– CrO4

2– + 4H2O

+ 2 ҧ𝑒 + H2O2 2OH–

2

3

21.03.2019

26

Комплексні сполуки хрому (ІІІ)

21.03.2019

27

Сполуки хрому (VІ)

CrO3 – хроматний ангідрид.

2. Кислотний оксид:

1. Одержання:Na2Cr2O7 + H2SO4 = 2CrO3 + Na2SO4 + H2O

4. Окисник:4CrO3 + 3S = 2Cr2O3 + 3SO2

3. Розкладання (250 0С):4CrO3 = 2Cr2O3 + 3O2

CrO3 + KОH = K2СrO4 + Н2О

H2CrO4H2Cr2O7 H2Cr3O10H2O

CrO3 CrO3 CrO3 CrO3 H2Cr4O13

nCrO3·mH2O (n m, n = 1 4)

21.03.2019

28


Хроматна кислота.H2CrO4 = H+ + HCrO4

-

HCrO4- = H+ + CrO4

2-

рКа1 = -0,61, рКа2 = 6,49

Дихроматна кислота.2HCrO4

- = Cr2O72- + Н2О,

рК = -2,2

Рівновага хромат-дихромат:2CrO4

2- + 2H+ = Cr2O72- + Н2О

Солі – хромати.

Солі – дихромати.

Cr2O72- + OH- = CrO4

2- + Н2О 21.03.2019

29

Рівновага дихромат-хромат

2CrO42- + 2H+ = Cr2O7

2- + Н2О

Cr2O72- + OH- = CrO4

2- + Н2О

21.03.2019

30

Окисні властивості

Окисні властивості більш виражені при рН < 7.

рН < 7: Cr2O7

2− + 14H+ + 6e− = 2Cr3+ + 7H2O;Е = +1,33В

рН > 7:CrO4

2− + 4H2O + 3e− = [Cr(OH)6]3− + 2OH−;Е = –0,16В

FeSO4 + K2CrO4

6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

21.03.2019

ЕРС = Е(Сr2O72-/2Cr3+) – Е(Fe3+/Fe2+) = 1,33В – 0,77В = 0,56В

ЕРС = Е(СrO42-/Cr3+) – Е(Fe3+/Fe2+) = –0,16В – 0,77В = –0,93В

31

Сполуки хрому (VІ). Ідентифікація

L = H2O, Et2O, Py …

З Н2О2 – блакитний розчин:

2Ag+ + CrO42− = Ag2CrO4 – червоний осад

Pb2+ + CrO42− = PbCrO4

Ba2+ + Cr2O72− + H2O = BaCrO4 + 2H+

Ba2+ + CrO42− = BaCrO4

4CrO5 + 6H2SO4 = 2Cr2(SO4)3 + 7O2 + 6H2O

K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 = 2CrO5 + K2SO4 + 5H2O

потім стає зелений:

Cr

O

OOO

O L

21.03.2019

32


K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 = 2CrO5 + K2SO4 + 5H2O

4CrO5 + 6H2SO4 = 2Cr2(SO4)3 + 7O2 + 6H2O21.03.2019

Елементи

VIIB групи

3421.03.2019

35


Mn Tc Re

Електронна конфігурація

Ar3d54s2 Kr4d55s2 Xe4f145d56s2

Радіус, пм 130 136 137

І1, еВ 7,44 7,28 7,88

І2, еВ 15,64 15,26 16,71

χ 1,60 1,36 1,46

С.О.0, +2, +3, +4, +5,

+6, +70, +2, +3, +4,

+6, +70, +2, +3, +4,

+5, +6, +7

Т. пл., 0С 1245 2200 3180

Т. кип., 0С 2080 4600 5900

d, г/см3 7,43 11,49 21,03

Е0 (Мn+/M0), В - 1,18 (n = 2) + 0,4 (n = 2) + 0,3 (n = 3)21.03.2019

36

Манган

родохрозит (марганцевий шпат) MnCO3 (47,8% Mn).

Манган (гр. μαυγάυμι – «добре знебарвлюю») – через окисні властивості сполук.

Вперше металічний Mn одержав Й. Ґ. Ган (1774 р.):

MnO2 + 2C = Mn + 2CO

Мінерали:піролюзит MnO2·xH2O (63,2% Mn);

Електронна формула: 3d54s2: 4s2⎯ ⎯ ⎯

3d5

⎯ ⎯

⎯

21.03.2019

37

Манган. Хімічні властивості

1. Не реагує з лугами, к. HNO3, Н2 (гідриди невідомі).

3Mn + 8HNO3(р.) = 3Mn(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Mn + 2H2SO4(к.) = MnSO4 + SO2 + 2H2O

5. З кислотами-окисниками:

Mn + Cl2 = MnCl23Mn + 2O2 = Mn3O4

3Mn + N2 = Mn3N2

4. З неметалами (t, 0C ):

3. З парою Н2О:Mn + 2H2O = Mn(OH)2 + H2

2. З кислотами-неокисниками:Mn + 2HCl = MnCl2 + H2

21.03.2019

38

Сполуки мангану 0, –1

2Mn+2Cl2 + 10CO + 4NaOH = Mn02(CO)10 + 4NaCl + 2H2O

2Na[Mn(CO)5] + H3PO4 = HMn(CO)5 + NaH2PO4слабка кислота

Mn02(CO)10 + 2Na = 2Na[Mn-1(CO)5]

21.03.2019

39

Оксиди мангану

Одержання MnO:MnO2 + H2 = MnO + H2OMnO2 + CO = MnO + CO2

МnСО3 = MnO + CO2

кислотний основний

Типовий основний оксид.

21.03.2019

40

Сполуки мангану (ІІ)

4. Аналогія Mn2+ та Mg2+:MnSO4 + (NH4)2HPO4 + NH3H2O =

= NH4MnPO4 + (NH4)2SO4 + H2O

1.Одержання солей:2Mn+4O2 + 2H2SO4(70%) = 2Mn+2SO4 + O2 + H2O

Mn + 2HCl = Mn+2Cl2 + H2

2. Mn(OH)2 – сильна основа:MnCl2 + 2NaOH = Mn(OH)2 + 2NaCl

Mn(OH)2 + 2CH3CO2H = Mn(CH3CO2)2 + 2H2O

3. Відновні властивості (t, 0C):3Mn+2SO4 = Mn3O4 + 3SO2 + O2

Mn+2(NO3)2 = MnO2 + 2NO2

2Mn+2(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2

21.03.2019

41

Оксид мангану (ІV)

3. Відновлення (100 °C):2KMnO4 + 2H2 = MnO2 + K2MnO4 + 2H2O

MnO2 – темно-коричневий порошок, нерозчинний у воді.

Мінерал піролюзит.

Одержання в лабораторії з KMnO4:

1. Розкладання (t, 0C):2KMnO4 = MnO2 + K2MnO4 + O2

2. З H2O2:2KMnO4 + H2O2 = 2MnO2 + 2KOH + 2O2

21.03.2019

42

Термічне розкладання KMnO4

2KMnO4 = MnO2 + K2MnO4 + O221.03.2019

43

Сполуки мангану (ІV). Хімічні властивості

5. Каталізатор розкладання Н2О2:2H2O2 = 2H2O + O2

1. За н.у. MnO2 інертний. Окисник (t, 0C):

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O 2MnO2 + 2H2SO4 = 2MnSO4 + O2 + 2H2O

2. Відновник:3MnO2 + KClO3 + 6KOH = 3K2MnO4 + KCl + 3H2O

3. Солі:3MnSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4(к.) = 5Mn(SO4)2 + K2SO4 + 8H2O

Mn(SO4)2 + 2Н2О = MnO2 + 2H2SO4 – гідроліз

4. Сплавлення з лугами – манганіти:MnO2 + CaO = CaMnO3

21.03.2019

44

Сполуки мангану (VI)

2KMn+7O4 = K2Mn+6O4 + Mn+4O2 + O2

1. Диспропорціювання:3K2Mn+6O4 + 2H2O = 2KMn+7O4 + Mn+4O2 + 4KOH

✓ Одержання манганатів (VI):

2Mn+4O2 + 4KOH + O2 = 2K2Mn+6O4 + 2H2O

4KMn+7O4 + 4KOH = 4K2Mn+6O4 + O2 + 2H2O

2KMn+7O4 + 2KI = 2K2Mn+6O4 + I2

✓ Хімічні властивості манганатів (VI):

2. Окисні властивості:4K2Mn+6O4 + K2S + 4H2O = 4Mn+4O2 + 8KOH + K2SO4

3K2Mn+6O4 + 2CO2 = 2KMn+7O4 + Mn+4O2 + 2K2CO3

21.03.2019

45

Сполуки мангану (VII)

Одержання манганатів (VII):

Ангідрид Mn2O7:2KMnO4 + 2H2SO4 = Mn2O7 + H2O + 2KHSO4

Солі – перманганати – сильні окисники.

HMnO4 – дуже сильна нестійка кислота:4HMnO4 = 4MnO2 + 3O2 + 2H2O

3K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl

2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 2PbSO4 + 3Pb(NO3)2 + 2H2O

2. Дія сильних окисників на Mn2+:

1. Підкислення манганатів (VI):3K2MnO4 + 3H2SO4 = 2HMnO4 + 3K2SO4 + MnO(OH)2 + H2O

21.03.2019

46

Сполуки мангану (VII)

2KMnO4 + 2H2SO4 = Mn2O7 + H2O + 2KHSO421.03.2019

47

Калій перманганат

4. Конпропорціювання:3Mn+2SO4 + 2KMn+7O4 + 2H2O = 5Mn+4O2 + K2SO4 + 2H2SO4

2. З лугами:4KMn+7O4 + 4KOH = 4K2Mn+6O4 + 2H2O + O2

3. Диспропорціювання (t, 0C):2KMn+7O4 = K2Mn+6O4 + Mn+4O2+ O2

Хімічні властивості.

1. З к. H2SO4:2KMnO4 + 2H2SO4 = 2KHSO4 + Mn2O7 + H2O

Тільки окисник!

21.03.2019

4821.03.2019

49


безбарвнийрозчин

коричневийосад

зеленийрозчин

MnO4–

фіолетовийрозчин

+ 8Н+ + 5 ҧ𝑒

+ 2Н2O + 3 ҧ𝑒

Mn2+ + 4H2O

MnO2 + 4OH–

MnO42–+ ҧ𝑒

pH < 7

pH = 7

pH > 7

Eo = 1,51В

Eo = 0,60В

Eo = 0,56В

21.03.2019

5021.03.2019

51


2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 6Na2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O

2. pH < 7:

1. KMnO4.

21.03.2019

2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O = 3Na2SO4 + 2MnO2 + 2KOH

3. pH = 7:

2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH = Na2SO4 + 2K2MnO4 + H2O

4. pH > 7:

1 2 3 4

52

2. (NH4)2S – осад тілесного кольору, розч. у кислотах:Mn2+ + S2− = MnS

Ідентифікація Mn2+

1. Луги – білий осад:Mn2+ + 2OH− = Mn(OH)2

3. Н2О2 (ОН–) – темно-бурий осад:Mn2+ + H2O2 + 2OH− = MnO(OH)2 + H2O

4. PbO2 (HNO3(к.), t, 0C) – малинове забарвлення розчину:

2Mn2+ + 5PbO2 + 4H+ = 2MnO4− + 5Pb2+ + 2H2O

5. NaBiO3 або (NH4)2S2O8:

2MnSO4 + 5NaBiO3 + 16HNO3 == HMnO4 + 5Bi(NO3)3 + NaNO3 + 2Na2SO4 + 7H2O

21.03.2019

Тріада ФерумуЕлементи VIIIB групи.

21.03.2019 54

55

Елементи родини Феруму

Fе – ферум, Cо – кобальт, Ni – нікол

21.03.2019


Елемент Fe Co Ni

Заряд ядра 26 27 28

Ел. конф. 3d64s2 3d74s2 3d84s2

Rат., пм. 126 125 125

І1, еВ 7,87 7,86 7,64

І2, еВ 16,18 17,06 18,17

І6, еВ 99,5 102 108

χ 1,64 1,70 1,75

С.О. 2, 3, (4), 6 2, 3, (4) 2, (3), (4)

Т. пл., 0С 1539 1490 1453

Т. кип., 0С 2861 3100 2900

d, г/см3 7,87 8,90 8,90

Е0(М2+/М0), В -0,440 -0,277 -0,25721.03.2019 56

57

Ферум

✓ Ферум (лат. Firmus) – міцний.

✓ 5,2% у земній корі (ІІ місце серед металів після Al).

✓ Вартість міді, срібла, золота і заліза 1:160:1280:6400.

✓ Першим джерелом були метеорити,

✓ Відомий з ІХ – VII ст.

✓ які містили вільний Fe (25 – 90,85%).

21.03.2019

✓ Переможця спортивних ігор Ахіллеса нагородили шматком заліза і шматком золота (Гомер, “Одисея”).

58

Ферум. Мінерали

Бурий залізняк (лимоніт)

2Fe2O3·3H2O

Залізний колчедан (пірит)

FeS2

Магнітний залізняк(магнетит) Fe3O4

(або FeO·Fe2O3; Fe(FeO2)2)

Червоний залізняк (гематит)

Fe2O3

Залізний шпат (сидерит)

FeСO321.03.2019

59

Кобальт

✓ Відомий з XV ст. до н.е.

21.03.2019

✓ У земній корі 0,002%.

✓ Виділив Г. Брандт (Швеція, 1735 р. ).

✓ Кобальт (нім. Kobold) – злий гном, який псував руду.

КобальтитCoAsS

60

Нікол

✓ Виділив А. Кронштедт (1751 р.)

21.03.2019

✓ Нікол (від Nicolaus) – злий карлик, який псував у Саксонії мідну руду (Kupfernickel).

НікелінNiAs

✓ У земній корі 0,02%.

61

Одержання металів

1. Доменний процес:Fe2O3 + CO = Fe + CO2 (700 – 900 0C)

21.03.2019

3. Високочисте залізо:Fe(CO)5 = Fe + 5CO (200 0C)

2. Пряме відновлення:Fe3O4 + CH4 = 3Fe + CO2 + 2H2O (1000 0C)

У печі об’ємом 2000 м3 за 1 добу використовують:✓ 7000 т агломерату,✓ 2000 т коксу,✓ одержують 4000 т чавуну (2,5 т/хв).

-Fe768 0C

-Fe912 0C

-Fe1394 0C

-Fe1539 0C

Fe(р.)

62

I. З простими речовинами (t, 0C) :

Хімічні властивості

21.03.2019

Fe + H2

3Fe + C = Fe3C (цементит – лише Fe)

2Fe + 3X2 = 2FeX3 (FeI2)

4Fe + 6O2 = 2Fe2O3 (Co3O4, NiO)

СоX2 (СoF3), NiX2

Fe + 2S = FeS2 (Ni2S3)

63


1. Не реагують за н.у. з к. H2SO4, к. HNO3, “царською водою”, лугами.

5. З водними розчинами солей (правіше у РСЕП):

21.03.2019

2Fe + 6H2SO4(р.) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (t. кип.)

10Fe + 36HNO3(р.) = 10Fe(NO3)3 + 3N2 + 18H2O (Ni(NO3)2)

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (н.у.)

2. Розчиняються у кислотах:

II. Зі складними речовинами.

3. Kорозія (н.у.):

4. З парою води:

4Fe + 3O2 + 2H2O = 4FeО(OH)

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 (500 0С)

Fe0 + Cu2+SO4 = Fe2+SO4 + Cu0

64


21.03.2019

Fe + 4HNO3(p.) = Fe(NO3)3 + NО + 2H2O (t, 0C)

Сполуки Fe, Co, Ni (0)

Карбоніли:

Ni0

3d84s24p0

Гібридизація АО Ni0 – sp3

тетраедр, діамагнітний

21.03.2019

2Co + 8CO = Co2(CO)8 (150 0C, 35 атм.)

Fe + 5CO = Fe(CO)5 (200 0C, 20 атм.)

Ni + 4CO = Ni(CO)4 (35 0C)

⎯ ⎯

⎯ ⎯ ⎯

3d4s

4p⎯Ni0 ⎯ ⎯

COCO CO

65

CO

⎯

66

Оксиди Fe, Co, Ni (ІІ)

Оксид FeO CoO NiO

Т. пл., 0С 1369 1805 1984

Забарвлення чорний темно-зелений сіро-зелений

1. З простих речовин не одержують:Fe2O3 + H2 = 2FeO + H2O (або СО)

FeC2O4 = FeO + CO + CO2 (t, 0C)

21.03.2019

3. Окиснення:6FeO + O2 = 2Fe3O4 (600 0C)

2. Тільки основні властивості:FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O

67

Гідроксиди Fe, Co, Ni (ІІ)

1. Одержання:MSO4 + 2NaOH = M(OH)2 + Na2SO4 (M = Fe, Co, Ni)

21.03.2019

3. Окиснення:4Fe2+(OH)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe3+(OH)3

3Fe2+(OН)2 + 10HNO3 = 3Fe3+(NO3)3 + NO + 8H2O

2. Слабкі основи:Ni(OH)2 + H2SO4 = NiSO4 + 2H2O Co(OH)2 + 2KOH(к.) = K2[Co(OH)4]

Ni(OH)2Co(OH)2Fe(OH)2

68

Солі Fe, Co, Ni (ІІ)

1. Окиснення:10Fe2+SO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 =

= 5Fe3+2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

21.03.2019

69



= 5Fe3+2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

21.03.2019

70



= 5Fe3+2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

21.03.2019

3. Гідроліз за І ступенем:Fe2+ + H2O = FeOH+ + H+

2. Окиснювальне розкладання:2FeSO4 = Fe2O3 + SO3 + SO2 (t, 0C)

2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3

71

Комплексні сполуки Fe (ІІ)

1. Одержання:FeSO4 + 6KCN = K4[Fe(CN)6] + K2SO4

Fe2+

3d64s04p0

Гібридизація АО Fe2+ – d2sp3

октаедричний, діамагнітний

21.03.2019

⎯ ⎯

⎯ ⎯ ⎯

3d4s

4p⎯Fe2+ ⎯ ⎯

CN–CN–

CN– CN–CN–

⎯CN–

2. Будова:

3. Окиснення:K4[Fe(CN)6] + O2

2K4[Fe(CN)6] + Cl2 = K3[Fe(CN)6] + 2KCl

72

Комплексні сполуки Fe, Co, Ni (ІІ)

Ферроцен Fe(C5H5)2

FeCl2 + 2Na(C5H5) = Fe(C5H5)2 + 2NaCl

21.03.2019

π-комплекс!

73

Сполуки Fe, Co (ІІ, ІІІ)

1. Оксиди Fe3O4 i Co3O4: M3O4 = M2O3 + MO, феромагнітні.

MOO

MO

MO

21.03.2019

✓ окисниками:3Fe3O4 + 28HNO3 = 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

3. Взаємодія з кислотами:

2. Одержання (t, 0C):3Fe(OH)2 = Fe3O4 + H2 + 2H2O

6Со(NO3)3 = 2Со3O4 + 18NO2 + 5O2

✓ неокисниками:Fe3O4 + 8HCl = FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2OСо3O4 + 8HCl = 3СоCl2 + Cl2 + 4H2O

Оксид Fe (ІІІ)

Найстійкіший С.О. для Fe.

21.03.2019

в) карбонатами та лугами у розплаві (ферити):Fe2O3 + СО3

2– = 2FeO22– + CO2

Fe2O3 + 2ОH– = 2FeO22– + H2O

б) лугами у розчині:Fe2O3 + 6ОН–

(к.) + 6Н2О = 2[Fe(OH)6]3–

а) кислотами:Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O

2. Взаємодіє з:

1. Одержання Fe2О3 (t, 0C):2Fe(OН)3 = Fe2O3 + 3Н2ОFe2(SO4)3 = Fe2O3 + 3SO3

Fe2O3

74

75

Гідроксиди Fe, Co, Ni (ІІІ)

2CoSO4 + H2O2 + 4KOH = 2Co(OH)3 + 2K2SO4

21.03.2019 2NiOOH + 6HCl = 2NiCl2 + Cl2 + 4H2O

4Co(OH)3 + 4Н2SO4(р.) = 4CoSO4 + O2 + 10H2O

в) окисники:2Fe3+ + 2I– = 2Fe2+ + I2

б) розкладання (t, 0C):2Fe(OH)3= Fe2O3 + 3H2O

а) з кислотами:Fe(OH)3 + 3H+ = Fe3+ + 3H2O

1. Одержання:Fe3+ + 3OH– = Fe(OH)3

2. Хімічні властивості:

2NiSO4 + Br2 + 6KOH = 2NiOOH + 2KBr + 2K2SO4

76

Солі Fe, Co, Ni (ІІІ)

2. Гідроліз за І ступенем:[Fe(H2O)6]3+ + H2O = [Fe(OH)(H2O)5]2+ + H3O+

21.03.2019

3. Сумісний гідроліз:Fe2(SO4)3 + 3Na2S + 4H2O = 2FeOOH + 3Na2SO4 + 3H2S

Fe2(SO4)3 + 3Na2CO3 + H2O = 2FeOOH + 3Na2SO4 + 3CO2

1. Розкладання (t, 0C):Fe2(SO4)3 = Fe2O3 + 3SO3

Fe3+ + H2O = FeOH2+ + H+

4. Гідроліз феритів:FeO2

– + Н2О = FeOOH + OН–

77

Комплексні сполуки Fe (ІІI)

1. Одержання:Fe2(SO4)3 + 3Ba(CN)2 + 6KCN = 2K3[Fe(CN)6] + 3BaSO4

Fe3+

3d54s04p0

Гібридизація АО Fe3+ – d2sp3

октаедричний, парамагнітний

21.03.2019

⎯ ⎯

⎯ ⎯ ⎯

3d4s

4p⎯Fe3+ ⎯

CN–CN–

CN– CN–CN–

⎯CN–

2. Будова:

3. Відновлення:4K3[Fe+3(CN)6] + 4KOH(к.) = 4K4[Fe+2(CN)6] + 2H2O + O2

⎯

78

Сполуки Fe (VІ)

Тільки Fe!

1. Одержання фератів (t, 0C):

21.03.2019

2K2Fe+6O4 + 16HCl = 2Fe+3Cl3 + 3Cl2 + 8H2O

2K2Fe+6O4 + 2NH3 = 2Fe+3O(OH) + N2 + 4KOH

3. Окисники:

4Fe+6O42- + 6H2O = 4Fe+3OOH + 8OH- + 3O2

2. Гідроліз та ацидоліз:

Стійкі у лужних розчинах і розплавах.

Fe+3(OH)3 + 3Cl2 + 10KOH = 2K2Fe+6O4 + 6KCl + 8H2O

Fe2+3O3 + 3KNO3 + 4KOH = 2K2Fe+6O4 + 3KNO2 + 2H2O

4Fe+6O42- + 20H+ = 4Fe3+ + 10H2O + 3O2

79

Ідентифікація Fe2+ і Fe3+

21.03.2019

1. Fe3+ з SCN– – червоний осад:Fe3+ + 3SCN– = Fe(SCN)3

Fe(SCN)3 + 3SCN– = [Fe(SCN)6]3–

8021.03.2019

81

Ідентифікація Fe2+ і Fe3+

2. Fe3+ з K4[Fe(CN)6] – синій осад:[Fe2+(CN)6]4– + Fe3+ = Fe3+[Fe2+(CN)6]–

21.03.2019

3. Fe2+ з K3[Fe(CN)6] – синій осад:[Fe3+(CN)6]3– + Fe2+ = Fe2+[Fe3+(CN)6]–

1. Fe3+ з SCN– – червоний осад:Fe3+ + 3SCN– = Fe(SCN)3

берлінська лазур або турнбулева синь

Fe(SCN)3 + 3SCN– = [Fe(SCN)6]3–

82

Біологічна роль Fe

21.03.2019

✓ Fe в організмі 1·10–5 % (4 – 5 г),з них 60 –73% гемоглобін, цитохроми;

✓ нестача Fe – залізодефіцитна анемія (малокрівʼя);

✓ гемоглобін – перенос О2 і СО2 – Fe+2;

✓ добова потреба Fe 15 – 20 мг (рослинна і тваринна їжа);

83

Біологічна роль Fe

21.03.2019

✓ препарати Fe – протианемічні засоби:(FeSO4 + фолієва і аскорбіновакислота, вітаміни і вуглеводи).

84

Біологічна роль Co, Ni

21.03.2019

✓ Со – мікроелемент, впливає на білковий, жировий, вуглеводний і мінеральний обмін;

✓ вітамін B12 (ціанкобаламін) – синтез гемоглобіну, нестача – анемія;

N N

N N

C H 3 C H 3

C H 3

C H 3

H 3 C

H 3 C

H

H H

H

H 3 C H 3 C H

C H 2 – C H 2

C

N H 2

O

O

O = P – O – C H C H 2 H N C C H 2 C H 2

O C H 3 O H

H 2 C

H 3 C

C H 3

C o

N

N

O H

O

O

O

H 2 N – C – C H 2 – C H 2

O

H 2 N – C – C H 2

O

C H 2 – C – N H 2

O

C H 2 – C H 2 – C – N H 2

O

H 2 N – C – C H 2

+

C N _ A B

C D

85

Дякую

за увагу!

21.03.2019

Documents

ОЛІМПІАДА З НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇinorgchem.nuph.edu.ua/wp-content/uploads/2019/03/VIB-VIIIB.pdf · 4 Загальна характеристика d -Елементи–містять