第十六章-过渡金属元素.ppt

s区ns12p区ns2np16（He无p电子）d区(n1)d110ns12(Pd无s电子)f区(n2)f114(n1)d02ns2,结构分区,一、钛及其化合物二、钒及其化合物三、铬及其化合物四、锰及其化合物,第一节钛、钒、铬和锰,钛的主要矿物又钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2。,一、钛及其化合物,1.钛的单质,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。钛易于和肌肉长在一起，所以也称为“生物金属”。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。,2.钛的化合物,钛原子的价层电子构型为3d24s2，因此可以形成氧化值为+4,+3,+2,+1,0,-1价的化合物，其中氧化值为+4价的化合物比较稳定。在中等酸度的钛（）盐溶液中加入H2O2，生成桔黄色的配合物TiO(H2O2)2+，这一特征反应常用于比色法测定钛。,有机化学中，常用Ti3+来证实硝基化合物的存在。,二、钒及其化合物,1.钒的单质,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。浓硫酸和氢氟酸仅在加热时于钒发生作用。钒对强碱水溶液是稳定的，但有氧存在时，它在熔融的强碱中也能溶解。加热时，钒能与大部分非金属反应。,2.钒的化合物,钒原子的价层电子构型为3d34s2。其+5价的化合物都是反磁性的，有些是无色的；而其+4,+3,+2价化合物都是顺磁性的，常呈现出颜色。钒的化合物都有毒。,五氧化二钒和钒酸盐,V2O5是两性偏酸的氧化物，易溶于强碱溶液中，在冷溶液中生成正钒酸盐M3VO4，在热的溶液中生成偏钒酸盐MVO3。钒酸盐中只有钠、钾等少数金属的钒酸盐是易溶于水的，水溶液无色或呈黄色。,在酸性溶液中钒的各种离子,V2O5是较强的氧化剂。它能与沸腾的浓盐酸作用产生氯气：,采用较强的还原剂（如Zn）在酸性溶液中与V（）作用时，可以把VO2+逐步还原为V2+。,VO2+具有较强的氧化性。用亚硫酸盐等还原剂很容易将其还原为VO2+，再利用KMnO4溶液又可将生成的VO2+氧化为VO2+，这一系列反应有明显的颜色变化，在分析化学中常用来测定溶液中的钒。,三、铬及其化合物,1.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。通常条件下，铬在空气或水中都是相当稳定的，它的表面容易形成一层氧化膜。室温下，无保护膜的纯铬能溶于稀盐酸或硫酸溶液中，但不溶于硝酸或磷酸。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。,2.铬的化合物,铬原子的价层电子构型为3d54s1。一般说来，高氧化值的铬的化合物以共价键占优势，中间氧化值的化合物常以离子键占优势，低氧化值的化合物则以共价键相结合。铬酸H2CrO4和重铬酸H2Cr2O7二者都是强酸，仅存在于稀溶液中，重铬酸的酸性略强于铬酸。在碱性或中性溶液中主要以铬酸根离子CrO42-存在，在稍强的酸性溶液中，基本上只有重铬酸氢根离子HCr2O7-和重铬酸根离子Cr2O72-存在。,在Cr2O72-的溶液中，加入H2O2和乙醚，有蓝色的过氧化物CrO(O2)2(C2H5)2O生成，此反应可用来鉴定溶液中是否有Cr（）的存在。重铬酸根有较强的氧化性，而铬酸根的氧化性很差，分析化学上常用以下反应测定Fe2+的含量：,有些铬酸盐比相应的重铬酸盐难溶于水，用下面的反应可以鉴定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。,四、锰及其化合物,1.锰的单质,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。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。,加热的情况下，锰能与许多非金属反应。,2.锰的化合物,锰原子的价层电子构型为3d54s2。锰的+7价化合物中以高锰酸盐最稳定。,高锰酸钾,高锰酸钾是最重要的氧化剂之一。高锰酸根离子MnO4-的空间构型为正四面体。,MnO4-溶液是常用的氧化剂之一。MnO4-在酸性溶液中被还原为Mn2+；在中性或弱碱性溶液中被还原为MnO2；在浓碱溶液中，被还原为绿色的MnO42-，并放出O2。可以用下面的反应检验溶液中是否存在微量的Mn2+：,在以上反应中，当溶液中有Cl-存在时，颜色变为紫红色后会立即褪去，原因在于MnO4-被Cl-还原了；当Mn2+过多时，也会在紫红色出现后立即消失，原因在于生成的MnO4-又被过量的Mn2+还原为MnO2。,一、铁系元素的单质二、铁系元素的化合物,第二节铁、钴和镍,一、铁系元素的单质,铁、钴、镍都是银白色金属，都表现出明显的磁性，通常称它们为铁磁性物质。空气和水对钴、镍和纯铁（块状）都是稳定的，但一般含有杂质的铁在潮湿的空气中慢慢形成棕色的铁锈Fe2O3xH2O。铁、钴和镍属于中等活泼的金属，都能溶于稀酸。在加热的条件下，铁、钴和镍能与许多非金属剧烈反应。,铁、钴、镍都不易与碱作用。铁、钴和镍都能与一氧化碳形成羰基化合物，这些羰基化合物的稳定性较差，利用它们的热分解反应可以得到高纯度的金属。,二、铁系元素的化合物,铁、钴、镍原子的价层电子构型分别为3d64s2，3d74s2，3d84s2，它们的最高氧化值分别为+6，+5，+4。,1.铁的化合物,铁有红棕色的氧化铁Fe2O3，黑色的氧化亚铁FeO和黑色的四氧化三铁Fe3O4（是有磁性的Fe()和Fe()的混合型氧化物)三种氧化物，它们都不溶于水，灼烧后的氧化铁不溶于酸，氧化亚铁能溶于酸。,2.钴和镍的化合物,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,A.溶液中Fe()和Fe()的反应,在水溶液中，Fe3+和Fe2+分别以Fe(H2O)63+（淡紫色）和Fe(H2O)62+（淡绿色）的形式存在，它们在溶液中发生的反应有水解、沉淀、氧化还原和配合等。,B.溶液中Co2+的重要反应,C.溶液中Ni2+的重要反应,第三节铜族元素,一、铜族元素的单质二、铜族元素的化合物三、水溶液中铜族元素的离子及其反应,一、铜族元素的单质,周期系第B族元素包括铜、银、金3中元素，通常称为铜族元素。铜族元素原子的次外层d轨道都充满了电子，其价层电子构型为(n-1)d10ns1。铜、银和金的熔、沸点都不太高，它们的延展性、导电性和导热性比较突出。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。在含有CO2的潮湿空气中，铜的表面会逐渐蒙上绿色的铜锈。,银或金在潮湿的空气中不发生变化。在加热的情况下，只有铜与氧化合生成黑色的氧化铜CuO。铜、银和金即使在高温下也不与氢、氮或碳作用。在常温下，铜能与卤素作用。银与卤素反应较慢，而金与干燥的卤素只有在加热时才反应。铜、银和金的活动顺序位于氢之后，它们不能从稀酸中置换出氢气。铜、银能溶于硝酸中，也能溶于热的浓硫酸中，而金只能溶于浓硝酸和浓盐酸的混合溶液（王水）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。,二、铜族元素的化合物,1.铜的化合物,铜可以形成氧化值为+1，+2和+3的化合物。Cu()的化合物一般是白色或无色，Cu+在溶液中不稳定；Cu()的化合物或配合物通常是有颜色的，它的化合物种类较多，较稳定；Cu()的化合物有较强的氧化性，稳定性较差，较为少见。在固态时，Cu()化合物比Cu()化合物的热稳定性高；在水溶液中，Cu()的化合物则是稳定的。几乎所有的Cu()化合物都难溶于水，Cu()化合物易溶于水的较多。,2.银和金的化合物,银和金都有氧化值为+1，+2，+3的化合物。在银的化合物中，Ag()的化合物最稳定，种类也较多；Ag()和Ag()的二元化合物都具有很强的氧化性，其中AgO是仅次于O3和F2的强氧化剂。Au()的化合物几乎都难溶于水，在水溶液中很不稳定，容易歧化为Au()和Au；Au（）的化合物较少见；Au()的化合物较稳定，在水溶液中多以配合物的形式存在；Au()和Au()化合物的氧化性都较强。,Ag()化合物的热稳定性较差，难溶于水的较多，且见光易分解。,三、水溶液中铜族元素的离子及其反应,1.溶液中Cu2+的重要反应,2.溶液中Ag+的重要反应,第四节锌族元素,一、锌族元素的单质二、锌族元素的化合物三、水溶液中锌族元素的离子及其反应,一、锌族元素的单质,周期系第B族元素包括锌、镉和汞3中元素，通常称为锌族元素。锌、镉和汞是银白色金属（锌略带蓝色）。锌和镉的熔点都不高，汞是室温下唯一的液态金属。锌、镉、铜、银、金、钠、钾等金属易溶于汞中形成合金，这种合金叫做汞齐，有液态、糊状和固态等形式。汞齐中的金属仍然保留着这些金属原有的性质。一般说来，锌、镉和汞的化学活泼性从锌到汞降低。它们在干燥的空气中是稳定的。在有CO2存在的潮湿空气中，锌的表面常生成一层碱式碳酸盐的薄膜，从而保护锌不被继续氧化。,汞与硫粉混合不必加热就容易生成HgS；锌和镉与硫粉在加热时才能生成硫化物。室温下，汞的蒸汽与碘的蒸汽相遇时，能生成HgI2。锌在室温下不能从水中置换出氢气，但锌和镉能从盐酸或稀硫酸中置换出氢气来，锌在强碱溶液中也可以置换出氢气。,汞能与硝酸反应而溶解。,二、锌族元素的化合物,1.锌、镉的化合物,锌和镉通常形成氧化值为+2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Cd()的化合物受热时，一般情况下氧化值不改变。,2.汞的化合物,汞除了形成氧化值为+2的化合物外，还有氧化值为+1（Hg22+）的化合物。绝大多数亚汞（Hg22+）的无机化合物都是难溶于水的，Hg()的化合物中难溶于水的也较多。而易溶于水的汞