ОЛІМПІАДА З НЕОРГАНІЧНОЇ...
TRANSCRIPT
Шановні студенти!
ОЛІМПІАДА
З НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇвідбудеться у четвер,
4 квітня 2019 р. о 1500
на кафедрі неорганічної хімії
(вул. Валентинівська, 4)
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
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.
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.
Хром. Хімічні властивості
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
Хром. Хімічні властивості
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
Сполуки хрому (ІІІ)
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
22
Сполуки хрому (ІІІ)
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
Сполуки хрому (ІІІ)
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
Сполуки хрому (ІІІ)
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
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
Сполуки хрому (VІ)
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
Сполуки хрому (VІ)
K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 = 2CrO5 + K2SO4 + 5H2O
4CrO5 + 6H2SO4 = 2Cr2(SO4)3 + 7O2 + 6H2O21.03.2019
35
Загальна характеристика групи
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
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
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
49
Калій перманганат
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
51
Калій перманганат
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
Загальна характеристика групи
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
Хімічні властивості
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
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
Солі Fe, Co, Ni (ІІ)
1. Окиснення:10Fe2+SO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 =
= 5Fe3+2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
21.03.2019
70
Солі Fe, Co, Ni (ІІ)
1. Окиснення:10Fe2+SO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 =
= 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–
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