додати матеріал

приховати рекламу

Молібден

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Хімічний елемент № 42, Мо
ЗАВДАННЯ.
4. Електронна будова атома.
4.1. Складіть електронну формулу цього елемента.
4.2. Дайте пояснення фізичного змісту всіх індексів у даного хімічного елемента в системі Д.І. Менделєєва (порядковий номер, номер періоду, номер групи, приналежність до групи «А» або «Б»). Визначте можливість «Ефекту провалу електрона».
4.3. Виділіть валентні підрівні в електронній формулі атома хімічного елемента, визначте приналежність хімічного елемента до типу s-, p-, d-, f-елементів.
4.4. Напишіть набори квантових чисел для всіх валентних електронів.
4.5. Визначте приналежність хімічного елемента до металів або неметалів, спрогнозуйте величини ступеня окислення.
4.6. Розподіліть валентні електрони атома хімічного елемента з енергетичних осередкам у відповідності з принципом найменшої енергії і правилом Гунда.
4.7. Прогнозують тип гібридизація валентних атомних орбіталей при утворенні бінарних сполук (фторидів, хлоридів та ін.)
5. З'єднання даного хімічного елемента з неметалами.
5.1. З воднем.
5.2. З галогенами.
5.3. З сіркою.
5.4. З азотом.
5.5. З вуглецем.
5.6. З киснем.
6. Оксиди та гідроксиди даного хімічного елемента.
6.1. Запишіть ряд оксидів даного хімічного елемента (прогноз по електронній формулі і ковалентних).
6.2. Прогнозують характер оксидів (основний, кислотний, амфотерний) за величиною Е.О. і правилом хімічних властивостей ряду оксидів.
6.3. Запишіть відповідні гідроксиди (підстави і кислоти). Визначте приналежність до сильних або слабким електролітів.
6.4. Складіть рівняння реакцій, які підтверджують характер гідроксидів про молекулярному та іонному вигляді.
6.5. Напишіть рівняння реакцій електролітичної дисоціації гідроксидів.
7. Чи може цей хімічний елемент утворювати комплексні сполуки? Якщо так, то, які (Кислоти, основи, солі)? Наведіть приклади.
8. Напишіть рівняння реакцій гідролізу солі по 1-ій стадії в молекулярному та іонному вигляді з урахуванням всіх рівноваг. Розрахуйте рН середовища при гідролізі цієї солі (0, 01 моль / л). Як підсилити гідроліз?
9. Окислювально-відновні реакції.
9.1. Дайте оцінку відновлювальних властивостей Мо і окислювально-відновних властивостей його іонів в залежності від його рН середовища (використовуйте довідкові характеристики).
9.2. Складіть рівняння 3-х окислювально-відновних реакцій (з використанням речовини містить іони даного металу) при рН> 7, рН = 7, рН <7.
Попередньо розрахуйте Е 0 хімічної реакції, використовуючи метод електронно-іонного балансу.
10. Електрохімічні властивості металу.
10.1. прогнозує відношення даного металу в компактному вигляді до атмосфері сухого повітря (при кімнатній температурі і нагріванні), до вологи (без аерації і при аерації), до неокислювальний і окислювальним кислот (на холоді і при нагріванні), до розчинів і розплавів лугів.
10.2. Опишіть процес вимірювання стандартного електродного потенціалу даного металу Cu і дайте термодинамічний розрахунок цієї величини.
10.3. Складіть і опишіть схему гальванічного елемента з металевого електрода даного металу і електродного системи С,
10.4. Опишіть процес електрохімічної корозії при контакті металу та вироби з Mg у вологому середовищі (Без аерації і при аерації). PH = 10
10.5. Опишіть процес електролізу з урахуванням перенапруги.
Електроліт - розчин PH = 4, 5
Електроди: катод - Сu,
анод - Zn.
11. Застосування.

РІШЕННЯ
4. Електронна будова атома.
4.1. Складіть електронну формулу цього елемента.
Порядковий номер елемента в періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва дорівнює 42. Це означає, в молекулі молібдену буде 42 електрона.
Електронна формула молібдену буде така:
Складемо також його електронно - графічну формулу:

На малюнку вище наведена електронно - графічна формула молібдену.
4.2. Дайте пояснення фізичного змісту всіх індексів у даного хімічного елемента в системі Д.І. Менделєєва (порядковий номер, номер періоду, номер групи, приналежність до групи «А» або «Б»). Визначте можливість «Ефекту провалу електрона».
Порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі хімічних елементів - 42. у молібдену на електронних рівнях знаходиться 42 електрона, а в ядрі має перебуває також 42 протона.
Молібден розташований у періодичній системі хімічних елементів у п'ятому періоді, це означає, що у нього буде п'ять електронних шарів з розташованими на них електронами. Головне квантове число зовнішнього електронного рівня дорівнює 5.
Молібден розташований у шостій групі, побічної підгрупі. Молібден відносять до елементів підгрупи хрому, в яку входять хром, молібден і вольфрам, які володіють схожими властивостями. У нього буде на електронних рівнях один s-електрон та 5 d-електронів на пред зовнішньому рівні.
До складу ядра атома ізотопу молібдену-96 входять 42 протона (p) і 54 нейтрона (n): , Де масове число і порядковий номер елемента (число протонів) позначають числовими індексами зліва від символу хімічного елемента; верхній індекс означає масове число, нижній - заряд ядра. Кількість нейтронів ядра елементів визначають з масового числа елемента за вирахуванням кількості протонів.
Таким чином, до складу атома молібдену входять ядро, що складається з 42 протонів, 54 нейтронів і електронне хмара, представлене 42 електронами.
Внаслідок стійкості d 5-конфігурації енергетично виявляється більш вигідним перехід одного з ns-електронів в (n-1) d-стан. Тому молібден, як і хром в s-стані зовнішнього рівня мають по одному, а в передостанньому шарі по 13 електронів. Таким чином, має місце «проскакування» електрона:

Проскакування електрона можна пояснити з точки зору квантово-механічних уявлень підвищеної енергетичної стабільністю конфігурації: 4d 5.
4.3. Виділіть валентні підрівні в електронній формулі атома хімічного елемента, визначте приналежність хімічного елемента до типу s-, p-, d-, f-елементів.
Покажемо розташування валентних електронів в атомі молібдену. Як видно з електронної формули моілбден відноситься до d-елементів, оскільки у нього заповнюється 4d-підрівень.


На наведеному малюнку еліпсом виділено розташування валентних електронів в атомі молібдену. Як видно у створенні хімічної зв'язку будуть брати участь електрони як 5s-так і 4d-підрівня.
4.4. Напишіть набори квантових чисел для всіх валентних електронів.
У атома молібдену буде різна кількість валентних електронів пріразних степе5нях окислення, до шести включно. Запишемо набори квантових чисел для цих електронів.
Спочатку розглянемо електрони на 5s-підрівні. Головне квантове число дорівнює 5 і хімічний елемент знаходиться в 5 періоді періодичної системи хімічних елементів. Оскільки в молібдену валентний електрон розташований на s-підрівні то його орбітальне квантове число має значення рівне 0. Оскільки електрон буде тільки один, то його спін буде мати значення m s = +1 / 2. Оскільки m l = 0 то в елемента не буде інших підрівнів крім s-підрівня.
Набір квантових чисел будуть мати вигляд:
n = 5; l = 0; m l = 0; m s = +1 / 2.
Розглянемо електрони на 4d-підрівні. Їх кількість дорівнює 5. головне квантове число п дорівнює 4, . Орбітальне квантове число дорівнює і орбітальне квантове число може приймати значення рівні 0, 1, 2, 3. магнітне квантове число може приймати значення в межах від + l до - l. Оскільки то m l = -2, -1, 0, +1, +2. Згідно правила Хунда сумарний спін має бути максимальним, тому ми можемо вважати, що спін електронів буде дорівнює +1 / 2.
Запишемо набори квантових чисел для електронів.
n = 5; l = 2; m l = -2; M s = +1 / 2.
n = 5; l = 2; m l = -1; M s = +1 / 2.
n = 5; l = 2; m l = 0; m s = +1 / 2.
n = 5; l = 2; m l = +1; M s = +1 / 2.
n = 5; l = 2; m l = +2; M s = +1 / 2.
4.5. Визначте приналежність хімічного елемента до металів або неметалів, спрогнозуйте величини ступеня окислення.
Оскільки молібден розташований у шостій групі періодичної системи, і не в головній підгрупі, а в побічної, то він відноситься до металів. У хімічних реакціях він буде проявляти металеві властивості. Для металів більш прийнятна віддача електронів. Тому молібден може віддавати максимум шість електронів з - Підрівня і з 4d-підрівня. Тому молібден буде виявляти ступінь окислення +2, +3, +4, +5, +6. з'єднання з цими ступенями окислення володіють різною стійкістю, найбільш стійкими будуть з'єднання з ступенем окислення рівної +6.
4.6. Розподіліть валентні електрони атома хімічного елемента з енергетичних осередкам у відповідності з принципом найменшої енергії і правилом Гунда.
Відповідно до принципу найменшої енергії валентний електрон атома молібдену розташований на 5s-підрівні, оскільки він має в своєму розпорядженні меншою енергією ніж будь-який інший підрівень. Правило Хунда свідчить, що стійкого стану атома відповідає таке розташування електронів в межах енергетичного підрівня, при якому абсолютне значення сумарного спина атома максимально. Тому електрони на 4d-подуровне розташуються таким чином як на наведеному малюнку:

4.7. Прогнозують тип гібридизація валентних атомних орбіталей при утворенні бінарних сполук (фторидів, хлоридів та ін.)
Розглянемо отримання :



Іон молібдену (VI) має на 4d-рівні 0 електронів, а також вільні 4s і 4p-орбіталі. Освіта зв'язку можна розглядати як донорно-акцепторні процес (іон молібдену - акцептор, гідрид-, фторид-і хлорид-іони - донори). У бінарних сполуках утворюється 6 зв'язків Мо-Е, для кожної з них атом молібдену надає одну вільну орбіталь. Тип гібридизації sd 5 (форма октаедричні). Слід зазначити, що для молібдену характерні різні сполуки з галогенами, тому й гібридизація в цих з'єднаннях буде різною. Наприклад в трифторид MоF 3 для створення хімічної святи використано тільки три електрони: sd 2 (форма тетраедричних).
5. З'єднання даного хімічного елемента з неметалами.
Розглянемо реакції взаємодії молібдену з неметалами. Молібден досить активно реагує з неметалами (кремнієм, бором, галогенами, сіркою і т. п.), враховуючи те що молібден має кілька ступенів окислення то виходить в таких реакціях декілька продуктів.
5.1. З воднем.
Молібден не реагує з воднем з отриманням хімічних сполук. Має місце тільки фізичне розчинення водню в молібдені з утворенням нестійких зв'язків. Розчинність водню в молібдені зростає з підвищенням температури до 0,5 см 3 в 100 грамах металу.
5.2. З галогенами.
З молібденом фтор утворює летючі фториди. Хлор і бром ре6агіруют з ним при температурі червоного розжарювання. Йод реагує з молібденом дуже повільно. У присутності вологи реакція з галогенами прискорюється і вона стає можливою навіть на холоду.
Молібден утворює гексафторид MoF 6, пентафторід MoF 5, тетрафторид MOF 4 і трифторид MоF 3; гексахлорід МоС1 6, пентахлорид МоС1 5, тетрахлорид МоС1 3, трихлорид МоС1 3 та комплексний псевдодіхлорід [Мо 6 (С1) 8] С1 4; тетрабромід МоВг 4 , трибромідом МоВг 3 та комплексний псевдодібромід [Мо 6 Вг 8] Вг 4. З йодом достовірно відомо лише дві сполуки - дііодід МоІ 2 і трііодід МоІ 3. Крім цих сполук, відомий ряд оксигалогенідов і кілька менш достовірних сполук.
Фториди.
Гексафторид виходить дією сухого фтору у суміші з азотом на метал (платинової трубці), трифториду брому на метал при 250 °, безводного HF на MoCl 5:
2МоС1 5 + 12HF = 2MoF 6 + 10НС1 + Н 2
(50)
Гексафторид конденсується при -70 ° С у вигляді білих кристалів і відганяється під вакуумом при 40 °. Плавиться при 17,5 ° С і кипить при 35 ° С. Молекула має октаедричні структуру з атомом металу в центрі октаедра і атомами фтору у вершинах його. Стійкий у сухому повітрі, хлорі, двоокису сірки. Гідролізується:
MoF 6 + 4Н 2 О = Н 2 МГО 4 + 6HF (51)
Утворює з фторидами лужних металів комплексні солі типу Me 2 (MоF 8).
Трифторид молібдену виходить нагріванням МоВг 3 в струмі безводного HF. При нормальних умовах твердий. При нагріванні у вологому повітрі дисоціює:
4MoF 3 + 6Н 2 О + 3O 2 = 4МоО 3 + 12HF (52)
У сухому повітрі стійкий до 800 °. При дії водню відновлюється до металу. Водою на холоду повільно розкладається.
У молібдену (VI) виділено два оксифторида - MoOF 4 і MоO 2 F 2. Це тверді, білі, важкі кристалічні речовини, отримувані фторированием молібдену в присутності кисню або обмінними реакціями МГО 3 з фторидами.

Хлориди
MoCl 6 термічно дуже нестійкий і чутливий до найменших слідах вологи. Отримано нещодавно тривалим кип'ятінням тіонілхлоридом з МГО 3. МоС1 5 виходить хлоруванням молібдену у відсутність води та повітря при 600 - 750 ° С. Кристалізується у вигляді темно-зелених трігональной біпірамід. Темпеартура плавлення 194 ° С, температура кипіння 238 ° С. Щільність МоС1 5 2,9275. Він розчиняється у безводному ефірі, спиртах, вуглеводнях, кетонах, альдегідах, сірковуглеці, амінів з утворенням комплексів. При нагріванні у відсутності кисню розкладається:
МоС1 5 = МоС1 3 + ​​С1 2
Водень при 900 ° С відновлює його до металу:
2МоС1 5 + 5Н 2 → 10НС1 + 2Мо
Відновлювати можна над розжареною металевою ниткою в струмі його пари в суміші з воднем. У цьому випадку на нитки осідає щільний шар молібдену, але при 250 ° утворюється трихлорид:
МоС1 5 + Н 2 → МоСІ 3 + 2НС1
При нагріванні МоС1 5 в сухому повітрі утворюється оксихлорид МГО 2 С1 2. При нагріванні у вологому повітрі МоС1 5 повністю розкладається, утворюючи окси-і гідроксихлорида. У воді повністю гідролізується з великим виділенням тепла.
Тетрахлорид молібдену виходить хлоруванням МГО 3 сумішшю СІ 2 і ССІ 4. При нагріванні без доступу вологи і кисню МоСІ 4 диспропорционирует на MoCl 5 і MoCl 3. При нагріванні в присутності вологи і кисню утворюються оксихлорид і гідроксихлорида. З низкою речовин, в тому числі органічних, тетрахлорид утворює продукти приєднання.
Трихлорид МоС1 3 виходить у вигляді твердого червоного речовини частковим відновленням MoCl 5 воднем при 250 °, а також пропусканням суміші парів МоС1 5 з інертним газом над молібденом.

Трихлорид розкладається, не плавлячись. Сублімує в струмі інертного газу. Стійкий у сухому повітрі при нормальній температурі, а при нагріванні переходить в оксихлорид. При
нагріванні в інертному газі розкладається на МоСІ 4 і комплексні нелеткі хлориди. Водою та водними розчинами лугів розкладається відповідно при нагріванні і на холоду. З аміаком утворює комплекси. Окислювачами окислюється до Н 2 МГО 4. У соляній кислоті не розчиняється. Розчиняється в солянокислих розчинах МГО 3, утворюючи комплекси.
Броміди.
Всі броміди виходять дією Вг 2 на Мо в середовищі СО. Так, чорно-зелені голки тетраброміда виходять близько 600 ° С при атмосферному тиску, тетрабромід - переважно при 350 - 500 ° С. При більш низькому тиску чи трохи більше високій температурі виходить суміш бромідів, в тому числі комплексних. Відомі також червоно-помаранчеві кристали діоксіброміда МГО 2 Вг 2 і жовті голчасті кристали бромомолібденовой кислоти H 3 (MoO 3 Br 3).

Йодиди.
Достовірно відомий лише діодід молібдену Mol 2. Виходить він взаємодією парів йоду з металом вище 1000 ° С:

5.3. З сіркою.
Сірка не реагує з молібденом до температури 400 - 450 ° С, при більш високій температурі утворюється дисульфід молібдену MoS 2:

Сірководень реагує з молібденом при високій температурі, утворюючи MoS 2. У парах хлоридів сірки утворюються сульфохлорид молібдену.
Непрямими методами були отримані сульфіди молібдену MoS 3, Mo 2 S 5, Mo 2 S 3. Перші два дисоціюють при температурах вище 400 ° С.
Крім цих простих сульфідів відомі також і полісульфід Mo (S 2) 2, тіомолібдати Ме 2 MoS 4. Вищий сульфід MoS 3 утворюється при пропусканні сірководню через розчини молибдатов лужних металів:

Дисульфід молібдену - Найважливіший мінерал молібдену. Він утворюється в земній корі в висотемпературних умовах. Має складну шарувату гексагональну кристалічну решітку. Пари води окислюють при червоному калі. Кислоти-окислювачі розкладають , Переводячи його в , Не окислюється кислоти не діють на нього. Сульфіди лужних металів і луги розкладають при сплаву.

5.4. З азотом.
З азотом молібден не реагує, азот незначно розчиняється в молібдені. Нітриди молібдену здобуті іншим шляхом.
При температурі 400 - 745 ° С порошок молібдену реагує з аміаком з отриманням нітридів молібдену: МоN, Mo 2 N, β-фаза, що містить 28% азоту. У всіх трьох фазах були встановлені певні кристалічні структури. У вакуумі при нагріванні вони легко розкладаються.
Нітриди, як і карбід Мо 2 С і бориди, є сполуками, в яких валентні співвідношення не збережено. Мо 3 N і Mo 2 N відносяться до так званих фазам впровадження, у яких атом неметалла впроваджується між атомами металу, при цьому зберігається кристалічна структура останнього. МоN має більш складну структуру (8, ст. 181) і не може бути віднесений до фаз впровадження.
5.5. З вуглецем.
Молібден з вуглецем утворює два карбіду: Мо 2 С і Мос. Це дуже тверді, важкі, тугоплавкі металлоподобниє з'єднання. Вони близькі за властивостями до фаз впровадження, які мають металевий характер (провідність, зовнішній вигляд і т. п.), що обумовлюється особливостями їх атомно-кристалічної структури. Мо 2 З утворюється при 2400 ° С. Це темно-сірий порошок, що отримується зазвичай науглероживанием у твердій фазі суміші молібденового порошку і сажі при 1400 - 1500 ° С. Може бути також отриманий науглероживанием напруженій молібденового дроту з газової фази або взаємодією МГО 3 з СВ і вуглеводнями. Мос плавиться при 2650 °. Карбіди молібдену, завдяки своїй твердості та тугоплавкої, грають важливу роль в інструментальній та інших галузях сучасної техніки.
Молібден утворює з окисом вуглецю під високим тиском гексакарбоніл Мо (СО) 6. Він дисоціює при 150 ° С. Це ромбоедріческіе білі кристали, возгоняющиеся при зниженому тиску і кімнатній температурі, розчинні в ефірі і бензолі. З органічними підставами утворює комплекси. При розкладанні Мо (СО) 6 в залежності від умов утворюється металеве дзеркало або порошок з дрібних гранул молібдену.
5.6. З киснем.
Литий і щільно спечений злиток молібдену при нормальній і кілька підвищеній температурі стійкий до дії кисню і повітря. При нагріванні до темно-червоного розжарювання поверхню металу швидко тьмяніє і при 600 ° С молібден загоряється виділяючи дим - возгон МГО 3. Наліт оксиду легко руйнується і при тривалому нагріванні відбувається повне згоряння металу до МГО 3.

Молібденовий порошок окислюється при більш низькій температурі, а дрібнодисперсний порошок молібдену може самозайматися на повітрі або в струмі кисню.
6. Оксиди та гідроксиди даного хімічного елемента.
6.1. Запишіть ряд оксидів даного хімічного елемента (прогноз по електронній формулі і ковалентних).
Для молібдену були ідентифіковані оксиди з хімічною формулою МГО 3, та МГО 2. Ковалентность молібдену в оксидах дорівнює 3 і 2. Крім того, отримані оксиди проміжного між МГО 3 та МГО 2 складу: Мо 8 Про 23, Мо 9 Про 26, Мо 4 Про 11, Мо 17 Про 47. характер зв'язку в оксидах в основному іонний, частково ковалентний.
МГО і Мо 2 О 3 не виділені у вільному стані, хоча раніше в літературі і згадувалося про їх виділення (8, ст. 162). Рентгенографічно ідентифікована фаза, яка містить кисень у кількості, що відповідає складу Мо 3 О. оксид МГО 2 більш туго плавок і термодинамічно стійкий ніж оксид МГО 3.
6.2. Прогнозують характер оксидів (основний, кислотний, амфотерний) за величиною Е.О. і правилом хімічних властивостей ряду оксидів.
Оскільки молібден відноситься до металів, то його оксиди повинні проявляти основні властивості. Але оксиди МГО 3, та МГО 2 проявляють не основні властивості, а кислотні. Вони дають ряд сполук загальною формулою Н 2 МГО 4 і Н 2 МГО 3. основні властивості проявляє оксид Мо 2 О 3.
За хімічними властивостями оксид виявляє тим більш основні властивості, чим більше різниця електронегативності між елементом і киснем. Електронегативності молібдену за Полінгом дорівнює 1,8 а кисню 3,5. як видно різниця електронегативності елементів дорівнює 3,5 - 1,8 = 1,7.
Основні властивості оксидів молібдену можна підтвердити їх взаємодією з розчинами кислот і лугів.

6.3. Запишіть відповідні гідроксиди (підстави і кислоти). Визначте приналежність до сильних або слабким електролітів.
МГО 3, та МГО 2, як найбільш стійким оксидам молібдену, запишемо формули гідратів.
МГО 3 характерний гідрат складу Н 2 МГО 4 і Н 2 МГО 4 ЧН 2 О. Н 2 МГО 4 - білі дрібні кристали гексагональної форми. Дигідрат Н 2 МГО 4 ЧН 2 О утворюється при стоянні підкисленого розчину молибдатов протягом декількох тижнів, а також при внесенні затравки Н 2 МГО 4 ЧН 2 О в сильно підкислений розчин парамолібдата амонію. Н 2 МГО 4 - молібденова кислота, кислота середньої сили, наприклад, вона сильніша ніж вугільна кислота і витісняє її з її солей:

Гідрати окислів з ​​валентністю металу між VI і IV отримані у вигляді сполук МГО (ОН) 3 і Мо (ОН) 5. сила цих електролітів дуже слабка, вони малорозчинні у воді.
МГО 2 характерний гідрат складу Н 2 МГО 3, який у вільному стані не виділений, виділено лише в розчинах, також отримані його сполуки складу Ме 2 МГО 3. слабкий електроліт.
Також при дії аміаку на розчини молибдатов отриманий Мо (ОН) 3 - аморфний порошок чорного кольору, не розчинний у воді і розчинах лугів, легко розчиняється в мінеральних кислотах і при відсутності окислювачів дає іони Мо +3.
6.4. Складіть рівняння реакцій, які підтверджують характер гідроксидів про молекулярному та іонному вигляді.
Розглянемо властивості Н 2 МГО 4
Молібденова кислота реагує при підвищеній температурі з оксидами, гідроксидами, карбонатами лужних і лужноземельних металів даючи відповідні молібдати.






Стан молібденової кислоти в розчинах залежить від кислотності і розведеними останніх. При великому розведенні (<10 -4 моль / л, РН> 6,5) молібденова кислота знаходиться в розчині у вигляді простих молекул. У більш концентрованих розчинах і при РН менше шести: РН <6 відбувається полімеризація молекул. Ступінь складності утворених комплексів також залежить від температури.
Розглянемо властивості Мо (ОН) 3
Сухий Мо (ОН) 3 - це аморфний порошок, не розчинний у воді і розчинах лугів. Він виявляє основні властивості. Легко розчиняється в розчинах мінеральних кислот, при цьому утворюються солі Мо 3 +.


6.5. Напишіть рівняння реакцій електролітичної дисоціації гідроксидів.

7. Чи може цей хімічний елемент утворювати комплексні сполуки? Якщо так, то, які (Кислоти, основи, солі)? Наведіть приклади.
8. Напишіть рівняння реакцій гідролізу солі по 1-ій стадії в молекулярному та іонному вигляді з урахуванням всіх рівноваг. Розрахуйте рН середовища при гідролізі цієї солі (0, 01 моль / л). Як підсилити гідроліз?
Гідроліз солей молібдену (IІI) протікає східчасто, в основному, за першого ступеня.

Як видно із запису рівняння гідролізу РН розчину буде кислим, оскільки будуть синтезуватися іони водню.
Для гідроксиду молібдену ПР = , Оскільки він не розчинний у воді.


Тоді РН розчину при гідролізі буде дорівнює: . Але ми знайшли концентрацію іонів водню в розчині, тому: .


В аналітичній практиці часто доводиться зустрічатися з гідролізом солей. Гідроліз може сприяти виконанню реакції, а іноді заважає проведенню аналізу. Є такі способи придушення і посилення гідролізу солей.
1. Додаток до розчину солі іншого електроліту, кислоти або основи.
Для посилення гідролізу солей (в т.ч. ) Додають підстави для зв'язування в процесі гідролізу іонів H +:


Рівновага реакції зміщується в бік гідролізу солі.
Для придушення гідролізу вказаних солей до розчину додають кислоти, тоді:


У такій ситуації збільшується кількість іонів H + і реакція зміщується у зворотний бік, тобто зменшується гідроліз солі.
Для зміни гідролізу можна додавати й інші іони електролітів: HCO 3 -, HPO 4 2 -, HSO 4 -. Для зв'язування OH - іонів використовують їх здатність утворювати комплексні іони: [Co (OH)] +, [Al (OH)] 2 +, [Al (OH) 2] + і ін
9. Окислювально-відновні реакції.
9.1. Дайте оцінку відновлювальних властивостей Мо і окислювально-відновних властивостей його іонів в залежності від його рН середовища (використовуйте довідкові характеристики).
Мірою окислювально-відновної здатності речовин служать їх окислювально-відновні (електродні) потенціали 0). Чим більше алгебраїчна величина стандартного окисно-відновного потенціалу даного атома або іона, тим більше його окислювальні властивості, а чим менше алгебраїчне значення окислювально-відновного потенціалу атома або іона, тим більше його відновні властивості.
9.2. Складіть рівняння 3-х окислювально-відновних реакцій (з використанням речовини містить іони даного металу) при рН> 7, рН = 7, рН <7.
Попередньо розрахуйте Е 0 хімічної реакції, використовуючи метод електронно-іонного балансу.
10. Електрохімічні властивості металу.
10.1. Прогнозують відношення даного металу в компактному вигляді до атмосфері сухого повітря (при кімнатній температурі і нагріванні), до вологи (без аерації і при аерації), до неокислювальний і окислювальним кислот (на холоді і при нагріванні), до розчинів і розплавів лугів.
Литий і щільно спечений молібден при кімнатній і злегка підвищеній температурі стійкий проти дії повітря і кисню. При нагріванні до темно-червоного розжарювання поверхню металу швидко тьмяніє і близько 600 ° С молібден загоряється, виділяючи білий дим - возгон МГО 3. Наліт оксиду легко руйнується і при тривалому нагріванні відбувається повне згоряння металу до МГО 3. Молібденовий порошок окислюється при ще більш низькій температурі, а найбільш дрібний порошок здатний самозайматися на повітрі. При нагріванні у вологій атмосфері, в середовищі відновного або інертного газу, не очищених ретельно від кисню і парів води, спостерігається поступове більш-менш повне окислювання металу по реакції:

При нагріванні молібдену в струмі SO 2 утворюється суміш оксидів і дисульфіду молібдену, в струмі НС1 - летючі хлориди (МоСІ 3) і оксихлорид молібдену.
У розчинах, що містять окислювач (кисень, HNO 3, НС1О 3 та ін), молібден окислюється. Розчини при нестачі окислювача забарвлюються в синій колір. Азотна кислота, одна і в суміші з соляною і сарною - окисляє і розчиняє метал:

При надлишку кислоти з безбарвного розчину випадає білий або злегка жовтуватий осад молібденової кислоти Н 2 МГО 4. Концентрована HNO 3 затримує розчинення, створюючи пассивирующую плівку окислів. Розбавлена ​​НС1 досить добре розчиняє компактний метал: за 18 год втрата маси 20-30%. У концентрованій НС1 розчинення більш повільне: за 18 годин при 110 ° С втрата маси 0,34%:

Фтористий водень і плавикова кислота швидко діють на молібден, переводячи його в фториди. Розбавлена ​​H 2 SO 4 (d = l, 3 г / мл) слабо діє на молібден навіть при 110 °. Концентрована H 2 SO 4 (d = 1,82 г / мл) на холоду діє слабо: за 18 год втрата маси 0,24%. При 200 - 250 ° С розчинення йде швидше. Фосфорна і органічні кислоти впливають на метал слабо, але в присутності окислювачів (у тому числі повітря) розчинність помітно збільшується.
Розчини лугів і аміаку діють на молібден повільно, але їх дія посилюється окислювачами з підвищенням температури. При розчиненні молібдену в лугах отримуємо молібдати лужних метал лов, реакція буде прискорюватися при використанні розплавів лугів:

Молібден стійкий до дії вологи без аерації, при аерації молібден буде окислюватися за умови, що він знаходиться в контакті з іншим менш активним металом і є гальванічний елемент. У такому гальванічному елементі буде окислюватися більш активний метал.
10.2. Опишіть процес вимірювання стандартного електродного потенціалу даного металу Мо і дайте термодинамічний розрахунок цієї величини.
Для вимірювання величини стандартного електродного потенціалу металічного електрода, даний електрод з'єднують з водневим електродом провідником першого роду. При замиканні електричної ланцюга внаслідок різниці електродних потенціалів почнеться рух електронів від електрода з меншим потенціалом (які мають надлишком електронів) до електрода з більшим потенціалом (володіє меншою кількістю електронів). Так, якщо в якості вимірюваного електрода виступає молібден, то рух електронів буде направлено від платини до молібдену. Збільшення кількості електронів на молібденової пластині буде зміщати рівновагу в бік виходу катіонів молібдену з розчину, а отже на молібденової електроді буде протікати процес відновлення.
Мо 3 + + 3e → Мо 0
На водневому електроді молекули Н 2 віддають електрони і окислюються.
Н 2 - 2е → 2Н +
Сумарну реакцію можна записати у вигляді:
2Мо 3 + +3 Н 2 → 2Мо 0 + 2Н +
Прийнято вважати електрод, на якому протікає процес окислення - анодом, а на якому процес відновлення - катодом. Знаючи величину ЕРС, виміряну в такій системі, можна легко обчислити потенціал електрода. Так як в даному процесі анодом є водневий електрод, а φ 0 (2H + / H 2) = 0
- ΦА = ЕРС
Якщо потенціал вимірюваного електрода більше водневого, то рух електронів направлено від платини до металу і величина потенціалу електрода буде позитивною.
φ 0 (Мо 3 + / Мо 0) = -0,2 В
Мо 3 + + 3e → Мо 0
G o = nFE ​​o
Тоді ми отримаємо: , Оскільки для молібдену, як для простого речовини:

Для водню:

То тоді:


Ми розрахували стандартний електродний потенціал для молібдену.
10.3. Складіть і опишіть схему гальванічного елемента з металевого електрода даного металу і електродного системи С,
Гальванічний елемент складається з катода і анода. Одним з електродів в нашому випадку буде молібденовий електрод, іншим електродом буде інертний вугільний електрод.
Запишемо схему гальванічного елемента.

Гальванічний елемент складається з молібденової пластини опущеною в розчин солі, що містить іони V 3 + і H +. оскільки РН <7. Вугільний електрод опущений у розчин, що містить іони . Між електродами розташована діафрагма, яка пропускає іони, але не дає змішуватися електродним розчинів. Якщо електричний ланцюг розділена, то в приелектродних просторах швидко настає рівновага.
Молібденова платівка в гальванічному елементі легко віддає свої катіони в розчин, тоді вона буде окислятся.

Кожен іон молібдену, переходячи в розчин, залишає на платівці три електрони. Через це платівка отримає негативний заряд. На вугільному електроді будуть проходити процеси відновлення:

Якщо ланцюг замкнути, то в гальванічному елементі виникне електричний струм. Електрони з місця, де щільність негативного заряду висока, будуть переходити в місце з меншою щільністю негативного заряду.
У цілому хімічну реакцію, яка відбувається в гальванічному елементі можна записати так: . У молекулярному вигляді рівняння буде мати такий вигляд: .
Важливою характеристикою будь-якого гальванічного елемента буде його ЕРС. Вона дорівнює: , Якщо округлити отримане значення ЕРС, то ми отримаємо: . При обчисленні ЕРС ми не враховували впливу концентрації іонів на величину потенціалу, а наведені значення точні тільки для ситуації, коли концентрації речовин дорівнюють нулю. Тому значення ЕРС в реальних гальванічних елементах буде дещо іншим. Також треба відзначити, що частіше використовується мідно-цинкові гальванічні елементи, які дешевші ніж елементи з використанням молібдену
10.4. Опишіть процес електрохімічної корозії при контакті металу та вироби з Mg у вологому середовищі (Без аерації і при аерації). PH = 10
Очевидно, що утворюється гальванічний елемент. В отриманому гальванічному елементі один з металів, а саме більш активний, буде окислятся, а на менш активному буде відновлюватися іон ОН -, або якийсь інший іон.
Маємо короткозамкнений елемент, де магній є анодом, а молібден - катодом. Як видно з умови РН розчину лужної, РН = 10.
У розведених лугах цинк реагує з рівняння:
, Оскільки в розчині є велика кількість іонів ОН - то це буде дещо гальмувати реакцію окислення магнію, рівновагу реакції зрушиться вліво.
Оскільки молібден знаходиться в контакті з магнієм і обидва ці металу оточені розчином електроліту, гальванічний елемент виявляється «включеним». Магній у вигляді іона Mg 2 + переходить у розчин лугу, а що залишилися від кожного атома два електрони перетікають на більш електропозитивних метал - молібден:
Mg = Mg 2 + + 2 e -
До молібденової катода підходять іони водню, беруть електрони і перетворюються в атоми водню, а потім і в молекули водню:
Н + + е - = Н; 2Н = H 2
Таким чином, потоки руху іонів розділені і при надлишку лугу процес протікає до тих пір, поки не розчиниться весь магній. Ми розглянули процес електрохімічної корозії при відсутності надходження повітря.
У присутності повітря в розчині протікають такі реакції:
Mg + H 2 O + 1/2O 2 = Mg (OH) 2

При наявності в розчині газоподібного кисню і неможливості протікання процесу корозії з водневою деполяризацією основну роль деполяризатора виконує кисень. Корозійні процеси, у яких катодна деполяризація здійснюється розчиненим в електроліті киснем, називають процесами корозії металів з кисневою деполяризацією. Це найбільш поширений тип корозії металу у воді.
Загальна схема кисневої деполяризації зводиться до відновлення молекулярного кисню до іона гідроокислах:
O 2 +2 H 2 O + 4e - = 4OH -
Сумарно на аноді буде проходити розчинення магнію, на катоді - виділення гідроксид-іонів. Процес буде протікати до повного розчинення магнію і переходу його в гідроксид.
10.5. Опишіть процес електролізу з урахуванням перенапруги.
Електроліт - розчин PH = 4, 5
Електроди: катод - Сu,
анод - Zn.
У розчині хлорид молібдену буде диссоциировать на іони згідно рівняння:

Розглянемо процеси, які відбуватимуться на аноді.
Анод цинковий. На цинковій аноді можуть відбуватися кілька процесів:

Запишемо потенціали проходження зазначених процесів:

Перенапруження виділення кисню на цинковій електроді при щільності струму 1мА/см 2 дорівнює 1,75 В. Це значить, що кисень в даній реакції виділяться не буде і на аноді можливі тільки дві електрохімічні реакції:

Як видно із значень електродних потенціалів на аноді відбуватиметься реакція окислення цинку: , Потенціал якої буде нижче ніж потенціал відновлення хлору. Ми будемо мати справу з електрорафінірованіем цинку.
Розглянемо електродні процеси на катоді. Матеріал катода - мідь, катод досить інертний і не буде брати участі в електрохімічних процесах. Звичайно ми тільки допускаємо це, мідь містить деякі домішки, які і будуть брати участь в електродних реакціях, але ми вважаємо, що ці процеси не вплинуть суттєво на сумарну реакцію. На катоді також можливі кілька реакцій, розглянемо їх.
РН середовища одно 4,5, середовище кисле. На міді при температурі 20єС перенапруження виділення водню при щільності струму 1 А / см 2 дорівнює 1,2 В, а при щільності струму 1 мА / см 2 всього лише 0,6 В. За рівнянням Нернста ми можемо обчислити значення потенціалу перенапруги водню при РН = 4,5. Потенціал водневого електрода перебуває в лінійній залежності від РН середовища.

При тиску водню 1 атмосфера , І при РН = 4,5 ми отримаємо перенапруження однакову:
При щільності струму дорівнює 1 А / см 2 перенапруження одно: а при щільності струму 1 мА / см 2 .
Іони ж цинку відновлюються при потенціалі рівному - 0,763 В, іони молібдену відновлюються при потенціалі рівному -0,2 В. перенапруженням відновлення іонів цинку і молібдену на мідному електроді можна знехтувати, оскільки воно досить мало за значенням. З отриманих розрахунків видно що при малих плотностях струму на мідному електроді можливі три конкуруючі реакції:

При щільності струму на катоді буде виділятися молібден за рівнянням , Оскільки потенціал відновлення молібдену буде дорівнює , Що більше потенціалу відновлення цинку і водню у цьому розчині.
За цих умов потенціал відновлення водню дорівнює близько . При щільності струму дорівнює 1 А / см 2 перенапруження одно: , За цих умов ми можемо вести виділення молібдену з розчину за рівнянням: . Тоді водень на електродах виділятися не буде. Виділення молібдену з розчину буде відбуватися до тих пір поки не виділиться він весь, або ж його в розчині буде міститися мізерно мало. Тоді буде відбуватися відновлення цинку, потенціал відновлення якого дорівнює - 0,76 В, тоді як потенціал виділення водню вище - 0,83 В: . За нашими даними виділення водню не буде відбуватися, реакції відновлення металів будуть більш енергетично вигідно.
При проведенні електролізу треба враховувати повішення температури, при підвищенні температури на 1єС перенапруження зменшується на 2 - 3 мВ. Воно також залежить від виду поверхні електрода і від наявності деяких органічних добавок в електроліті.
11. Застосування.
  Молібден має велике значення в сучасній техніці. З усього його кількості, споживаного промисловістю, до 80% використовується в чорній металургії для виробництва жароміцних, жаростійких антикорозійних, інструментальних, швидкорізальних, магнітних, конструкційних сталей, жароміцних та жаростійких чавунів. Молібден підвищує міцність сталей на холоду і сприяє її збереженню при високій температурі, підвищує жаростійкість сталей і чавуну, покращує здатність приймати загартування, 1 вагу. ч. Мо підвищує міцність сталі еквівалентно 2 - 2,5 вагу. ч. вольфраму.
Молібден в сталі входить до складу як вільних виділень карбідів, так і твердого розчину. Присадка його в сталь сприяє створенню дрібнозернистої структури. Внаслідок цих причин і підвищується міцність сталі на холоду, при підвищеній температурі, короткочасної і тривалої навантаженні. Молібден також підвищує здатність стали до цементації. У магнітних сталях і сплавах він збільшує магнітну проникність. Надає жаропрочность і жаростійкість ряду сплавів на основі кольорових металів.
У жароміцних сплавах з кольоровими металами споживається близько 4 - 5% вироблюваного молібдену. Також близько 5 - 6,5% Мо випускають у вигляді дроту, прутків, листа для електро-та радіотехнічної промисловості та інших призначень. Для реактивів, фарб та інших хімікатів використовується 4 - 5% Мо. Зростає і його застосування в сільському господарстві.
Молібден вводять в сталі у вигляді сплаву з залізом - феромолібдену. Молібдену в феросплавах не менше 50%.
Дріт і прутки з чистого молібдену застосовуються для холоднокатаної арматури, вводів, анодів радіо-і електроламп, елементів опору високотемпературних печей із захисною атмосферою, високотемпературних термопар. Листовий молібден застосовується в машинобудуванні як жароміцний матеріал, а в радіоелектроніці - для анодів потужних радіоламп, захисних екранів високотемпературних електропечей і для інших цілей. З молібденового порошку отримують «псевдосплави» (сплави-суміші) з сріблом для електротехнічних контактів, карбід молібдену застосовується у твердих сплавах, силицид молібдену MoSi 2 - у жаростійких виробах. Останній, як вказувалося, застосовується в елементах опору електропечей, працюючих до 1600 ° С без захисної атмосфери. Сполуки молібдену застосовуються як каталізатори в органічному синтезі та як реактиви в аналітичній хімії (парамолібдат амонію і комплексні сполуки молібдену), у виробництві лаків і фарб для шерсті і шовку. У сільському господарстві використовуються сполуки молібдену у вигляді слабких розчинів: він полегшує засвоюваність рослинами поживних речовин із грунту. Але в той же час великі дози молібдену надають токсичну дію на рослинні та тваринні організми.
З MoS 2 готують суху мастило для деталей механізмів, що працюють при підвищеній температурі. Його змазує дію ефективніше, ніж графіту.
Молібденові рудні концентрати переробляють на ферромолібден, молібдат кальцію, МГО 3, парамолібдат амонію, MoS 2. Перші два - напівфабрикати для виробництва молібденсодержащіх сталей, парамолібдат амонію - напівфабрикат для виробництва чистих з'єднань молібдену і самого молібдену.
В останні роки значно збільшився випуск молібденових концентратів в Канаді і Чилі, які у світі вийшли в цій області відповідно на друге і третє місця. Значні поклади молібденових руд є в Росії, яка також виробляє досить великі кількості його як для власної металургійної промисловості так і на експорт. Товарна продукція молібдену в США випускається у вигляді триокиси, порошку молібдену, молибдатов амонію і натрію, феромолібдену, сульфіду молібдену MoS 2 і ін

Список використаної літератури.
1. Глінка Н. Л. Загальна хімія. - Л.: Хімія, 1988. - 702 с.
2. Полеес М. Е. Аналітична хімія. - М.: Медицина, 1981. - 286 с.
3. Крешков А. П., Ярославцев А. А. Курс аналітичної хімії. - М.: Хімія, 1964. - 430 с.
4. Мороз А. С., Ковальова А. Г. Фізична та колоїдна хімія. - Л.: Світ, 1994. - 278 с.
5. Фізична хімія. Практичне та теоретичне керівництво. Під ред. Б. П. Нікольського, Л.: Хімія, 1987. - 875 с.
6. Скуг Д., Уест Д. Основи аналітичної хімії. У 2 т. Пер з англ. М.: Мир, 1979, - 438 с.
7. Бусева А. І. Аналітична хімія молібдену. М.: Видавництво АН СРСР, 1962, - 300с.
8. Хімія і технологія рідкісних і розсіяних елементів. Ч. ІІІ. М.: Вища школа, 1976, 320 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Курсова | 100.5кб. | скачати

Схожі роботи:
Хімія елементів молібден
Молібден і хром в організмі людини
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru