过渡元素Ⅰ分析.pptx

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1、掌握过渡元素的通性掌握过渡元素的通性熟悉钛金属的耐腐性、熟悉钛金属的耐腐性、Ti()化物的热稳定性和水解性化物的热稳定性和水解性熟悉钒的各种价态离子的颜色和水解性、熟悉钒的各种价态离子的颜色和水解性、V()化合物的化合物的氧化性、离子存在形式与溶液氧化性、离子存在形式与溶液pH的关系的关系熟悉铬熟悉铬Cr()含氧酸盐的相互转化及其氧化性，含氧酸盐的相互转化及其氧化性，Cr()氢氢氧化物的两性及铬化合物的颜色和难溶的铬酸盐，了解多酸氧化物的两性及铬化合物的颜色和难溶的铬酸盐，了解多酸型配合物型配合物熟悉锰的重要化合物熟悉锰的重要化合物高锰酸钾的强氧化性和不稳定性，高锰酸钾的强氧化性和不稳定性，锰

2、酸钾的不稳定性和易歧化性，二氧化锰较强氧化性锰酸钾的不稳定性和易歧化性，二氧化锰较强氧化性 本章学习要求第1页/共53页过渡元素简介过渡元素简介20.1 过渡元素概述图图20-1 过渡元素在元素周期表中的位置过渡元素在元素周期表中的位置20.1 20.1 过渡元素概述过渡元素概述第2页/共53页通常按不同周期将过渡元素分为三个过渡系：第一过渡系：第四周期 钪(Sc)锌(Zn);第二过渡系：第五周期 钇(Y)镉(Cd);第三过渡系：第六周期 镥(Lu)汞(Hg)；第四过渡系：第七周期 锕(Ac)Uub。过渡元素在自然界中储量以第一过渡系为较多，其单质和化合物在工业上的用途也较广泛。原子的价电子层

3、构型 (n-1)d1-10ns1-2 (Pd为5s0)20.1 过渡元素概述第3页/共53页物理性质物理性质 熔点、沸点高熔点、沸点高熔点最高的单质：钨熔点最高的单质：钨(W)硬度大硬度大硬度最大的金属：铬硬度最大的金属：铬(Cr)密度大密度大密度最大的单质：锇密度最大的单质：锇(Os)导电性、导热性、延展性好导电性、导热性、延展性好20.1 过渡元素概述熔点变化示意图第4页/共53页密度变化示意图20.1 过渡元素概述第5页/共53页原子半径和电离能原子半径和电离能20.1 过渡元素概述原子半径变化趋势：原子半径变化趋势：同周期同周期左左右右减小减小增增大大同副族同副族上上下下增大（增大（除

4、除B外外）第一过渡系元素第二过渡系元素第三过渡系元素 第6页/共53页变化趋势：变化趋势：同周期同周期左左右右增大增大同副族同副族上上下下不规律不规律20.1 过渡元素概述第一电离能第7页/共53页化学性质化学性质20.1 过渡元素概述单质的活泼性单质的活泼性：同周期：同周期左左右右降低降低第8页/共53页20.1 过渡元素概述单质的活泼性单质的活泼性：同副族同副族 上上下下 降低降低第9页/共53页过渡元素大多可以形成过渡元素大多可以形成多种氧化值多种氧化值的化合物。的化合物。红色为常见的氧化态红色为常见的氧化态20.1 过渡元素概述过渡元素的氧化态过渡元素的氧化态第10页/共53页20.1

5、 过渡元素概述MONNOOO形成多种配合物形成多种配合物第11页/共53页CoNH3NH3NH3H3NH3NOONCoNH3NH3H3NH3NNOONH3nitronitrito20.1 过渡元素概述第12页/共53页过渡元素离子的颜色过渡元素离子的颜色20.1 过渡元素概述l过渡元素的水合离子及配离子通常具有颜色。颜色是由于过渡元素的水合离子及配离子通常具有颜色。颜色是由于配离子吸收一部分可见光配离子吸收一部分可见光(400nm800nm)发生发生d-d跃迁。跃迁。第13页/共53页20.2 钛副族元素钛副族元素的通性钛副族元素的通性钛副族（钛副族（B族）：族）：元素包括钛元素包括钛Ti(t

6、itanium)、锆、锆Zr(zirconium)、铪、铪Hf(hafnium)，属于稀有元素，价电子，属于稀有元素，价电子构型为构型为(n-1)d2ns2氧化态：氧化态：最稳定的氧化态是最稳定的氧化态是+4，其次是，其次是+3，而，而+2氧化氧化态很少见。在特定条件下，钛还可呈现态很少见。在特定条件下，钛还可呈现0和和-1的低氧化态。的低氧化态。锆、铪生成低氧化态的趋势比钛小。锆、铪生成低氧化态的趋势比钛小。存在形式：存在形式：钛钛在地壳中的储量相当丰富在地壳中的储量相当丰富(0.45%)，主要，主要矿物是钛铁矿矿物是钛铁矿FeTiO3和金红石和金红石TiO2。锆锆（Zirconium）以斜

7、）以斜锆矿锆矿ZrO2和锆英石和锆英石ZrSiO4的形式存在。的形式存在。铪铪（Hafnium）总是）总是以锆的百分之几的量与锆伴生且分离困难。以锆的百分之几的量与锆伴生且分离困难。20.2 20.2 钛副族元素钛副族元素第14页/共53页钛的提取：钛的提取：工业上常用工业上常用FeTiO3为原料来制金属为原料来制金属钛钛1）矿石中含有）矿石中含有FeO、Fe2O3杂质，先用浓硫酸处理杂质，先用浓硫酸处理FeTiO3+2H2SO4FeSO4+2H2O+TiOSO4(硫酸氧钛硫酸氧钛/硫酸氧钛硫酸氧钛酰）酰）2）煮沸）煮沸TiOSO4：TiOSO4+H2O偏钛酸偏钛酸H2TiO3+H2SO43）

8、分离煅烧：）分离煅烧：H2TiO3TiO2+H2O4）碳氯法：）碳氯法：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO5）在）在1070K用熔融的镁在氩气氛中还原用熔融的镁在氩气氛中还原TiCl4可得海绵钛，再可得海绵钛，再经熔融制得钛锭。经熔融制得钛锭。TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti20.2 钛副族元素第15页/共53页单质的物理及化学性质单质的物理及化学性质钛抗腐蚀性强、密度小、亲生物体性及有钛抗腐蚀性强、密度小、亲生物体性及有记忆性的金属记忆性的金属，用于化工、海上设备，医疗、用于化工、海上设备，医疗、卫星卫星等。锆与铪的性质极等。锆与铪的性质极相似相似,硬度较大、导电不良、外表类似不

9、锈钢。硬度较大、导电不良、外表类似不锈钢。钛能溶于热的浓钛能溶于热的浓HCl：2Ti+6HCl=2TiCl3+3H2钛易溶于钛易溶于HF+HCl(H2SO4)：Ti+6HF=2TiF62-+2H+2H220.2 钛副族元素钛蓝宝石含钛刚玉钛合金第16页/共53页镍钛合金20.2 钛副族元素第17页/共53页钛的化合物钛的化合物1.TiO2：金红石、钛白，白色粉末，不溶于水及稀酸，可金红石、钛白，白色粉末，不溶于水及稀酸，可溶于溶于HF和浓硫酸中。和浓硫酸中。TiO2是一种优良颜料、催化剂、纳是一种优良颜料、催化剂、纳米材料。米材料。TiO2+6HFH2TiF6+2H2O2.Ti4+容易水解得到

10、容易水解得到TiO2+离子离子钛酰钛酰（钛氧离子）。（钛氧离子）。TiCl4：易水解为偏钛酸及易水解为偏钛酸及TiOCl2(氯化钛酰氯化钛酰），在浓），在浓HCl中生成中生成H2TiCl63.Ti2(SO4)3：三价钛的还原性比三价钛的还原性比(Sn2+)稍强，二价钛具有更稍强，二价钛具有更强的还原性。强的还原性。Ti2(SO4)3+Fe2(SO4)32Ti(SO4)2+2FeSO420.2 钛副族元素3d24s2氧化值氧化值+4，+3，+2，0，-1第18页/共53页钒副族（钒副族（VB族）：族）：包括钒包括钒V(vandanium)、铌、铌Nb(niobium)、钽、钽Ta(tantalu

11、m)，属于稀有元素，价，属于稀有元素，价电子构型为电子构型为(n-1)d34ns12，Nb的电子排布较为特殊的电子排布较为特殊氧化态：氧化态：最稳定的氧化态是最稳定的氧化态是+5。V、Nb、Ta以以+5价最稳定，价最稳定，V的的+4价也较稳定。价也较稳定。单质：单质：容易呈钝态、都溶于硝酸和氢氟酸的混合酸容易呈钝态、都溶于硝酸和氢氟酸的混合酸中，钽不溶于王水。中，钽不溶于王水。20.3 钒副族元素钒副族元素的通性钒副族元素的通性20.3 20.3 钒副族元素钒副族元素第19页/共53页钒主要矿物有：绿硫钒矿VS2或V2S5，钒铅矿Pb5VO43Cl等。Nb（niobium）和Ta（tantal

12、um）因性质相似，在自然界中共生，矿物为Fe(Nb,Ta)O32如果Nb的含量多就称铌铁矿，反之为钽铁矿。20.3 钒副族元素VB族存在和提取族存在和提取l钒、铌、钽的单质均为银白色，有金属光泽，结构为体心立方，熔点较高，且随周期数增加而升高。纯净金属硬度低、具延展性，含有杂质时则变得硬而脆。单质容易呈钝态、都溶于硝酸和氢氟酸的混合酸中，钽不溶于王水单质的物理和化学性质单质的物理和化学性质第20页/共53页钒的化合物钒的化合物V(+5)具有较大的电荷半径比，所以在水溶液中不存在简单的V5+离子，而是以钒氧基(VO2+、VO3+)或钒酸根(VO3-,VO43-)等形式存在。同样，氧化态为+4的钒

13、在水溶液中以VO2+离子形式存在。20.3 钒副族元素V2O5：为两性偏酸性的氧化物，是一种重要的催化剂l偏钒酸铵2NH4VO3V2O5+2NH3+H2OlV2O5+5Ca2V+5CaOlV2O5+NaOH正钒酸钠Na3VO4+3H2OlV2O5+6HCl2VOCl2+Cl2+H2OlVO2+Fe2+H+VO2+Fe3+H2Ol2VO2+C2O42-+4H+2VO2+2CO2+2H2O第21页/共53页钒酸盐和多钒酸盐钒酸盐和多钒酸盐偏钒酸盐偏钒酸盐MIVO3、正钒酸盐、正钒酸盐M3IVO4、焦钒酸盐、焦钒酸盐M4IV2O7及多及多钒酸盐钒酸盐M3IV3O9、M6IV10O28等。等。VO43

14、-+2H+2HVO42-V2O74-+H2O(pH13)2V2O74-+6H+2V3O93-+3H2O(pH8.4)10V3O93-+12H+3V10O286-+6H2O(8pH3)若酸度再增大若酸度再增大,则缩合度不变则缩合度不变,而是获得质子。而是获得质子。V10O286-+H+HV10O285-若若pH=1时则变为时则变为VO2+。在钒酸盐溶液中加过氧化氢在钒酸盐溶液中加过氧化氢,若溶液是弱碱性、中性或弱酸性若溶液是弱碱性、中性或弱酸性时得时得黄色黄色二过氧钒酸离子二过氧钒酸离子,VO2(O2)23-,此法可用于鉴定钒。此法可用于鉴定钒。第22页/共53页20.4 20.4 铬副族元素铬

15、副族元素20.4 铬副族元素族元素的通性族元素的通性B族元素：族元素：铬铬Cr(chromium)、钼、钼Mo(molybdenum)、钨、钨W(tungsten)，价电子，价电子(n-1)d45ns12，W电子排布较特殊电子排布较特殊氧化态：氧化态：s电子和电子和d电子都参加成键，最高氧化态是电子都参加成键，最高氧化态是+6。铬。铬可形成可形成+2、+3氧化态，少数铬的氧化态，少数铬的+5和和+4氧化态化合物虽然存氧化态化合物虽然存在，但不稳定，易发生歧化作用。在，但不稳定，易发生歧化作用。铬元素的电势图-1.4-0.12-1.1-1.3-0.741.33-0.41-0.91第23页/共53

16、页存在：存在：铬铁矿铬铁矿(Fe(CrO2)2)、辉钼矿、辉钼矿(MoS2)、黑钨矿、黑钨矿(MnFeWO4)、白钨矿、白钨矿(CaWO4)20.3 铬 钼 钨 多酸型配合物辉钼矿黑钨矿白钨矿第24页/共53页4FeCr2O4+8Na2CO3+7O2 8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2Na2Cr2O7+2C Cr2O3+Na2CO3+COCr2O3(s)+2Al(s)2Cr(s)+Al2O3(s)Na2CrO4+H2SO4 Na2Cr2O7+Na2SO4+H2O提取提取第25页/共53页（1）灰白色）灰白色,熔点沸点高，硬度大熔点沸点高，硬度大（2）活泼金属，表面已形一层成氧化膜，活泼性

17、下降）活泼金属，表面已形一层成氧化膜，活泼性下降（3）无氧化膜金属与酸的反应）无氧化膜金属与酸的反应 Cr+2H+(稀稀)Cr2+(蓝蓝)+H220.3 铬 钼 钨 多酸型配合物单质的物理及化学性质单质的物理及化学性质在冷、浓硝酸中钝化.第26页/共53页铬的化合物铬的化合物铬的重要化合物：铬的重要化合物：Cr2O3（铬绿铬绿）绿色粉末）绿色粉末；CrO3暗暗红色晶体；红色晶体；K2CrO4黄色晶体；黄色晶体；K2Cr2O7橙红色晶橙红色晶体；硫酸钾铬体；硫酸钾铬(铬钾钒铬钾钒)KCr(SO4)212H2O暗紫色晶体。暗紫色晶体。20.3 铬 钼 钨 多酸型配合物制备：制备：性质：性质：（亮绿

18、色）（灰绿）第27页/共53页20.3 铬 钼 钨 多酸型配合物水溶液中铬的离子及其反应水溶液中铬的离子及其反应Cr()盐Cr()的水解Cr(H2O)63+Cr(OH)(H2O)52+K10-4往Cr3+中加入弱酸根离子，Cr3+将完全水解：第28页/共53页Cr()的还原性的还原性20.3 铬 钼 钨 多酸型配合物Cr()具有还原性，但在碱性条件下较强，即：若想将具有还原性，但在碱性条件下较强，即：若想将Cr()氧化为氧化为Cr()，选择碱性条件更容易进行。，选择碱性条件更容易进行。Cr()氧化性：氧化性：2Cr3+(紫色紫色)+Zn(s)2Cr2+(蓝色蓝色)+Zn2+Cr()的配合物有多

19、种颜色：的配合物有多种颜色：Cr(H2O)6Cl3紫色；紫色；CrCl(H2O)5Cl2H2O蓝绿色；蓝绿色；CrCl2(H2O)4ClH2O绿色绿色第29页/共53页Cr()的鉴定的鉴定(乙醚)(戊醇)蓝色H+20.3 铬 钼 钨 多酸型配合物过氧化铬兰色第30页/共53页Cr2O72-与CrO42-间的转化pH值影响：值影响：pH6，CrO42-为主；为主；pH13.5的碱性溶液中稳定存在的碱性溶液中稳定存在在水溶液中易歧化在水溶液中易歧化第49页/共53页Mn()的性质Mn()通常以KMnO4的形式存在，紫黑色晶体，其溶液具有强氧化性。20.4 锰 强氧化性强氧化性1.51V/MnMnO24=+-)(E溶液的酸度不同，溶液的酸度不同，MnO4-被还原的产物不同被还原的产物不同不稳定性不稳定性见光见光(遇酸遇酸)浓碱浓碱加热加热第50页/共53页H+或或CO2(歧化歧化)(黑褐黑褐)(白色白色)(肉色肉色)(深肉色深肉色)无无O2+OH-H+KClO3+KOHH2O+SO32-OH-(浓浓)+SO32-H+或或CO32-(歧化歧化)(紫色紫色)(暗绿暗绿)元素Mn小结第51页/共53页本章作业本章作业(可不交可不交)P515-5172、3、7、8、17第52页/共53页感谢您的观看。第53页/共53页