第6章 d区(1).ppt

ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 1 6 1过渡元素的通性6 2钛及其化合物6 3钒及其化合物6 4铬及其化合物6 5钼 钨和它们的化合物6 6锰及其化合物 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 2 6 1过渡元素的通性 一 过渡元素在周期表中的位置 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 3 二 过渡元素原子的价电子层构型 d区 n 1 d1 9ns1 2 ds区 n 1 d10ns1 2 f区 n 2 f0 14 n 1 d0 2ns2 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 4 三 过渡元素的原子半径 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 5 四 过渡元素的第一电离能 总趋势 同周期左 右小 大同副族不规律 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 6 五 过渡元素的物理性质 1 熔点 沸点高熔点最高的单质 钨 W 2 硬度大硬度最大的金属 铬 Cr 3 密度大密度最大的单质 锇 Os 4 导电性 导热性 延展性好 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 7 六 过渡元素的化学性质 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 8 七 过渡元素的氧化态 红色为常见的氧化态 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 9 八 过渡元素离子的颜色 过渡元素的水合离子大多有颜色 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 10 过渡元素形成的配合物常具有颜色 九 形成多种配合物 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 11 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 12 6 2钛及其化合物 钛副族 IVB Ti Zr Hf价层电子构型 n 1 d2ns2 钛 1791年英国Cornish教区牧师 兼业余化学家WilliamGregor 威廉 格里戈尔 最先得到钛的不纯氧化物 1795年德国化学家M H Klaproth 克拉普罗特 发现同样的化合物 并按希腊神话中被罚生活于地球隐秘之火中的天与地的子女 Tian Titans 泰坦 之名 将新元素命名为钛 Titanium ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 13 锆 1789年Klaproth 克拉普罗特 从被当作宝石的锆石中分离出锆的氧化物 直到1925年A E VanArkel 范阿克耳 和J H deBoer 德布尔 用碘化物分解法制得锆 Zirconium 铪 1922 1923年 在哥本哈根Bohr实验室工作D Coster 科斯特 和G VonHevesy 赫维西 用X射线分析法证实72号元素存在于挪威的锆石中 此元素被命名为铪 Hafnium 哥本哈根的拉丁名称是Hafnia 在自然界中的存在形式 钛 主要存在于钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2锆 主要存在于锆英石ZrSiO4和斜锆石ZrO2铪 通常与锆共生 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 14 银白色 密度4 54 比钢铁的7 8小 比铝的2 7大 较轻 强度接近钢铁 兼有铝铁的优点 既轻强度又高 航天材料 眼镜架等 钛 一 钛单质 1 物理性质 2 化学性质 热力学上很活波 但表面易钝化 故常温下极稳定 耐酸碱腐蚀性好 但高温时相当活波 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 15 3 用途 1 记忆性合金 Ni Ti合金 可制造人造卫星天线 固定接头等 2 储氢材料 Ti Fe合金 Ti Mn合金 继Fe Al之后 预计Ti将成为应用广泛的第三金属 3 人造骨 亲生物性 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 16 二 钛的重要化合物 TiO2 TiO2 金红石 rutile 锐钛矿 anatase 板钛矿 brookite 注 通过化学处理制造出来的纯TiO2是一种白色粉末 俗称 钛白 TiO2的化学性质不活泼 且覆盖能力强 折射率高 可用于制造高级白色油漆 它兼有锌白 ZnO 的持久性和铅白 Pb OH 2CO3 的遮盖性 最大的优点是无毒 在高级化妆品中作增白剂 TiO2也用作高级铜板纸的表面覆盖剂 以及用于生产增白尼龙 TiO2粒子具有半导体性能 且以其无毒 廉价 催化活性高 稳定性好等特点 成为目前多相光催化反应最常用的半导体材料 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 17 TiCl4 无色溶液 刺激性气味 极易水解 在空气中冒白烟 TiCl4 H2O TiOCl2 2HCl 部分水解 TiCl4 H2O H2TiO3 4HCl 完全水解 利用TiCl4的水解性 可制作烟幕弹 用途 是齐格勒 纳塔 Eiegler Natta 催化剂的成分之一 用于催化定向聚丙稀的合成 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 18 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 19 6 3钒及其化合物 钒副族 VB VNbTa价层电子构型 3d34s2 4d45s1 5d36s2 钒 1801年 西班牙矿物学家的A M delRio 里奥 宣称发现了一种新元素 但是遗憾的是四年后他却放弃了自己的主张 直到1830年 瑞典人N G Sefstr m 塞夫斯特穆 从瑞典某些矿石中 再发现 了该元素 并以神话中斯堪的纳维亚的美女神Vanadis 维纳迪斯 的名字命名 称之为钒 Vanadium ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 20 铌 1801年 英国化学家C Hatchett 哈奇特 从英国大不列颠博物馆一种矿石中分离出一种新元素的氧化物 并将其命名为 钶 1844年 H Rose 罗瑟 将其称之为铌 niobium 是以Tantalus 坦塔罗斯 的女儿Niobe 尼俄柏 命名的 钽 1801年 瑞典化学家A G Ekeberg 埃克贝里 研究芬兰矿石 并于1802年宣称验明一种新元素 他以希腊神Tantalus 坦塔罗斯 命名为钽 tantalum 在自然界中的存在形式 钒 钒钛铁矿铌 钽 性质相似 自然界中常常共生 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 21 一 单质钒 物理性质 银灰色 高熔点 硬度大 延展性好 化学性质 热力学上很活波 但表面易钝化 故常温下较稳定 但高温时相当活波 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 22 二 钒的重要化合物 V2O5 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 23 是H3VO4和HVO3的酸酐 橙黄或砖红色固体 较好的催化剂 两性氧化物 以酸性为主 V2O5 6NaOH 2Na3VO4 3H2OV2O5 H2SO4 VO2 2SO4 H2O 具有一定氧化性 V2O5 6HCl 浓 2VOCl2 Cl2 3H2O ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 24 钒的元素电势图 EyA V ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 25 6 4铬及其化合物 铬副族 VIB CrMoW价层电子构型 3d54s1 4d55s1 5d46s2 铬 1797年 法国人L N Vauquelin 沃克兰 在一种现在称为铬铅矿的西伯利亚矿物中发现了一种新元素的氧化物 并在次年用木炭还原的方法分离出金属铬 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 26 钼 1778年瑞典化学家C W Scheele 舍勒 由辉钼矿 MoS2 制得一种新元素 Mo 的氧化物 1782年 瑞典化学家P J Hjelm 耶尔姆 用木炭加热钼的氧化物分离出金属钼 钼的名字是由希腊文molybdos而来 钨 1781年 Scheele 舍勒 分离出一种新的氧化物 后来被证明是黑钨矿 wolframite 的一种成分 将它与木炭加热还原得到金属钨 在自然界中的存在形式 铬 铬铁矿 Fe CrO2 2 钼 辉钼矿 MoS2 钼酸钙矿 CaMoO4 钨 黑钨矿 FeWO4 MnWO4 白钨矿 CaWO4 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 27 一 单质铬 1 铬元素的电势图 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 28 2 单质铬的性质 灰白色 熔点沸点高 硬度大 抗腐蚀 无膜金属与酸的反应 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 29 二 铬的化合物 1 Cr2O3 铬绿 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 30 2 Cr OH 3 两性氢氧化物 与酸反应 Cr OH 3 3H Cr3 3H2O与碱反应 Cr OH 3 OH Cr OH 4 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 31 Cr OH 3的酸式电离和碱式电离 故向Cr OH 3溶液中 加酸 加速碱式电离加碱 加速酸式电离 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 32 三 Cr2O72 与CrO42 间的转化 两种因素 pH值和溶解度 1 pH值的影响 实验证明 当pH 11时 Cr 几乎100 以CrO42 形式存在 当pH 1 2时 其几乎100 以Cr2O72 形式存在 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 33 2 溶解度的影响 向重铬酸盐溶液中加入Ba2 Pb2 或Ag 时 可使上述平衡向生成CrO42 的方向移动 生成相应的铬酸盐沉淀 Ksp Ag2CrO4 1 1 10 12 Ksp Ag2Cr2O7 1 1 10 7 原因 Ag Ba2 Pb2 的铬酸盐的溶解度比相应的重铬酸盐的溶解度小 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 34 四 Cr III 和Cr IV 的氧化还原转化 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 35 酸性介质 Cr3 还原性较弱 要使Cr3 氧化成Cr2O72 必须加强氧化剂 如 NH4 2S2O8或KMnO4等 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 36 碱性介质 CrO2 还原性较强 易被中等强度的氧化剂氧化为CrO42 如 H2O2 NaClO 空气中的O2 Cl2等氧化为CrO42 2NaCrO2 3H2O2 2NaOH 2Na2CrO4 4H2O 亮绿色 黄色 该反应可用于鉴定溶液中的Cr III ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 37 酸性介质 Cr2O72 氧化性较强碱性介质 CrO42 氧化性很差 不考虑 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 38 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 39 重铬酸钾的制备 工业上 以铬铁矿为原料制备 第二步 在所得熔体中 用水浸出可溶性物质Na2CrO4 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 40 检查司机是否酒后开车的 呼吸分析仪 就是应用乙醇被重铬酸钾氧化后溶液变色的原理设计成的 C2H5OH K2Cr2O7 CH3COOH Cr2 SO4 3 K2SO4 H2O 橙红色 绿色 司机喝酒以后 血液中乙醇含量增加 当乙醇浓度超过80mg 100cm3血液 最大允许量 时 他呼出的气体中所含的乙醇就可以使装在呼吸仪中的橙红色的重铬酸钾溶液还原 溶液变成绿色 Cr3 重铬酸钾的应用 氧化性 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 41 CrO5 蓝色稳定的络合物 CrO5不稳定 放置后发生如下反应 2CrO5 蓝色 6H 2Cr3 3H2O 3 5O2 在酸性溶液中 Cr2O72 与H2O2反应 加入乙醚 生成蓝色稳定的络合物 该显色反应可用于鉴定Cr VI ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 42 过氧链 O O 取代了酸根中的双键氧 此反应也可用于鉴定过氧链的存在 CrO5 典型的过氧链转移反应 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 43 五 铬的配合物 1 水合离子 Cr H2O 63 在一定条件下 配位水可以被其他的配体取代 CrCl H2O 5 Cl2 H2O浅绿色 CrCl2 H2O 4 Cl 2H2O深绿色 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 44 2 氨合物 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 45 6 5钼 钨和它们的化合物 在自然界中的存在形式 钼 辉钼矿 MoS2 钼酸钙矿 CaMoO4 钨 黑钨矿 FeWO4 MnWO4 白钨矿 CaWO4 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 46 一 钼 钨的单质 银白色高熔点室温下较稳定 高温下较活波 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 47 二 钼 钨的重要化合物 1 钼酸盐 MoO42 和钨酸盐 WO42 2 钼酸 钨酸 同多酸 杂多酸和它们的盐 氧化性很弱 MoO42 2H H2MoO4 白 WO42 2H H2WO4 黄 注 钼酸和钨酸的酸性比铬酸弱 而且按H2CrO4 H2MoO4 H2WO4顺序酸性迅速减弱 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 48 同多酸 由两个以上同种简单含氧酸分子缩合而形成的酸 化学式组成七钼酸H6Mo7O247MoO3 3H2O八钼酸H4Mo8O268MoO3 2H2O十二钼酸H10Mo12O4112MoO3 5H2O八钨酸H4W8O268WO3 2H2O十二钨酸H10W12O4112WO3 5H2O ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 49 杂多酸 由两种不同含氧酸分子之间缩合而形成的酸 化学式组成十二钼磷杂多酸H3 PMo12O40 H3PO4 12MoO3十二钼硅杂多酸H4 SiMo12O40 H4SiO4 12MoO3十二钨磷杂多酸H3 PW12O40 H3PO4 12WO3十二钨硅杂多酸H4 SiW12O40 H4SiO4 12WO3 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 50 6 6锰及其化合物 锰分族 VIIB Mn Tc Re价层电子构型 n 1 d5ns2 在自然界中的存在形式 锰 软锰矿 MnO2 xH2O 黑锰矿 Mn3O4 锝 主要是人工核反应获得铼 非常稀少 通常与钼伴生 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 51 一 单质锰 物性 白色金属 硬而脆 外形与铁相似 化性 活泼Ey Mn2 Mn 1 182V 加热下 锰能与水反应 置换出H2Mn 2H2O Mn OH 2 H2能溶于稀酸并放出H2Mn 2H 稀 Mn2 H2 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 52 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 53 二 锰的化合物 Mn的价电子构型 3d54s2可形成多种氧化态 从0 7 最高氧化数 价电子数 锰的氧化物及其水合物酸碱性的递变规律 是过渡元素中最典型的 随锰的氧化值升高 碱性逐渐减弱 酸性逐渐增强 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 54 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 55 1 Mn II 化合物 在水中溶解性 Mn II 强酸盐易溶 如MnSO4 MnCl2 Mn NO3 2等 Mn II 弱酸盐和氢氧化物难溶 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 56 在酸性介质中 Mn II 稳定 还原性差 要实现Mn2 MnO4 的转化需要采用强氧化剂 例如 NaBiO3 PbO2 K2S2O8 H5IO6等 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 57 在碱性介质中 Mn II 不稳定 还原性强 向Mn2 的溶液中加入OH 时 Mn2 2OH Mn OH 2 白色 Mn OH 2 1 2O2 MnO OH 2 褐色 二羟基氧锰MnO OH 2 x 1 H2O MnO2 xH2O 棕黑色 在氨碱性条件下 向Mn2 溶液中加入H2S溶液 生成浅红色的MnS沉淀Mn2 H2S 2NH3 MnS 浅红色 2NH4 沉淀溶解于醋酸MnS 2HAC Mn2 H2S 2AC ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 58 Mn II 盐的热稳定性 二价锰盐中 硫酸锰最稳定 可形成含有7 5 4或1水合物 红热时不分解 易脱水 MnSO4 7H2O MnSO4 5H2O MnSO4 4H2O MnSO4 H2O 酸根有氧化性的二价锰盐热稳定性不如硫酸锰 高温分解时Mn II 被氧化 如 Mn NO3 2 MnO2 2NO2 Mn ClO4 2 MnO2 Cl2 O2 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 59 Mn II 配合物 与H2O Cl 等弱场配体形成外轨配合物 如Mn H2O 62 和MnCl64 如Mn CN 64 与CN 强配体形成内轨配合物 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 60 2 Mn IV 化合物 MnO2 黑色无定形粉末 不溶于水 稀酸 稀碱 热不稳定性 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件 61 氧化还原性 ElementalChemistryCAI元素化学教学课件