В атомах d-элементов (переходных элементов) заполняется электронами d-под-уровень предвнешнего уровня. На внешнем уровне атомы d-элеметов имеют, как правило, два s-электрона. Близость строения валентных уровней атомов переходных элементов определяет их общие свойства. Все они являются металлами, имеют высокую прочность, твердость, высокую электро– и теплопроводность. Многие из них электроположительны и растворяются в минеральных кислотах, однако среди них есть металлы, не взаимодействующие обычным способом с кислотами. Большинство переходных металлов имеют переменную валентность. Максимальная валентность, как и максимальная степень окисления, как правило, равно номеру группы, в которой находится данный элемент.
9.1. Хром и его соединения
Хром представляет собой ковкий тягучий металл серо-стального цвета. Электронная формула атома хрома 1s22s22p63s23p63d54s1.
Характерные степени окисления хрома, электронные формулы соответствующих ионов, химические свойства и примеры соединений приведены в таблице.
Получение и свойства хрома
FeO • Cr2O3 + 4CO →t→ Fe + 2Cr + 4CO2 (Fe + 2Cr) – феррохром
Сr2O3 + 2Al →t→ 2Сr + Al2O3 – метод алюминотермии
Хром пассивируется на холоду концентрированными азотной и серной кислотами.
Сr + 2HCl = СrCl2 + Н2
СrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2↓ + 2NaCl
Свойства соединений хрома (+2) и хрома (+3)
Гидроксид хрома(II) сразу окисляется кислородом воздуха.
4Сr(OH)2 + O2 + 2Н2O = 4Сr(OH)3
СrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3↓ + 3NaCl
Cr(OH)3↓ + 3Na(OH) = Na3[Cr(OH)6]
Cr2O3 + 2NaOH →t→ 2NaCrO2 + H2O
Cr(OH)3↓ + 3HCl = CrCl3 + 3H2O
2Cr(OH)3 →t→ Cr2O3 + 3H2O
2CrCl3 + 3Cl2 + 16KOH = 2K2CrO4 + 12KCl + 8H2O
2Na3Cr(OH)6 + 3Br2 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 6NaBr + 8H2O
Свойства соединений хрома (+6)
CrO3 + Н2O = H2CrO4
2CrO3 + H2O = H2Cr2O7
Желтый раствор хромата калия устойчив в щелочной среде, оранжевый раствор дихромата калия – в кислой среде.
К2Сr2O7 + 2KOH = 2К2СrO4 + Н2O
2K2CrO4 + H2SO4 = K2SO4 + K2Cr2O7 + Н2O
(NH4)2Cr2O7 →t→ Cr2O3 + N2 + 4Н2O
Дихромат калия – окислитель в кислой среде.
К2Сr2O7 + 4H2SO4 + 3Na2SO3 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4H2O
K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3NaNO2 = Cr2(SO4)3 + 3NaNO3 + K2SO4 + 4H2O
K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6KI = Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O
K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 = Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
9.2. Марганец и его соединения
Марганец – серебристо-белый твердый и хрупкий металл. Характерные степени окисления марганца, электронные формулы соответствующих ионов, химические свойства и примеры соединений приведены в таблице.
Получение и свойства марганца
FeO • Mn2O3 + 4CO →t→ Fe + 2Mn + 4CO2 (Fe + 2Mn) – ферромарганец
Mn2O3 + 2Al →t→ 2Mn + Al2O3 – метод алюминотермии
Mn + 2HCl = MnCl2 + Н2
Mn + 2H2SO4 (конц.) = MnSO4 + SO2 + 2Н2O
ЗMn + 8HNO3 (разб.) = 3Mn(NO3)2 + 2NO + 4Н2O
Свойства соединений марганца (+2)
MnSO4 + 2NaOH = Mn(OH)2↓ + Na2SO4
Mn(OH)2↓ + 2NaOH ≠
Mn(OH)2↓ + H2SO4 = MnSO4 + 2H2O
2Mn(OH)2↓ + O2 = MnO2↓ + 2H2O
Mn(OH)2↓ + 2NaOH + Br2 = MnO2↓ + 2NaBr + 2H2O
Mn(OH)2↓ →t→ MnO + H2O↑
2Mn(NO3)2 + 16HNO3 + 5NaBiO3 = 2HMnO4 + 5Bi(NO3)3 + 5NaNO3 + 7H2O
3MnCl2 + 2KClO3 + 12NaOH →сплавление→ 3Na2MnO4 + 2KCl + 6NaCl + 6H2O
Свойства соединений марганца (+4)
MnO2 – устойчивый амфотерный оксид, сильный окислитель.
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2Н2O
3MnO2 + KClO3 + 6KOH →сплавление→ 3K2MnO4 + KCl + 3H2O↑
Свойства соединений марганца (+6)
Соединения устойчивы лишь в сильнощелочной среде.
К2MnO4 + 8HCl = MnCl2 + 2Cl2 + 2KCl + 4Н2O
Свойства соединений марганца (+7)
Сильные окислители в кислой среде.
2KMnO4 + 3H2SO4 + 5Na2SO3 = 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O
2KMnO4 + H2O + 3Na2SO3 = 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH
2KMnO4 + 2KOH + Na2SO3 = 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
2KMnO4 + 8H2SO4 + 10FeSO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O
2KMnO4 + 8H2SO4 + 10KI = 2MnSO4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H2O
2KMnO4 + 3H2SO4 + 5NaNO2 = 2MnSO4 + 5NaNO3 + K2SO4 + 3H2O
2KMnO4 →t→ K2MnO4 + MnO2 + O2↑
9.3. Железо и его соединения
Железо является вторым после алюминия металлом по распространенности в природе. Характерные степени окисления железа, электронные формулы соответствующих ионов, химические свойства и примеры соединений приведены в таблице.
Соединения железа (+8) малохарактерны.
Получение и свойства железа
3Fe2O3 + CO →t→ 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO →t→ 3FeO + CO2
FeO + CO →t→ Fe + CO2
3Fe3O4 + 8Al →t→ 9Fe + 4Al2O3
Fe + I2 →t→ FeI2
2Fe + ЗCl2 →t→ 2FeCl3
4Fe + 3O2 + 2Н2O = 4FeO(OH)↓ (коррозия на воздухе)
Fe + 2HCl = FeCl2 + Н2
Fe + H2SO4 (разб.) = FeSO4 + H2
Fe + 4HNO3 (разб.) = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
Концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют железо на холоду. При нагревании реакция идет.
2Fe + 6H2SO4(конц.) →t→ Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6Н2O
Fe + 6НNO3(конц.) →t→ Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Свойства соединений железа (+2)
FeO + Н2O ≠
FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4
Гидроксид железа(II) сразу окисляется кислородом воздуха.
4Fe(OH)2↓ + 2Н2O + O2 = 4Fe(OH)3↓
Fe(OH)2↓ + H2SO4 = FeSO4 + 2Н2O
Fe(OH)2↓ + 2NaOH *
FeSO4 + 6KCN = K4[Fe(CN)6] + K2SO4
FeSO4 + K3[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6]↓ + K2SO4
Свойства соединений железа (+3)
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl
Fe(OH)3↓ + 3HCl = FeCl3 + 3H2O
Fe(OH)3↓ + NaOH ≠ не идет в разбавленном растворе
Fe(OH)3↓ + NaOH →сплавление→ NaFeO2 + 2H2O
FeCl3 + 2HI = 2FeCl2 + I2 + 2HCl
FeCl3 + 6KCN = K3[Fe(CN)6] + 3KCl
FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6]↓ + 3KCl
FeCl3 + 3KCNS = Fe(SCN)3 + 3KCl
Свойства соединений железа (+6)
Феррат калия – окислитель.
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH →сплавление→ 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O
4K2FeO4 + 10H2SO4(разб.) = 2Fe2(SO4)3 + 3O2↑ + 4K2SO4 + 10H2O
9.4. Медь и ее соединения
Медь – мягкий красный металл, хорошо проводит теплоту и электрический ток.
Получение и свойства меди
2CuS + 3O2 →t→ 2CuO + 2SO2
CuO + CO →t→ Cu + CO2
Cu + 2HCl + Н2O2 = CuCl2 + 2Н2O
Cu + 2H2SO4(конц.) = CuSO4 + SO2 + 2Н2O
Cu + 4НЖ)3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
4Cu + O2(недостаток) →200 °C→ 2Cu2O
2Cu + O2(избыток) →500 °C→ 2CuO
2Cu + H2O + CO2 + O2 = (CuOH)2CO3↓ (малахит)
Свойства соединений меди(I)
2Cu2O + O2 →500 °C→ 4CuO
Cu2O + CO →t→ 2Cu + CO2
Cu2O + 4(NH3 • Н2O) (конц.) = 2[Cu(NH3)2]OH + 3H2O
Свойства соединений меди(II)
CuO + 2HCl = CuCl2 + Н2O
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4
Cu(OH)2↓ →t→ CuO↓ + Н2O
Cu(OH)2↓ + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O
Cu(OH)2↓ + NaOH ≠ не идет в растворе
Cu(OH)2↓ + 2NaOH (конц.) →t→ Na2[Cu(OH)4]
CuSO4 + 4(NH3 • H2O) = [Cu(NH3)4]SO4 + 4Н2O
[Cu(NH3)4]SO4 + Na2S = CuS↓ + Na2SO4 + 4NH3
2CuSO4 + 2H2O ↔ (CuOH)2SO4 + H2SO4
2CuSO4 + 4KI = 2CuI↓ + I2 + 2K2SO4
2Cu(NO3)2 →t→ 2CuO + 4NO2 + O2
9.5. Серебро и его соединения
3Ag + 4HNO3 (разб.) = 3AgNO3 + NO↑ + 2H2O
2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O↓ + H2O + 2NaNO3
AgNO3 + HCl = AgCl↓ + HNO3
AgCl↓ + 2(NH3 • H2O) = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 = AgCl↓ + 2NH4NO3
Ag2O + 4(NH3 • Н2O) (конц.) = 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O
2[Ag(NH3)2]OH + CH3CHO + 2H2O = 2Ag↓ + CH3COONH4 + 3(NH3 • H2O)
9.6. Цинк и его соединения
Получение и свойства цинка
2ZnS + 3O2 →t→ 2SO2 + 2ZnO
ZnO + CO →t→ Zn + CO2
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Zn + H2SO4 (разб.) = ZnSO4 + H2↑
4Zn + 5H2SO4 (конц.) = 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O
Zn + 4НHNO3(конц.) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
4Zn + 10HNO3(оч. разб.) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2↑
Свойства соединений цинка
ZnSO4 + 2NaOH = Zn(OH)2↓ + Na2SO4
Zn(OH)2↓ + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O
Zn(OH)2↓ + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
Na2[Zn(OH)4] + 2HCl = Zn(OH)2↓ + 2NaCl + 2H2O
Na2[Zn(OH)4] + 4HCl = ZnCl2 + 2NaCl + 4H2O
Zn(OH)2↓ + 6NH4OH = [Zn(NH3)6](OH)2 + 6H2O
2ZnSO4 + 2H2O ↔ (ZnOH)2SO4 + H2SO4