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1、第十六章 过渡金属元素本讲稿第一页，共四十一页s 区区ns12 p 区区ns2np16（He无无p电子）电子）d 区区(n1)d110ns12 (Pd无无 s 电子电子)f 区区(n2)f114(n1)d02ns2结结构构分分区区本讲稿第二页，共四十一页一、钛及其化合物一、钛及其化合物二、钒及其化合物二、钒及其化合物三、铬及其化合物三、铬及其化合物四、锰及其化合物四、锰及其化合物第一节第一节 钛、钒、铬和锰钛、钒、铬和锰本讲稿第三页，共四十一页钛的主要矿物又钛铁矿钛的主要矿物又钛铁矿FeTiO3和金红石和金红石TiO2。一、钛及其化合物一、钛及其化合物v1.钛的单质钛的单质钛是银白色金属，具有
2、很高的机械强度。钛是银白色金属，具有很高的机械强度。钛的表面易形成致密的氧化物保护膜，因此具有良好的抗腐蚀性能。钛的表面易形成致密的氧化物保护膜，因此具有良好的抗腐蚀性能。钛易于和肌肉长在一起，所以也称为钛易于和肌肉长在一起，所以也称为“生物金属生物金属”。在室温下，钛对空气和水是十分稳定的。在室温下，钛对空气和水是十分稳定的。钛能与许多金属形成合金。钛能与许多金属形成合金。本讲稿第四页，共四十一页v2.钛的化合物钛的化合物钛钛原原子子的的价价层层电电子子构构型型为为3d24s2，因因此此可可以以形形成成氧氧化化值值为为+4,+3,+2,+1,0,-1价的化合物，其中氧化值为价的化合物，其中氧
3、化值为+4价的化合物比较稳定。价的化合物比较稳定。在在中中等等酸酸度度的的钛钛（）盐盐溶溶液液中中加加入入H2O2，生生成成桔桔黄黄色色的的配配合合物物TiO(H2O2)2+，这一特征反应常用于比色法测定钛。，这一特征反应常用于比色法测定钛。有机化学中，常用有机化学中，常用Ti3+来证实硝基化合物的存在。来证实硝基化合物的存在。本讲稿第五页，共四十一页二、钒及其化合物二、钒及其化合物v1.钒的单质钒的单质钒是银灰色金属，在空气中稳定，硬度比钢大。钒是银灰色金属，在空气中稳定，硬度比钢大。钒对稀酸是稳定的，但室温下能溶解于硝酸或王水。钒对稀酸是稳定的，但室温下能溶解于硝酸或王水。浓硫酸和氢氟酸仅
4、在加热时于钒发生作用。浓硫酸和氢氟酸仅在加热时于钒发生作用。钒钒对对强强碱碱水水溶溶液液是是稳稳定定的的，但但有有氧氧存存在在时时，它它在在熔熔融融的的强强碱碱中中也也能溶解。能溶解。加热时，钒能与大部分非金属反应。加热时，钒能与大部分非金属反应。本讲稿第六页，共四十一页v2.钒的化合物钒的化合物钒钒原原子子的的价价层层电电子子构构型型为为3d34s2。其其+5价价的的化化合合物物都都是是反反磁磁性性的的，有有些些是是无无色色的的；而而其其+4,+3,+2价价化化合合物物都都是是顺顺磁磁性性的的，常常呈呈现现出出颜色。颜色。钒的化合物都有毒。钒的化合物都有毒。五氧化二钒和钒酸盐五氧化二钒和钒酸
5、盐V2O5是是两两性性偏偏酸酸的的氧氧化化物物，易易溶溶于于强强碱碱溶溶液液中中，在在冷冷溶溶液液中中生生成成正正钒酸盐钒酸盐M3VO4，在热的溶液中生成偏钒酸盐，在热的溶液中生成偏钒酸盐MVO3。钒钒酸酸盐盐中中只只有有钠钠、钾钾等等少少数数金金属属的的钒钒酸酸盐盐是是易易溶溶于于水水的的，水水溶溶液液无无色色或呈黄色。或呈黄色。本讲稿第七页，共四十一页离子离子VO2+nH2O(简写为简写为VO2+）VO(H2O)52+（简写为（简写为VO2+）V(H2O)63+（简写为（简写为V3+）V(H2O)62+（简写为（简写为V2+）氧化值氧化值+5+4+3+2颜色颜色淡黄色淡黄色蓝色蓝色绿色绿色
6、紫色紫色在酸性溶液中钒的各种离子在酸性溶液中钒的各种离子本讲稿第八页，共四十一页V2O5是较强的氧化剂。它能与沸腾的浓盐酸作用产生氯气：是较强的氧化剂。它能与沸腾的浓盐酸作用产生氯气：采采用用较较强强的的还还原原剂剂（如如Zn）在在酸酸性性溶溶液液中中与与V（）作作用用时时，可以把可以把VO2+逐步还原为逐步还原为V2+。本讲稿第九页，共四十一页VO2+具具有有较较强强的的氧氧化化性性。用用亚亚硫硫酸酸盐盐等等还还原原剂剂很很容容易易将将其其还还原原为为VO2+，再再利利用用KMnO4溶溶液液又又可可将将生生成成的的VO2+氧氧化化为为VO2+，这这一一系系列列反反应应有有明明显显的的颜颜色色
7、变变化化，在在分分析析化化学学中中常常用用来来测测定定溶溶液液中中的的钒。钒。本讲稿第十页，共四十一页三、铬及其化合物三、铬及其化合物v1.铬的单质铬的单质铬是灰白色金属，熔、沸点都很高。铬是金属中最硬的。铬是灰白色金属，熔、沸点都很高。铬是金属中最硬的。通通常常条条件件下下，铬铬在在空空气气或或水水中中都都是是相相当当稳稳定定的的，它它的的表表面面容容易易形形成成一一层氧化膜。层氧化膜。室室温温下下，无无保保护护膜膜的的纯纯铬铬能能溶溶于于稀稀盐盐酸酸或或硫硫酸酸溶溶液液中中，但但不不溶溶于于硝硝酸酸或磷酸。或磷酸。在高温下，铬能与活泼的非金属反应，同时是重要的合金元素。在高温下，铬能与活泼
8、的非金属反应，同时是重要的合金元素。本讲稿第十一页，共四十一页v2.铬的化合物铬的化合物铬铬原原子子的的价价层层电电子子构构型型为为3d54s1。一一般般说说来来，高高氧氧化化值值的的铬铬的的化化合合物物以以共共价价键键占占优优势势，中中间间氧氧化化值值的的化化合合物物常常以以离离子子键键占占优优势势，低低氧氧化化值值的化合物则以共价键相结合。的化合物则以共价键相结合。铬铬酸酸H2CrO4和和重重铬铬酸酸H2Cr2O7二二者者都都是是强强酸酸，仅仅存存在在于于稀稀溶溶液液中，重铬酸的酸性略强于铬酸。中，重铬酸的酸性略强于铬酸。在在碱碱性性或或中中性性溶溶液液中中主主要要以以铬铬酸酸根根离离子子
9、CrO42-存存在在，在在稍稍强强的的酸酸性性溶溶液液中中，基基本本上上只只有有重重铬铬酸酸氢氢根根离离子子HCr2O7-和和重重铬铬酸酸根根离离子子Cr2O72-存在。存在。本讲稿第十二页，共四十一页在在Cr2O72-的的溶溶液液中中，加加入入H2O2和和乙乙醚醚，有有蓝蓝色色的的过过氧氧化化物物CrO(O2)2(C2H5)2O生生成成，此此反反应应可可用用来来鉴鉴定定溶溶液液中中是是否否有有Cr（）的的存在存在。重重铬铬酸酸根根有有较较强强的的氧氧化化性性，而而铬铬酸酸根根的的氧氧化化性性很很差差，分分析析化化学学上上常常用用以下反应测定以下反应测定Fe2+的含量：的含量：有有些些铬铬酸酸
10、盐盐比比相相应应的的重重铬铬酸酸盐盐难难溶溶于于水水，用用下下面面的的反反应应可可以以鉴定鉴定Ag+的存在，同时也说明在重铬酸溶液中有铬酸根离子的存在。的存在，同时也说明在重铬酸溶液中有铬酸根离子的存在。本讲稿第十三页，共四十一页四、锰及其化合物四、锰及其化合物v1.锰的单质锰的单质锰的外形与铁相似，块状锰是白色金属，质硬而脆。锰的外形与铁相似，块状锰是白色金属，质硬而脆。常温下，锰能缓慢地溶于水。常温下，锰能缓慢地溶于水。锰与稀酸作用放出氢气并形成锰与稀酸作用放出氢气并形成Mn(H2O)62+。锰能在氧化剂的存在下与熔融的碱作用生成锰酸盐。锰能在氧化剂的存在下与熔融的碱作用生成锰酸盐。加热的
11、情况下，锰能与许多非金属反应。加热的情况下，锰能与许多非金属反应。本讲稿第十四页，共四十一页v2.锰的化合物锰的化合物锰锰原原子子的的价价层层电电子子构构型型为为3d54s2。锰锰的的+7价价化化合合物物中中以以高高锰锰酸酸盐盐最稳定。最稳定。高锰酸钾高锰酸钾高高锰锰酸酸钾钾是是最最重重要要的的氧氧化化剂剂之之一一。高高锰锰酸酸根根离离子子MnO4-的的空空间间构构型为正四面体。型为正四面体。本讲稿第十五页，共四十一页MnO4-溶溶液液是是常常用用的的氧氧化化剂剂之之一一。MnO4-在在酸酸性性溶溶液液中中被被还还原原为为Mn2+；在在中中性性或或弱弱碱碱性性溶溶液液中中被被还还原原为为MnO
12、2；在在浓浓碱碱溶溶液液中中，被还原为绿色的被还原为绿色的MnO42-，并放出，并放出O2。可以用下面的反应检验溶液中是否存在微量的可以用下面的反应检验溶液中是否存在微量的Mn2+：在在以以上上反反应应中中，当当溶溶液液中中有有Cl-存存在在时时，颜颜色色变变为为紫紫红红色色后后会会立立即即褪褪去去，原原因因在在于于MnO4-被被Cl-还还原原了了；当当Mn2+过过多多时时，也也会会在在紫紫红红色色出出现现后后立立即即消消失失，原原因因在在于于生生成成的的MnO4-又又被被过过量量的的Mn2+还还原原为为MnO2。本讲稿第十六页，共四十一页一、铁系元素的单质一、铁系元素的单质二、铁系元素的化合
13、物二、铁系元素的化合物第二节第二节 铁、钴和镍铁、钴和镍本讲稿第十七页，共四十一页一、铁系元素的单质一、铁系元素的单质v铁铁、钴钴、镍镍都都是是银银白白色色金金属属，都都表表现现出出明明显显的的磁磁性性，通通常常称称它们为铁磁性物质。它们为铁磁性物质。v空空气气和和水水对对钴钴、镍镍和和纯纯铁铁（块块状状）都都是是稳稳定定的的，但但一一般般含含有有杂杂质质的铁在潮湿的空气中慢慢形成棕色的铁锈的铁在潮湿的空气中慢慢形成棕色的铁锈Fe2O3 xH2O。v铁、钴和镍属于中等活泼的金属，都能溶于稀酸。铁、钴和镍属于中等活泼的金属，都能溶于稀酸。v在加热的条件下，铁、钴和镍能与许多非金属剧烈反应。在加热
14、的条件下，铁、钴和镍能与许多非金属剧烈反应。v铁、钴、镍都不易与碱作用铁、钴、镍都不易与碱作用。v铁铁、钴钴和和镍镍都都能能与与一一氧氧化化碳碳形形成成羰羰基基化化合合物物，这这些些羰羰基基化化合合物物的的稳稳定定性较差，利用它们的热分解反应可以得到高纯度的金属。性较差，利用它们的热分解反应可以得到高纯度的金属。本讲稿第十八页，共四十一页二、铁系元素的化合物二、铁系元素的化合物v铁铁、钴钴、镍镍原原子子的的价价层层电电子子构构型型分分别别为为3d64s2，3d74s2，3d84s2，它它们的最高氧化值分别为们的最高氧化值分别为+6，+5，+4。1.铁的化合物铁的化合物铁铁有有红红棕棕色色的的氧
15、氧化化铁铁Fe2O3，黑黑色色的的氧氧化化亚亚铁铁FeO和和黑黑色色的的四四氧氧化化三三铁铁Fe3O4（是是有有磁磁性性的的Fe()()和和Fe()Fe()的的混混合合型型氧氧化化物物)三三种种氧氧化化物物，它它们们都都不不溶溶于于水水，灼灼烧烧后后的的氧氧化化铁铁不不溶溶于于酸酸，氧氧化化亚亚铁铁能溶于酸。能溶于酸。本讲稿第十九页，共四十一页2.钴和镍的化合物钴和镍的化合物钴和镍的氧化物与铁的氧化物类似。钴和镍的氧化物与铁的氧化物类似。3.水溶液中铁、钴和镍的离子及其反应水溶液中铁、钴和镍的离子及其反应A.溶液中溶液中Fe()和和Fe()的反应的反应在在 水水 溶溶 液液 中中，Fe3+和和
16、 Fe2+分分 别别 以以 Fe(H2O)63+（淡淡 紫紫 色色）和和Fe(H2O)62+（淡淡绿绿色色）的的形形式式存存在在，它它们们在在溶溶液液中中发发生生的的反反应应有有水水解、沉淀、氧化还原和配合等解、沉淀、氧化还原和配合等。本讲稿第二十页，共四十一页本讲稿第二十一页，共四十一页B.溶液中溶液中Co2+的重要反应的重要反应本讲稿第二十二页，共四十一页C.溶液中溶液中Ni2+的重要反应的重要反应本讲稿第二十三页，共四十一页第三节第三节 铜族元素铜族元素一、铜族元素的单质一、铜族元素的单质二、铜族元素的化合物二、铜族元素的化合物三、水溶液中铜族元素的离子及其反应三、水溶液中铜族元素的离子
17、及其反应本讲稿第二十四页，共四十一页一、铜族元素的单质一、铜族元素的单质v周周期期系系第第B族族元元素素包包括括铜铜、银银、金金3中中元元素素，通通常常称称为为铜铜族族元元素素。v铜铜族族元元素素原原子子的的次次外外层层d轨轨道道都都充充满满了了电电子子，其其价价层层电电子子构构型型为为(n-1)d10ns1。v铜铜、银银和和金金的的熔熔、沸沸点点都都不不太太高高，它它们们的的延延展展性性、导导电电性性和和导导热性比较突出。热性比较突出。v铜、银和金的化学活泼性较差，室温下看不出它们与氧或水作用。铜、银和金的化学活泼性较差，室温下看不出它们与氧或水作用。v在含有在含有CO2的潮湿空气中，铜的表
18、面会逐渐蒙上绿色的铜锈。的潮湿空气中，铜的表面会逐渐蒙上绿色的铜锈。本讲稿第二十五页，共四十一页v银银或或金金在在潮潮湿湿的的空空气气中中不不发发生生变变化化。在在加加热热的的情情况况下下，只只有有铜铜与氧化合生成黑色的氧化铜与氧化合生成黑色的氧化铜CuO。v铜、银和金即使在高温下也不与氢、氮或碳作用。铜、银和金即使在高温下也不与氢、氮或碳作用。v在在常常温温下下，铜铜能能与与卤卤素素作作用用。银银与与卤卤素素反反应应较较慢慢，而而金金与与干干燥燥的卤素只有在加热时才反应。的卤素只有在加热时才反应。v铜铜、银银和和金金的的活活动动顺顺序序位位于于氢氢之之后后，它它们们不不能能从从稀稀酸酸中中置
19、置换换出出氢氢气。气。v铜铜、银银能能溶溶于于硝硝酸酸中中，也也能能溶溶于于热热的的浓浓硫硫酸酸中中，而而金金只只能能溶溶于于浓浓硝酸和浓盐酸的混合溶液（王水）中：硝酸和浓盐酸的混合溶液（王水）中：v在空气存在情况下，它们都能溶于氰化钾或氰化钠溶液中。在空气存在情况下，它们都能溶于氰化钾或氰化钠溶液中。本讲稿第二十六页，共四十一页二、铜族元素的化合物二、铜族元素的化合物1.铜的化合物铜的化合物铜铜可可以以形形成成氧氧化化值值为为+1，+2和和+3的的化化合合物物。Cu()的的化化合合物物一一般般是是白白色色或或无无色色，Cu+在在溶溶液液中中不不稳稳定定；Cu()的的化化合合物物或或配配合合物
20、物通通常常是是有有颜颜色色的的，它它的的化化合合物物种种类类较较多多，较较稳稳定定；Cu()的的化化合合物物有有较强的氧化性，稳定性较差，较为少见较强的氧化性，稳定性较差，较为少见。在在固固态态时时，Cu()化化合合物物比比Cu()化化合合物物的的热热稳稳定定性性高高；在在水水溶溶液中，液中，Cu()的化合物则是稳定的。的化合物则是稳定的。几几乎乎所所有有的的Cu()化化合合物物都都难难溶溶于于水水，Cu()化化合合物物易易溶溶于于水水的较多。的较多。CuCl CuBr CuI CuSCN CuCN Cu2S（溶解度）大（溶解度）大 小小本讲稿第二十七页，共四十一页2.银和金的化合物银和金的化
21、合物银和金都有氧化值为银和金都有氧化值为+1，+2，+3的化合物的化合物。在在银银的的化化合合物物中中，Ag()()的的化化合合物物最最稳稳定定，种种类类也也较较多多；Ag()()和和Ag()()的的二二元元化化合合物物都都具具有有很很强强的的氧氧化化性性，其其中中AgO是是仅仅次于次于O3和和F2的强氧化剂。的强氧化剂。Au()()的的化化合合物物几几乎乎都都难难溶溶于于水水，在在水水溶溶液液中中很很不不稳稳定定，容容易易歧歧化化为为Au()()和和Au；Au（）的的化化合合物物较较少少见见；Au()()的的化化合合物物较较稳稳定定，在在水水溶溶液液中中多多以以配配合合物物的的形形式式存存在
22、在；Au()()和和Au()()化合物的氧化性都较强。化合物的氧化性都较强。本讲稿第二十八页，共四十一页Ag()()化合物的热稳定性较差，难溶于水的较多，且见光易分解。化合物的热稳定性较差，难溶于水的较多，且见光易分解。AgF AgCl AgBr AgI（溶解度）（溶解度）大大 小小本讲稿第二十九页，共四十一页三、水溶液中铜族元素的离子及其反应三、水溶液中铜族元素的离子及其反应1.溶液中溶液中Cu2+的重要反应的重要反应2.溶液中溶液中Ag+的重要反应的重要反应本讲稿第三十页，共四十一页本讲稿第三十一页，共四十一页本讲稿第三十二页，共四十一页第四节第四节 锌族元素锌族元素一、锌族元素的单质一、
23、锌族元素的单质二、锌族元素的化合物二、锌族元素的化合物三、水溶液中锌族元素的离子及其反应三、水溶液中锌族元素的离子及其反应本讲稿第三十三页，共四十一页一、锌族元素的单质一、锌族元素的单质v周周期期系系第第B族族元元素素包包括括锌锌、镉镉和和汞汞3中中元元素素，通通常常称称为为锌锌族族元元素。素。v锌锌、镉镉和和汞汞是是银银白白色色金金属属（锌锌略略带带蓝蓝色色）。锌锌和和镉镉的的熔熔点点都都不不高高，汞是室温下唯一的液态金属。汞是室温下唯一的液态金属。v锌锌、镉镉、铜铜、银银、金金、钠钠、钾钾等等金金属属易易溶溶于于汞汞中中形形成成合合金金，这这种种合合金金叫叫做做汞汞齐齐，有有液液态态、糊糊
24、状状和和固固态态等等形形式式。汞汞齐齐中中的的金金属属仍仍然然保保留留着这些金属原有的性质。着这些金属原有的性质。v一一般般说说来来，锌锌、镉镉和和汞汞的的化化学学活活泼泼性性从从锌锌到到汞汞降降低低。它它们们在在干干燥燥的的空气中是稳定的。空气中是稳定的。v在在有有CO2存存在在的的潮潮湿湿空空气气中中，锌锌的的表表面面常常生生成成一一层层碱碱式式碳碳酸酸盐的薄膜，从而保护锌不被继续氧化。盐的薄膜，从而保护锌不被继续氧化。本讲稿第三十四页，共四十一页v汞汞与与硫硫粉粉混混合合不不必必加加热热就就容容易易生生成成HgS；锌锌和和镉镉与与硫硫粉粉在在加加热热时时才能生成硫化物。才能生成硫化物。v
25、室温下，汞的蒸汽与碘的蒸汽相遇时，能生成室温下，汞的蒸汽与碘的蒸汽相遇时，能生成HgI2。v锌锌在在室室温温下下不不能能从从水水中中置置换换出出氢氢气气，但但锌锌和和镉镉能能从从盐盐酸酸或或稀稀硫硫酸酸中置换出氢气来，锌在强碱溶液中也可以置换出氢气。中置换出氢气来，锌在强碱溶液中也可以置换出氢气。v汞能与硝酸反应而溶解。汞能与硝酸反应而溶解。本讲稿第三十五页，共四十一页二、锌族元素的化合物二、锌族元素的化合物1.锌、镉的化合物锌、镉的化合物锌和镉通常形成氧化值为锌和镉通常形成氧化值为+2的化合物。的化合物。锌和镉的卤化物中，除氟化物微溶于水外，余者均易溶于水。锌和镉的卤化物中，除氟化物微溶于水
26、外，余者均易溶于水。锌和镉的硝酸盐、硫酸盐也都易溶于水。锌和镉的硝酸盐、硫酸盐也都易溶于水。锌的化合物大多数都是无色的。锌的化合物大多数都是无色的。锌和镉的化合物通常可用它们的单质或氧化物为原料来制取。锌和镉的化合物通常可用它们的单质或氧化物为原料来制取。Zn()和和Cd()的化合物受热时，一般情况下氧化值不改变。的化合物受热时，一般情况下氧化值不改变。本讲稿第三十六页，共四十一页2.汞的化合物汞的化合物汞汞除除了了形形成成氧氧化化值值为为+2的的化化合合物物外外，还还有有氧氧化化值值为为+1（Hg22+）的化合物。）的化合物。绝绝大大多多数数亚亚汞汞（Hg22+）的的无无机机化化合合物物都都
27、是是难难溶溶于于水水的的，Hg()的的化化合合物物中中难难溶溶于于水水的的也也较较多多。而而易易溶溶于于水水的的汞汞的的化化合合物物则则都都是是有有毒毒的。的。HgCl2能能升升华华，被被称称为为升升汞汞，它它有有剧剧毒毒，其其分分子子是是以以共共价价键键结结合合的，空间构型为直线形。的，空间构型为直线形。本讲稿第三十七页，共四十一页其其他他Hg()的的卤卤化化物物（HgF2除除外外）以以及及Hg(CN)2和和Hg(SCN)2也也都都是共价型分子，空间构型也均为直线形。是共价型分子，空间构型也均为直线形。Hg2Cl2被称为甘汞，常用来制造甘汞电极。被称为甘汞，常用来制造甘汞电极。硝酸汞和硝酸亚汞都是易溶于水的，二者都是离子型化合物。硝酸汞和硝酸亚汞都是易溶于水的，二者都是离子型化合物。三、水溶液中锌族元素的离子及其反应三、水溶液中锌族元素的离子及其反应1.Zn2+，Cd2+离子的反应离子的反应2.Hg()，Hg()离子的反应离子的反应本讲稿第三十八页，共四十一页本讲稿第三十九页，共四十一页本讲稿第四十页，共四十一页本讲稿第四十一页，共四十一页