第十三章-过渡元素

1、,第十三章 过渡元素,无机化学多媒体电子教案,过渡元素通性 钛、钒的重要化合物 铬、锰、钨的重要化合物 铁系元素 铜族、锌系元素,主要内容,过渡元素通性 TiO2、V2O5 的主要性质 Cr()、Cr()的氧化物、氧化物的 水合物、盐的性质 4. Mo、W重要化合物的主要性质 5. Mn()、Mn()、Mn()、 Mn()重 要化合物的主要性质 6. Fe、Co、Ni重要化合物的主要性质 7. Cu、Ag、Zn、Hg重要化合物的主要性质,基本要求,目 录,13-1 过渡元素通性,13-2 钛钒,13-3 铬族元素,13-4 锰族元素,13-5 铁系元素,13-6 铜族元素,13-7 锌族元素,

2、第一节过渡元素概述,无机化学多媒体电子教案,第十三章 过渡元素,第一节,过渡元素概述,13-1-1 过渡元素原子特征,13-1-1 过渡元素原子特征, ,13-1-1 过渡元素原子特征,13-1-1 过渡元素原子特征,1. 过渡元素原子半径一般比 同周期主族元素小,2. 同一周期元素从左到右原子半径缓慢减小，到铜族前后又稍增大。,3. 同族元素从上往下原子半径增大，但五、六周期(除B)外由于镧系收缩使其同族元素原子半径十分接近，导致其元素性质相似。,13-1-2 单质的物理性质,13-1-2 单质的物理性质,13-1-3 金属活泼性,13-1-3 金属活泼性,Sc、Y、La 是过渡元素中最活泼

3、金属,3. 同族元素(除Sc分族外)自上往下 金属活泼性降低,13-1-4 氧化数,13-1-4 氧化数,具有多种氧化数,1.从左到右, 元素最高氧化数升高, B后又降低,具有多种氧化数,2. 从上往下, 高氧化数化合物稳定性增加,3. 有的过渡元素可形成氧化数 为0、-1、-2、-3的化合物. 如:,13-1-5 非整比化合物,13-1-5 非整比化合物,如 1000时 FeO的实际组成为 Fe0.89O Fe0.96O,过渡元素易形成非整比化合物,13-1-6 化合物颜色,13-1-6 化合物颜色,过渡元素形成的配离子大多有颜色,d0、d10构型 的离子无色,过渡元素形成的配离子大多有颜色

4、,同一中心离子与不同配体形成配合物时, 由于晶体场分裂能不同, d-d跃迁时所需 能量不同, 而显不同的颜色。,13-1-6 化合物颜色,13-1-7 配位催化,13-1-7 配位催化,过渡元素易形成配合物,13-1-8 磁性,13-1-8 磁性,多数过渡元素或离子具有顺磁性,多数过渡元素的原子或离子有未成对电子，所以具有顺磁性,未成对d电子越多，越大,第二节钛族、钒族元素,无机化学多媒体电子教案,第十三章 过渡元素,第二节,钛族、钒族元素,13-2-1 钛族、钒族元素概述,13-2-1 钛族、钒族元素概述*,Rf、Db为人工合成放射性元素,于1789年被发现，到1910年才制得纯钛 其含量比

5、较丰富,列第十位。含量比Ni、Cu、Zn、Pb、Sn、Hg等常见元素的还多 因为它难提炼,应用晚,所以称稀有元素。,13-2-1 钛族、钒族元素概述,钛(Ti),钛矿比较分散，重要的矿石有： 金红石(TiO2)、钛铁矿(FeTiO3)、 钒钛铁矿(攀枝花),通常采用,钛(Ti),钛(Ti),锆(Zr)、铪(Hf),钒(V),钒(V),铌(Nb)、钽(Ta),13-2-2 钛的重要化合物,13-2-2 钛的重要化合物,钛(Ti)价电子构型3d24s2,二氧化钛(TiO2)钛白,性质,二氧化钛(TiO2)钛白,性质,TiO2 + 6HF TiF62- + 2H+ + 2H2O,二氧化钛(TiO2)

6、硫酸法,制取,二氧化钛(TiO2)氯化法,制取,钛酸盐和钛氧盐,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,四氯化钛,为易挥发的共价型分子化合物,2.室温下为无色液体，易挥发，有刺激 性气味，易溶于有机溶剂,3.极易水解，在潮湿的空气中冒白烟,可用于制造烟雾,4.是制备金属钛及其化合物的重要原料,有机反应催化剂,三氯化钛(紫色),1. 在500800用氢气还原干燥TiCl4气体,2. 将钛溶于热、浓HCl,4Ti3+ +2H2O + O2 4TiO2+ + 4H+,3. 在HCl溶液中用Zn还原Ti(),2TiO2+ + 4H+ + Zn 2Ti3+ +Zn2

7、+ 2H2O,13-2-3 钒、铌、钽的重要化合物,13-2-3 钒、铌、钽的重要化合物,钒(V)价电子构型3d34s2,主要氧化数：+5、+3、+2,五氧化二钒(V2O5),五氧化二钒(V2O5),钒酸盐,钒酸盐,钒酸盐,第二节铬族元素,无机化学多媒体电子教案,第十三章 过渡元素,第三节,铬族元素,13-3-1铬族元素概述,13-3-1铬族元素概述*,放射性元素,居世界第二位,居世界第一位 占全球总量的一半以上,铬,铬(Cr),铬(Cr),钼、钨,钼(Mo)、钨(W),铬、钼、钨与酸的反应情况,铬的制备,工业铬产品原料(Na2Cr2O7)的制备,铬铁矿(FeCr2O4),培烧炉,用水浸取,过

8、滤,铬渣,Na2CrO4,工业铬产品原料(Na2Cr2O7)的制备,铬铁矿(FeCr2O4),培烧炉,用水浸取,过滤,铬渣,Na2CrO4,酸化、浓缩,Na2Cr2O7晶体,2Na2CrO4+H2SO4 Na2Cr2O7+Na2SO4+H2O,铬的电势图,13-3-2 铬的重要化合物,主要氧化物和氧化物的水合物,13-3-2 铬的重要化合物,三氧化二铬(Cr2O3)铬绿,三氧化二铬(Cr2O3)铬绿,1. 稳定的两性氧化物,2. 灼烧过的Cr2O3难溶于酸或碱 可与酸性熔剂共熔,Cr2O3是制铬的原料，也是绿色颜料广泛用于陶瓷、玻璃、涂料、印刷等,氢氧化铬Cr(OH)3,实为水合氧化铬Cr2O

9、3xH2O 含水量是可变的， 习惯上用Cr(OH)3表示,Cr3+ + 3OH- Cr(OH)3 (灰绿色),铬()盐,铬()盐,1. Cr3+水解,Cr(H2O)63+H2O Cr(OH)(H2O)52+H3O+,pH，进一步反应,铬()盐,铬()盐,铬()配合物,如 CrCl36H2O,Cr3+鉴定,1. 加入过量NaOH,2Cr3+ + 3OH-(过量) Cr(OH)4-,2. 加入H2O2,Cr(OH)4- +3H2O2+2OH- 2CrO42-+8H2O,3. 加入Pb(NO3)2或AgNO3或BaCl2,三氧化铬(铬酐),K2Cr2O7+H2SO4(浓) 2CrO3+K2SO4+H

10、2O,CrO3 + H2O H2CrO4,溶于碱生成铬酸盐,CrO3 + 2NaOH Na2CrO4 + H2O,铬酸盐和重铬酸盐,铬酸盐和重铬酸盐,铬酸盐和重铬酸盐,此反应用于铁含量的测定,铬酸盐和重铬酸盐,过去化学实验室所用“洗液” 是由重铬酸盐饱和溶液与浓硫酸配制而成,第四节锰族元素,无机化学多媒体电子教案,第十三章 过渡元素,第四节,锰族元素,13-4-1锰族元素概述,13-4-1 锰族元素概述,1925年，德国化学家诺达克夫妇 从铂矿中发现了它 Re的熔点高(3170)，仅次于W 特别是WRe合金，可做火箭外壳， 核反应堆内衬,在自然界中的储量仅次于Fe、Ti 重要的矿物是软锰矿(M

11、nO2xH2O) 深海有“锰结核”(含锰25%)约3万多亿吨 主要用于制造合金钢， 钢铁生产中的脱氧剂和脱硫剂,13-4-2 锰的重要化合物,13-4-2 锰的重要化合物,锰的主要氧化态,锰的电势图,锰的电势图,锰的主要氧化物及其水合物,氢氧化锰Mn(OH)2,锰() 盐,2Mn2+14H+5NaBiO3 2MnO4-+5Bi3+5Na+7H2O,此为Mn2+的鉴定方法,2Mn2+4H+5PbO2 2MnO4-+5Pb2+2H2O,2Mn2+8H2O+5S2O82- 2MnO4-+10SO42-+16H+,二氧化锰,此反应用于在实验室制取少量氯气,锰() 盐,1. MnO42-为深绿色, 仅存

12、在于强碱性溶液中,2. 在酸性溶液中易发生歧化,3. 在中性或碱性溶液中歧化趋势、速率较小,锰() 盐KMnO4(灰锰氧),2. 2MnO42- + Cl2 2MnO4-+ 2Cl-,锰() 盐KMnO4(灰锰氧),KMnO4为深紫色晶体, 易溶于水,2. 在酸性溶液或光照缓慢分解, 应保存在棕色瓶中,3.对热不稳定,4. 强氧化性, 不同介质被还原产物不同,锰() 盐KMnO4(灰锰氧),4. 强氧化性, 不同介质被还原产物不同,强碱性介质 2MnO4-+SO32-+2OH- 2MnO42-+SO42-+H2O,第五节铁系和铂系元素,无机化学多媒体电子教案,第十三章 过渡元素,第五节,铁系和

13、铂系元素,13-5-1铁系和铂系元素概述,13-5-1铁系和铂系元素概述,由于 Ln系 收缩, 使5、6 周期 同族 元素 十分 相似,铁系元素,铁系元素,铂系元素,以单质状态存在，高度分散在各矿石中 并共生在一起。是稀有金属,也是贵金属 最重要的有天然铂矿、锇铱矿。,如 Pt-Rh合金或Pt-Ru-Pd合金为氨氧化制硝酸的催化剂,铂系元素,13-5-2 铁、钴、镍的化合物,氧化物,13-5-2 铁、钴、镍的化合物,混合价态混合物Fe3O4 经结构研究表明为FeFeFeO4 它具有强磁性、良好导电性,Fe2O3有两种晶体构型： -Fe2O3顺磁性，-Fe2O3铁磁性,氧化物,氢氧化物,氢氧化物

14、,氢氧化物,浅绿色,粉红或蓝色,白色,Ni(OH)2,Co(OH)2,Fe(OH)2,+2,黑色,棕黑色,红棕色,NiO(OH),CoO(OH),Fe(OH)3,+3,强氧化剂,缓慢氧化,HCl、H2SO4,盐类,盐类,I,盐类,盐类,有强还原性 4Fe2+ + O2 +4H+ 4Fe3+ + 2H2O 5Fe2+ +MnO4-+8H+ 5Fe3+Mn2+ +4H2O 配制Fe(II)盐溶液时： 1.加入酸，防止水解 2.加入铁钉，使 Fe + 2Fe3+ 3Fe2+,配合物,Co2+配合物的四面体和八面体构型可互相转化,配合物氨合物,氧化,氧化,FeCl2可与NH3气形成Fe(NH3)6Cl

15、2,但易水解 Fe(NH3)6Cl2+6H2O Fe(OH)2+4NH3H2O+2NH4Cl,配合物氰合物,氧化,浓CN-,配合物硫氰合物,配合物羰合物,羰合物不稳定，受热易分解，可用此性质制造纯金属,离子鉴定,1. Fe2+赤血盐溶液,离子鉴定,3. Co2+KSCN溶液,第六节铜族元素,无机化学多媒体电子教案,第十三章 过渡元素,第六节,铜族元素,13-6-1铜族元素概述,13-6-1铜族元素概述,通性,通性,E /V,Cu+ 易发生歧化： 2Cu+ Cu2+ + Cu,发生： Ag2+ + Ag 2Ag+,A,Au+ 易发生歧化： 3Au+ Au3+ + 2Au,通性,单质,物理性质,如

16、黄铜60%Cu、40%Zn 青铜80%Cu、15%Sn、5%Zn 白铜5070%Cu、1315%Ni、 1325%Zn,单质,化学性质化学活泼性差,2Cu+O2+H2O+CO2 Cu2(OH)2CO3,4Ag + 2H2S + O2 2Ag2S + H2O,单质,化学性质化学活泼性差,13-6-2铜的重要化合物,13-6-2铜的重要化合物,氧化物,13-6-2铜的重要化合物,氧化物,Cu2O+4NH3+H2O 2Cu(NH3)2+2OH- 在空气中被氧化 4Cu(NH3)2+O2+8NH3+2H2O 4Cu(NH3)42+(深蓝色)+4OH-,氢氧化物,1. 受热易脱水,2. 两性：以碱性为主

17、,Cu(OH)2 + 2H+ Cu2+ + H2O (浅兰色),Cu(OH)2 + 2OH- Cu(OH)42-(亮兰色),3. 溶于氨水,Cu(OH)2+4NH3 Cu(NH3)42+ + 2OH-,盐类,氯化亚铜(CuCl),2. 用水稀释,Cu2+ + Cu + 4Cl- 2CuCl2-,1. 在热、浓HCl溶液中, 用Cu粉还原CuCl2,盐类,氯化铜(CuCl2),盐类,硫酸铜(CuSO4),配合物,Cu()与Cu()的相互转化,Cu() Cu(),价层电子构型 3d10 3d9,固态稳定性 ,Cu()与Cu()的稳定性比较,由于Cu()固态稳定 所以存在有CuCl、Cu2S、Cu2

18、O 等化合物,Cu()与Cu()的相互转化,1. 有还原剂存在,2. 生成Cu()的难溶物或配离子,Cu2+的鉴定, 在酸性或中性溶液中， 用K4Fe(CN)6试剂,2Cu2+ +Fe(CN)64- Cu2Fe(CN)6,红褐色,13-6-3银的重要化合物,13-6-3银的重要化合物,卤化银,卤化银,敷有AgBr照相底片,卤化银,敷有AgBr照相底片,卤化银,敷有AgBr照相底片,卤化银,敷有AgBr照相底片,硝酸银,1. 制取：,Ag+2HNO3(65%) AgNO3+NO2 +H2O,2. 性质：,AgNO3 应保存在棕色瓶中,3. 用途：主要用于照相制造溴化银乳剂、 分析试剂,配合物,f

19、,配合物,f,Ag+的鉴定,第七节锌族元素,无机化学多媒体电子教案,第十三章 过渡元素,第七节,锌族元素,13-7-1锌族元素概述,通性,13-7-1锌族元素概述,A,金属活泼性减弱,在自然界主要以氧化物、硫化物存在 重要的矿石有：闪锌矿(ZnS)、 红锌矿(ZnO)、菱锌矿(ZnCO3),离子极化力、变形性增强， 其化合物溶解度减小。,易发生： Hg2+ + Hg Hg22+,通性,单质,物理性质,空气中含微量Hg蒸气, 对人体健康不利,撒落在地上的Hg可用锡箔将其沾起(形成锡汞齐)，也可撒上硫粉形成无毒HgS。储存Hg ，Hg上面需加水封，以防Hg蒸发。,单质,化学性质,2Zn+O2+H2O+CO2 Zn(OH)2ZnCO3,2.加热下可与绝大多数非金属反应,单质,化学性质,2.加热下可与绝大多数非金属反应,3.两性,4.溶于氨水,13-7-2锌的重要化合物,13-7-2锌的重要化合物,氧化物和氢氧化物,ZnO + 2H+ Zn2+ + H2O Zn(OH)2 + 2H+ Zn2+ + 2H2O ZnO + 2OH- + H2O Zn(OH)42- Zn(OH)2 + 2OH- Zn(OH)42-,Zn(OH)2 + 4NH3 Zn(NH3)42+