工业流程之元素篇一

1、 工业流程之元素篇一第四周期d区金属熔点、沸点高熔点最高的单质：钨(W)368320C硬度大硬度最大的金属：铬(Cr)摩氏90导电性，导热性，延展性好单质的化学性质元盍ScTiVCrh(n-1.63-1J2鼻阿-IIS廿潘谦金属旳各和険iftHClnrHNChHF：StH2SCUH2SO4稀RC1等元套FeCaNiCuZu-I.2B2-4).762踊11口H7SO4等在HCJ等鲨中ttHCL等塾HnSOi蒔HEIH7SO4总趋势；同一周期从左至右活泼性降低氧化物及其水合物的酸碱性同种元素，从高价到低价，碱性增强。Mn2O7MnO3MnO2Mn2O3MnO强酸性酸性两性弱碱性碱性同一周期最高氧化

2、态的氧化物及水合物，从左到右碱性减弱，酸性增强Sc2O3TiO2CrO3Mn2O7强碱两性酸性强酸同族同氧化态，自上而下酸性减弱，碱性增强。第四周期d区金属含氧酸根离子：V03-(黄色)、Cr2O72-(橙色)、MnO4-(紫色)钪Sc价层电子构型：3d14s2e(Sc3+/Sc)=-2.08V是第一过渡系最活泼的金属。性质与IIIA的Al相似，单质、氧化物Sc2O3、氢氧化物Sc(OH)3都具有两性。可与F-形成ScF6h类似于Na3AIF6。也能与K+、NH4+等的硫酸盐形成复盐K2(SO4)Sc2(SO4)3nH2OSc+空气(O2)今Sc2O3Sc+H2O9H2Sc+NaOH今H2于A

3、l相似钛Ti一.概述周期表的位置：四周期IVB族,22号元素价层电子构型：3d24s2主要氧化态：0、+IV、+III、(+II)、(-I)(1)含量并不十分短缺的元素(2)有多种优异性质密度小(钢74Ti454AI2.27),比钢轻43%强度大：合金抗拉强度达180kgmm-2，适应温度宽；耐腐蚀性强(不怕酸、碱、海水、体液)。(3)是较活泼的金属，但表面易形成氧化膜。TiO2+0.10VTi3+-0.37VTi2+-1.63VTi|-0.86V|(4)用途广泛：飞机、潜艇材料，可增加深度80%,达4500m以下;Ni-Ti记忆合金；人造关节等.二丄业制备FeTiOa+SHaSOFtSO4+

4、TiOSO4+2H2OTiOSQ4+2H2OB3TiOa+Ti与Mg如何分离？真空蒸馏利用沸点差别或加入稀盐酸Mg溶解工业上从钛铁矿制备TiCl4中，含有FeCl3、SiCl4、AICI3、VOCl3、VOCl2副产物,如何分离？用分馏方法分离TiCl4FeCl3SiCl4AlCl3VOCl3VOCl2b.p/K409583329453400423但TiCl4与VOCl3接近，分馏困难，还原为四价易于分离：2VOCl3+Cu=2VOCl2+CuCl2Ti单质化学性质(1)溶于HF酸HFTi(2)室温下能缓浓HCl慢溶于浓HCl或热、稀HClTiO(3)与HNO3反应,生成H2TiO12Ti+4

5、HNO3HTiO+4NO23(4)与熔融碱反应Ti+2NaOH+HO=NaTiO+2H2233+2H2TiF晋3(紫红)+H2Tcu22+CuCl|H2OTiO2性质TiO2是钛的重要化合物，俗称钛白或钛白粉油漆、颜料TiO2有三种晶型，金红石型、锐钛矿型和板钛矿型,其中最重要的是锐钛矿型，半导体、催化剂。两性，以碱性为主溶于浓碱难溶于稀酸，可溶于浓硫TiO酸可溶于氢氟酸生成TiO2+,不TiOSO是Ti4+,因电荷H2SO4Ti（SO4）多、半径小，42极易水解2.BaTiOBaCONa2TiOTi4+H2OTTi(OH)3+H2。3+CO2Ti(OH)3+H+Ti(OH)2+H+-HO2T

6、iO2+TiO2+6HFT叭“2H+2H2O钛酸盐和钛氧盐钛酸盐大多难溶于水如BaTiO3是难溶于水的白色固体介电常数高,是最重要的压电陶瓷材料硫酸氧钛（TiOSO4）为白色粉末可溶于冷水均易水解，生成白色偏钛酸沉淀Na2TiO3+2H2O=H2TiO3I+2NaOHTiOSO4+2H2O=H2TiO3I+H2SO4四氯化钛高温制取TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO性质：1.为易挥发的共价型化合物室温下为无色液体，易挥发，有刺激性气味，易溶于有机溶剂极易水解，在潮湿的空气中冒白烟TiCl4+3H2O=H2TiO3I+4HClf用于制造烟雾是制备金属钛及其化合物的重要原料,有机反应催化

7、剂三氯化钛（紫色）制取1.在500800C用氢气还原干燥TiCl4气体2TiCl+H=2TiCl+2HCl423将钛溶于热、浓HCl2Ti+6H+=2Ti3+3H2f在HCI溶液中用Zn还原Ti(W)2TiO2+4H+Zn2Ti3+Zn2+2H2O性质：较强还原性，易被空气氧化4Ti3+2H2O+O2=4TiO2+4H+钒的性质周期表的位置：四周期VB族，23号元素价层电子构型：3d34s2主要氧化态：+5、+4、(+3)、(+2)、0离子存在形式：VO2+/VO3-VO2+V3+V2+物理性质：银灰色，硬度比钢大，熔沸点比钛高化学性质：在空气中稳定，表面易形成氧化膜。室温下不与水、非氧化性稀

8、酸、稀碱作用。溶于HNO3王水，生成VO2+离子：TOC o 1-5 h z3人2与浓HSO一-VOSO+H24人42与HF一VF3+H2与熔融强碱作用(O2存在)，逐渐溶解得VO3-23与O2,F2亠一V2O5,VF5与Cl2一VCl4与B2,I2VBr3,VI3与C,N,Si高温生成硬度大，熔点很高的2间充型化合物VC,VN,VSi二.钒的重要化合物钒的氧化物：具有各种美丽的颜色蠹蠹锻蠹轟氧化数+1+2+3+4_+5氧化物vOVO2，颜色棕灰黑蓝红钒的重要化合物5+2NH3+H2O1.五氧化二钒V2O5制备：2NHVO橙黄至砖红色固体，3无味微溶于水,其水溶液呈淡黄色，显酸性两性，以酸性为

9、主溶于冷、强碱生成无色正钒酸根、O+6OH-T2VO3-+3HO溶于热、强碱生成黄色偏钒酸根O+2OH-T2VO-+HO溶于强酸生成淡黄色钒氧2VO2+V2O5+2H+T2VO；+H2O丿化学性质一中强氧化剂2。5NaOHSO4Na3VO4(VO2)2SO4+5价V,OS十i5H+-h2Cl2VO1+十ClipJIKO蓝邑亠还可被还原为低氧t蕊的星化厠SO,Hr巧V,OVO,V,O.-VO卄二700PX,i,宀橙黄色蓝色黒色廩色2.钒酸盐钒酸盐可分为偏钒酸盐MiVO，正钒酸盐MVO，焦钒酸盐MVO多钒酸盐如M3VO等343739不同氧化数钒的盐具有不同的颜色+53+5vo3-vo+3O0V3无

10、色（正）黄（偏）蓝绿缩合性（磷酸根）向钒酸盐溶液中加mV2+紫pH12121092.28.4)10V3O93-+12H+o3V10O286-+6H2O(8pH3)缩合度增大，溶液的颜色逐渐加深，即由无色变到深红色。溶液转为酸性后缩合度就不改变，而是获得质子的反应。V10O286-+H+=HV10O285-HV10O285-+H+=H2V10O284-在pH=2时，则有五氧化二钒水合物的红棕色沉淀析出。如果加入足够的酸(pH=1)溶液中存在稳定的黄色VO2+离子。钒酸根的氧化性9eA(VO2+/VO2+)=10V在酸性介质是中等强度的氧化剂，被HCI、Fe2+、H2C2O4、酒石酸、乙醇等还原为

11、VO2+；VO2+Fe2+2H+=VO2+Fe3+H2O钒酰离子亚钒酰离子黄色蓝色2VO2+H2C2O4+2H+2VO2+2CO2+2H2O被Sn2+还原为V3+2VO2+Sn2+4H+今2V3+Sn4+2H2O被H2、Zn等强还原剂，逐步还原到V2+。voi+蓝色绿色FV2+紫色+4）VO2+的还原性5VO2+MnO4-+H2O今5VO2-+Mn2+2H+钒酸盐与H2O2反应VO43-的02-可被取代弱碱或中性：VO43-+H2O2今V02（02）23-（黄色）强酸性：VO43-+H2O2今V（O2）3+（红棕色）钒的重要反应HVO2-ttV2O3-HVO2+VO2+一V尹V2+-蓝J绿紫“

12、耳“彳亠丿25Vvo-vq/（VO代黄Lvq2（q2）23-V（q2）3+铬铬单质价层电子构型：3d54s1主要氧化态：+6,+3,+21铬单质的制备铬以铬铁矿Fe(CrO2)2的形式存在，以铬铁矿为原料可制备之。高温FeCr2O4+4C=Fe+2Cr+4C0用于制造特种钢Cr2O3+Al=Cr+Al2O32.单质铬的性质物理性质灰白色,强金属键，熔点沸点高，硬度最大，易钝化，耐腐蚀。用途：不锈钢（含Cr12%）,金属表面镀层。金属陶瓷（含77%的Cr,23%的Al2O3）化学性质申e（Cr2+/Cr）=-0.91V,申e（Cr3+/Cr）=-0.74V由于钝化作用,活泼性下降。常温下，不与H

13、20、稀HCI、稀H2SO4、冷浓HNO3作用。无膜金属可与稀HCl、稀硫酸作用，得到CrCl2、CrSO4，并放出H,。242Cr+2H+（稀）=Cr2+（蓝）+H2与浓H2SO4Cr3+(绿)Cr2(SOSo+2高温下，与X2、O2、S、N，、等作用，得到：2CrCl23rO,、CrS,、CrN、CrC2323232在冷、浓硝酸中钝化。铬的化合物锯元卷的电势图靑ECr2OV丄Gr屛CrGr一一I-0.74CrO.2-Cr(OH)4-ciOH)2I-1.3ICrCr2O有強氧化性洗液：KCr.O,CrO?无氣化性饱和溶液CiOH）J有还原性酸性落液中，蹶性溶液中.酸性溶液中*硕性洽液中，无论

14、酸性或碱性濬液，匚口1沖不稳證-h2so4(沁主要氧化物和氧化物的水合物主要氧化数+2+3最常见状态Cr(OH)2CrO223Cr(OH)+6CrO3HCr3OH2CrO24绿咖氧化数，化合一.(+3)铬的化合物Cr2O3(绿)；Cr(OH)3(灰绿)；CrCIJ绿色);Cr2(SO4)3(紫)；CrO2-僥绿)(1)Cr2O3和Cr(OH)3Cr2O3:油漆的颜料_铬绿”物理性质：微溶于水，熔点高，稳定性高，制备：今坞+6203+4也0Na2Cr2O7+C=Cr2O3+Na2CO3+CO2Na2Cr2O7+S=Cr2O3+Na2SO4燃烧4Cr+3O2=2Cr2O3化学性质：类同AI2O3,

15、显两性。Cr2O3也既溶于强酸，又溶于强碱。Cr2O3+6H+今2Cr3+3H2OCr2O3+2OH-+3H2O2Cr(OH)4-制备：(NH4)2Cr2O7今N2+Cr2O3+4H2OCr(OH)3灰绿色沉淀，两性，性质类同AI(OH)3氧化物、氢氧化物为两性(2)Cr3+水解性；双水解：2Cr3+3S2-+6H2O=2Cr(OH)3(s)+3H2S(g)2Cr3+3CO32-+3H2O=2Cr(OH)3(s)+3CO2(g)碱性介质具有还原性9eB(CrO42-/CrO2-)=-0.12V2CrO2-+3H2O2+2OH-=2CrO42-+4H2O在酸性介质中，4A(Cr2072-/Cr3

16、+)=133V要用(NH4)2S2O8、KMnO4等强氧化剂，才能使5+今Cr2O72-。具有较强的配位能力5+为3d3结构，有空的3d轨道。易与H2O、NH3(en)、Cl-、CN-、C2O42-等形成配位数为6的配合物，d2sp3杂化，形，有d-d跃迁，配合物都显颜色。Cr(+3)的鉴定Cr3+FCr(OH)+62-4+CrO2-+4HO+2H27)2乙醚2*2J-.IIJr.，z27CrO(OCrO(O3)3HO2)222CrO2-22戊醇(乙醚)27+=2CrO(O2)2+5H2OCrO(O)(CH)OcICrO3、H2CrOCrO42一Cr2O72一二（+6）铬的化合物TOC o 1

17、-5 h z-4(+6)铬的化合物的制备NaCO+O“HSOFeOCrO23LNa2CrO424|23锻烧24JKClCrOHSOKCrONaCrO3W浓HSO227227H2CrO4(强酸)2424主要性质（1）在酸性介质中为强氧化剂eA（Cr2O72-/Cr3+）=133V能氧化H2S、SO32-、I-、浓HCI、Fe2+、Sn2+、C2O42-、乙醇等。（2）Cr2O72-与CrO42-间的转化pH值的影响pH6：CrO42-为主调节溶液pH值，可使两者之间相互转化。（2）Cr2O72-与CrO42-间的转化溶解度的影响KjAg2CrO4）=11x1i2；Ksp（Ag2Cr2O7）=20

18、 x10-74Ag+Cr2O72-+H2O=2Ag2CrO4（s,砖红）+2H+2Ba2+Cr2O72-+H2O=2BaCrO4（s,柠檬黄）+2H+2Pb2+Cr2O72-+H2O=2PbCrO4（s,黄）+2H+为什么不论是酸性还是碱性介质，溶液中加入Ag+、Pb2+、Ba2+等重金属离子得到的总是铬酸盐沉淀而不是重铬酸盐沉淀？显然,这是因为这类阳离子铬酸盐有较小的溶度积的原因。铬的重要反应小结CrH+Cr2+2,_Cr2O3（s,绿）（NH4）2CrO4（橙黄）H-氨水或适量oh：过量OH-Cr（OH）3.H（灰绿）3H+S2O-Sn2+,Fe2+SO2,HSi-（Ci-）2Cr（OH）

19、,亮绿）HOc22Bi2ClO-Cr2O7（橙红人吧H+乙醚Ag+、Ba2+Pb2+OH-H+Ba2+2+Ag2CrO4（s,砖红）BaCrO/s,柠檬黄PbCrO4（s,黄）1.锰单质锰分族(VIIB)：Mn、Mn的价电子构型：Tc锝、Re铼3d54s225号元素主要氧化值：+7,+6,+4,+3,+2,0锰的存在：软锰矿(MnO2xH2O)海底的“锰结核”储量达1012t。制备：化学方法：3MnO=MnO+O23423MnO+8Al=燃=4AlO+9Mn3423电解法：电解MnSO的水溶液得纯的Mn。4锰单质的性质：银白色金属，硬而脆，抗冲击，耐磨损。活泼金属:e(Mn2+/Mn)=-1.

20、18V活泼性Cr与热H2O反应放出h2,与非氧化性稀酸反应放出H2o与氧、卤素等非金属反应：3Mn+2O=MnO234Mn+FrMnF和MnF223Mn+X2=MnX2(X=Cl,Br)在氧化剂存在下与熔融的碱作用：2Mn+4KOH+3O2=熔融=2K2MnO4+2H22.锰的元素电势图和氧化态-Ge图锰元素电势图：1.51(Pea/vMnQ0.9Mn3+1.51Mn2+1.23利用元素电势图，可看出锰的哪些物种会发生歧化。若利用Mn的各种“半反应”的Ge对氧化值作图(即氧化态-Ge图)，可判断同一元素不同氧化值之间的氧化还原性质。锰的化合物(1)稳定性(还原性)酸性中稳定，要使Mn2+今Mn

21、O4-，只有(NH4)2S2O8、PbO2、NaBiO3等少数几种氧化剂,利用此反应，可鉴定Mn2+的存在，但要注意以下反应的发生：2MnO-+3Mn2+2H2O=5伽。2+4H+(2)还原性在碱性介质中不如MnQ2稳定。Mn2+2QH-=Mn(QH)(s,白)Q2MnQHQ2溶解性Mn2+盐中，卤化物、硫酸盐、硝酸盐等强酸盐易溶于水；碳酸盐、磷酸盐、硫化物等弱酸盐难溶于水。制备用酸处理软锰矿(MnQ2)2MnQ+6HCl(浓)=MnCl+Cl+2HQ22222MnQ+2HSQ(浓)=2MnSQ+Q+2HQ2244222.(+4)锰的化合物MnQ2：黑色粉末，难溶于水、稀酸、稀碱。(1)酸性介

22、质是较强的氧化剂申e(MnQ/Mn2+)=1.23V可与浓HCl、2H2Q2、浓H2SQ4等反应，分别得Cl2、Q，、q2。222(2)在碱性介质是还原剂，被氧化为MnO42-3MnO+6KOH+KC1O熔=3KMnO+KC1+3HOTOC o 1-5 h z23242MnO+2OH-+ClO-=MnO2一+Cl一+HO242MnO+4OH-+2MnO-=3MnO2-+2HO2442(3)在高温下分解3MnO2曲Mn彳+O2)3.(+6)锰的化合物K2MnO4：暗绿色晶体，稳定存在于强碱性溶液(pH144)，在酸性、中性介质均易发生歧化。3MnO”2-+4H+=2MnO”-+MnO,+2H,O

23、44223MnO”2-+2HO=2MnO”-+MnO+4OH-42424.(+7)锰的化合物KMnO4:紫黑色晶体，易溶于水。(1)最常用的氧化剂之一，e(MnO4-/Mn2+)=151V可氧化Fe2+今Fe3+,I-今IO3-,Cl-今Cl2,H2S今S或SO42-,SO32-9SO42-,C2O42-9CO2,H2O29O2,Sn2+今Sn4+,Mn2+今MnO2等。溶液的酸度不同，MnO4被还原的产物不同：MnO-+5SO2-+6H+=2Mn2+5SO2-+3HOTOC o 1-5 h z43422MnO4-+3SO32-+H2O=2MnO2+3SO42-+2OH-432242MnO-+

24、SO2-+2OH-=2MnO2-+SO2-+HO43442(2)不稳定性(见光)遇酸4MnO-+4H+(微酸)=4MnO+3O+2HO4222(见光)中性或弱碱4MnO-+2HO=4MnO+3O+4OH-4222浓碱4MnO-+4OH-=4MnO2-+O+2HO4422加热KMnO=KMnO+MnO+O424225.(+7)Mn的化合物制备2MnO+4KOH+O4=73-542KMnO+2HOTOC o 1-5 h z22242或：融3MnO+6KOH+KC1O融=3KMnO+KC1+3HO23242KMnO+2CO=2KMnO+MnO+2KCO24242232KMnO+Cl=2KMnO+2K

25、Cl24242KMnO+2HO=解=2KMnO+2KOH+H24242阳极(Ni):2MnO2-2e-=2MnO-阴极(Fe):HO+2e一=H+2OH一422(浓=Mn;O-+K2SO4+H2O5MujO7=IOM11O2+3O2+3O3Mn2OT4-比0(冷水)=2HMnO4(强酸)(NH-hS(深肉色IVInS-nH2OHF1OsMnO紫色铁钴镍-单质的一些特性1都是具有光譯的银白色金属，具有突岀的叫磁性，为铁磁性物质*兀表现低氧化值。价电子构型重耍氧化值Fe3dti4s2+爲+3,什础Co盟叨223,(+5)Ni3ds4:1-2,+3,(+4)最高氧化值不等于族序数去为中等活泼的金属F

26、eCoNi-0.2770.232高温，玫与HQ作用，生成和H珀常温，与稀HC1、稀H再5作用主成、袍H肓在冷液HN6中钝化、Fe在液H迥6中钝化在两温Ft与6反应.生cMiOj(Fe(Co)与6作用,生威F6CoCI2tHiQi幻件刚，生成F昭，CoS,X1SF占晞HN6作用，止过量、生成FNOs)；血6过呈、生成Fs(NOj)jo赤铁帀，FejDji砖铁矿;黄铁矿；FeS.;”耀钻矿；CoAsSs银黄铁矿=NiSTeS；二、存在三、单质的物理性质白芭金属、确性材料罕Fe.Cq和M熔点接近.铁、钻*探的化合翎一、g匚叭讯的氧化皙FtO(S)05觑媒)NiO(OniS)FejCM虹)Co;03(

27、S)NijOjtS)环g黑)1.件虞；都是碱性気化物.券落于酸，血帝于水和碱；(封+3价化镯都具有氧化性，井且氧化能力FpjOj-CojOj*TeaOj是性氢亚物*鉛构Fem(FeiiFeniOjl反尖晶石2剧备隔绝空气MC,OjM0+0,+CO护盹Cu,NiFe2Oa+3HzO3Fe+2O,=Fe二.FhCa,Z的氢氧化物还原性增强Fe(OH)3(B)co(n)Ni(n)Fe+3OH-=偶虹棕)Fe(OH)?t3HC1FeCl*十3H;O2M(0H)；,+6HC1(%)=2MCL+Cl,+6H:OM=Cc,XiFe(m)Coin)在碱性介质在酸性介质中，FQ-iFe/用KMuO*叫OCSCL

28、】等强氧化剂口配制FV-盐水落麺，一是加酸，二是加F冲用于制作变色硅胶和显隐摄水.Fe(J),Co(),Ni(K)的硫化1SFeSCoSNiS碍63X10-1S4XI021(h)3.2X101s(h)黑鱼2X10汽旳1.0X10(P)不溶F水JhOXVe-+H2S+JNHgFeSs)十ANHfCfl2-十H2S十2NH3CoS(s)十3NHi+NP+HS+25H3=MS(i)+2Wtijg性F硬十2ITHiSfg)+F+但CoS.MS怡成后由于晶型转变而不再溶于醴为什么铁、钴、镍的氯化物中只能见到FeCl3而不曾见到CoCI3、NiCI3；铁的氯化物中常见到的是FeCI3而不曾见到FeI3?F

29、ed1制备=T法湿法2Fe+3Cl,IFeCl,FgHh+HC1teClj43HtOFbeQ,+6HC1=2FeCl3+3HnOFe4-ITTClIFeCL十ChFeCl;4-TL=2FeCl32性康1)共价型化合物，易潮解.蒸汽中形戒双聚分子门)在酸性介盛中，为中辱强度氧化刑bA(FT-/FP+)=0占力V2F宀+CiiCu-+2Fe-2F辭-+Fe3fIFe3-+2KI=2F+1:+2K+2Fes+Sn3*Sn*+2Fe2F*3-十H2S2F梓+十咅十211水解性|Fe(H2Qfi3+-F(OH)(H,0)5|2+hT1淡紫一F店进一步水解：FOH)(HQkF(Fe(OH)2(H2O)J+

30、比2呼厲上(H2O)4Fp(OH);Fe(TLO)4-水合铁离子双聚体十1H+(4)在喊性介展有还原性硏庐建O产071-M0H)?IFetOHlj+SCIO-OH-=JFfOj+ClFSH.O红高铁酸權KO6也能发生上述反应arAJXF0的异同点相同点：水合画子的配位数郴同；易形解現；送适呈喊生成难溶性的腔状沉淀；易水解平同点；水合譌子的颜色不同，OtHOh鬥紫色hRe(Heh吒淡紫色)结构：叫。TI.O.OHH：0CHj+2H3O=FefOHjs)+2气町Fe5-匸同+易与匸-，SO,FP+3XH+3H;O一一Fe465Hj=Co(NHj)fi2-匚(“fSH倜卜a-yZ丄黄色红包Co(ClH)Cl(s)蓝色W+g瓯-XQH也严蓝色匡1(出0)此注1：Cg(OH)C1+XH/+5XHCoCvHiKl