Химические свойства ванадия

Задание 407

Ванадий получают алюминотермически или кальцийтермически восстановлением оксида ванадия(V) V₂O₅. Последний легко растворяется в щелочах с образованием метаванадатов. Напишите уравнения соответствующих реакций. Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.

Решение:

1. Уравнения реакций получения ванадия

а) V₂O₅ + Al =Al₂O₃  +V

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

5Al⁰  + 3V⁵⁺ = 3Al³⁺ + 3V⁰

Для получения молекулярного уравнения необходимо ионно-молекулярное уравнение  умножить на 2, получим:

3V₂O₅ + 10Al = 5Al2O₃  +6V
 а) V₂O₅ + Са  = СаО + V

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

5Ca⁰  + 2V⁵⁺ = 5Cа²⁺ + 2V⁰

Молекулярное уравнение реакции:

5Ca  + V2О5 = 5CаО + 2V

2. Уравнение реакции растворения ванадия в растворе щёлочи

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

4V  + 5О₂⁰ = 4V⁵⁺ + 10О²—

Молекулярное уравнение реакции:

4V  + 5О₂0 + 4KOH = 4KVO₃ + 2H₂O

Задание 408
Азотная кислота окисляет ванадий до метаванадиевой кислоты. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции.
Решение:

3. Уравнение реакции ванадия с азотной кислотой

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

3V  + 5N⁵⁺ = 3V⁵⁺ + 5N²⁺

Молекулярное уравнение реакции:

3V  + 5HNO₃  = 4HVO₃ + 5NO + H₂O

Задание 409
Какую степень окисления проявляет ванадий в соединениях? Напишите формулы оксидов ванадия, отвечающих этим степеням окисления. Как меняются кислот-но-основные свойства оксидов ванадия при переходе от низшей к высшей степени окисления. Составьте уравнения реакций: а) V₂O₃ с H₂SO₄; б) V₂O₅ с NаОН.
Решение:
Электронная конфигурация атома ванадия …3d³4s². Поэтому атомы ванадия могут отдавать два электрона с последнего уровня и три электрона – с предпоследнего, отсюда степень окисления ванадия может быть +2, +3, +4, +5. Наиболее устойчивы соединения ванадия со степенью окисления +5. Ванадий образует четыре оксида: VO, V₂O₃, VO₂, V₂O₅. VO и V₂O₃ – основные оксиды, VO₂ – амфотерный оксид, V₂O₅ – кислотный оксид. С повышением степени окисления атома ванадия кислотные свойства его оксидов усиливаются при переходе от низшей степени окисления к высшей степени окисления. 

Уравнения реакций

а) V₂O₃ с H₂SO₄

Как основной оксид V₂O₃ реагирует с кислотами с образованием соответствующей соли и воды:

V₂O₃ + 3H₂SO₄ = V₂(SO₄)₃ + 3H₂O

б) V₂O₅ с NаОН

Как кислотный оксид V₂O₃ реагирует с основаниями, образуя различные ванадаты:

V₂O₅ + 6NaOH = 2Na₂VO₄ + 3H₂O;
                                                                             ^{ортованадат                                                                                                                 натрия}                     

V₂O₅ + 4NaOH = Na₂V₂O₇ + 2H₂O;
                   ^{пированадат 
                                                                                                натрия}                                                                      3V₂O₅ + 6NaOH =  2Na₃V₃O₉    +    2H₂O.
                     ^{триметаванадат 
                             натрия}     

Задание 410
При внесении цинка в подкисленный серной кислотой раствор метаванадата аммония NH₄VO₃ желтая окраска постепенно переходит в фиолетовую за счет образования сульфата ванадия (II). Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции.
Решение:

Уравнение реакции цинка и метаванадата аммония

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

3Zn⁰  + 2V⁵⁺ = 3Zn²⁺ + 2V²⁺

Молекулярное уравнение реакции:

5Zn  + 2NH₄VО₃  + H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + 2VSO₄ + (NH₄)₂SO₄ + 6H₂O

Так как метаванадат аммония имеет жёлтую окраску, то при образовании в результате реакции сульфата ванадия (II) раствор станет фиолетовым.