实验二十四 第一过渡系元素(钛、钒、铬、锰).ppt

1、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P179。 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 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。,反应方程式如下： TiO2+2H2SO4(浓)=Ti(SO4)2+2H2O Ti(SO4)2易水解

2、，实际得到TiOSO4白色粉末 TiO2+H2O2=TiO(H2O2)2+,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。,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+,2.钛（）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

3、氯化钛和1molL-1(NH4)2SO4按11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 molL-1CuCl2溶液，观察现象。由上述现象说明钛（）的还原性。,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。,二、钒的化合物的重要性质,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。,在第一份固体中，假如1 mL浓H2SO4振荡，放置。

4、观察溶液颜色，固体是否溶解？在第二份固体中，加入6 molL-1NaOH溶液加热。有何变化？,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。,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)pH7 (4)V2O5+6HCl=2VoCl2+Cl2+3H2O,总结： NH4VO3受热分解，生成V2O5，由橙红色固体深

5、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。,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 molL-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。,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。,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

6、.5mL2 molL-1HCl溶液和2滴3%H2O2溶液，观察并记录产物的颜色和状态。,反应方程式如下： VO3-+H2O2=VO2（O2）23+H2O VO2（O2）23+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。,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 molL-1NaOH溶液和0.1 molL-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。,现象： 依pH值的降

7、低，溶液颜色由黄变红，不断加深。,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。,2VO43-+2H+=2HVO42-=V2O74-+H2O pH13 3V2O74-+6H+=2V3O93-+3H2O pH8.4 10V3O93-+12H+=3V10O286-+6H2O 8pH3,此后不再缩合，加酸 V10O286-+H+=HV10O285- HV10O285-+H+=H2V10O284- pH=2时，有V2O5水

8、合物的红棕色沉淀析出 pH=1时，H2V10O284-+14H+=10VO2+8H2O,（2）将pH为1的试管放入热水浴中，向试管内缓慢滴加0.1 molL-1NaOH溶液并振荡试管。观察颜色变化，记录该颜色下溶液的pH。,反应方程式如下： H2V10O284-+14H+=10VO2+8H2O 加NaOH平衡向左移动 现象：溶液由黄色（NO2+）变为红棕色（H2V10O284-），溶液的pH值为2。,（3）将pH为14的试管放入热水浴中，向试管内缓慢滴加0.1 molL-1盐酸，并振荡试管。观察颜色变化，记录该颜色下溶液的pH。,反应方程式如下： 2VO4-+2H+=V2O74-+H2O 3

9、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,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。,三、铬的化合物的重要性质,1.铬（）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)。,反应方程式如下： Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3+3I2+7H2O Cr2O72-+2SO32-+8H+=2Cr3+3SO42-+4H2O,现象： 溶液颜色由橙

10、红色变为绿色。 总结： Cr2O72-在酸性介质中，具有氧化性。,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？,2.铬（）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,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。,思考题 （1）取少量Cr2O72-溶液，加入你所选择的试剂使其转

11、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？,3.氢氧化铬（）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 molL-1NaOH溶液，观察沉淀物的颜色，写出反应方程式。,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

12、- ，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。,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。,4. 铬（）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。,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()具有还原性，被氧化为Cr(VI) CrO42-该转化常在碱性介质中进行。,思考题 1.转化反应须在何种介质中进行？为什么？

13、 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？,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。,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

14、、Ag2CrO4。,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。,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。,四、锰的化合物重要性质,1.氢氧化锰（）的生成和性质 取10mL0.2 molL-1MnSO4溶液分成四份： 第一份：滴加0.2 molL-1NaOH溶液NaOH溶液，观察沉淀的颜色。振荡试管，有何变化？ 第二份：滴加0.2 molL-1NaOH溶液NaOH溶液，产生沉淀后加入过量的NaOH溶液，

15、沉淀是否溶解？,第三份：滴加0.2 molL-1NaOH溶液NaOH溶液，迅速加入2 molL-1盐酸溶液，有何现象发生？ 第四份：滴加0.2 molL-1NaOH溶液NaOH溶液，迅速加入2 molL-1NH4Cl溶液，沉淀是否溶解？ 写出上述有关反应方程式。此实验说明Mn(OH)2具有哪些性质？,反应方程式如下： a、Mn 2+2OH-=Mn(OH)2 Mn(OH)2+O2=2MnO(OH)2 b、Mn(OH)2不溶于过量的NaOH . c、Mn(OH)2+HCl=MnCl2+2H2O 现象：a、生成白色的Mn(OH)2沉淀，在空气中氧化为棕色MnO(OH)2 b、生成白色的Mn(OH)2

16、沉淀。 c、白色Mn(OH)2溶解为无色溶液。,（1）Mn2+氧化 试验硫酸锰和次氯酸钠溶液在酸、碱性介质中的反应。比较Mn2+在何介质中易氧化。 （2）硫化锰的生成和性质 往硫酸锰溶液中滴加饱和硫化氢溶液，有无沉淀产生？若用硫化钠溶液代替硫化氢溶液，又有何结果？请用事实说明硫化锰的性质和生成沉淀的条件。,思考题 试总结Mn2+性质。,2.二氧化锰的生成和氧化性 （1）往盛有少量0.1 molL-1KMnO4溶液中，逐滴加入0.5 molL-1 MnSO4溶液，观察沉淀的颜色。往沉淀中加入1 molL-1H2SO4溶液和0.1 molL-1Na2SO3溶液，沉淀是否溶解？写出有关反应方程式。,

17、反应方程式如下： 2MnO4-+3Mn2+2H2O=5MnO2+4H+ MnO2+SO32-+2H+=MnSO4+H2O 现象：紫色褪去，生成棕色MnO2沉淀。 MnO2沉淀溶解，得无色溶液。 总结：MnO2具有氧化性。,（2）在盛有少量（米粒大小）二氧化锰固体的试管中加入2mL浓硫酸，加热，观察反应前后颜色。有何气体产生？写出反应方程式。,反应方程式如下： 2MnO2+2H2SO4(浓)=2MnSO4+2H2O+O2 现象： 棕色MnO2溶解，放出O2 总结： MnO2具有氧化性。,3.高锰酸钾的性质 分别试验高锰酸钾溶液与亚硫酸钠溶液在酸性（1 molL-1H2SO4）、近中性（蒸馏水）、碱性（6 molL-1NaOH溶液）介质中的反应，比较它们的产物因介质不同有何不同？写出反应式。,反应方程式如下： 2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2+5SO42-+3H2O 2MnO4-+3SO32-+H2O=2MnO2+3SO42-+2OH- 2MnO4-+SO32-+2OH-=