锰、稀土元素优秀PPT

第13章 金属元素通论和铬、锰、稀土元素,13.1 金属元素通论,13.3 锰及其化合物,13.2 铬及其化合物,13.4 稀土元素及其化合物,13.1 金属元素通论,13.1.1 从矿石中提取金属的一般方法,13.1.1 从矿石中提取金属的一般方法,1. 矿石的预处理,2ZnS + 3O,2,2ZnO + 2SO,2,BaSO,4,+ 4C BaS + 4CO,BaSO,4,+ 4CO BaS + 4CO,2,由可溶性的BaS 动身，可制备一系列钡的化合物。,2BaS + 2H,2,O Ba(SH),2,+ Ba(OH),2,Ba(SH),2,+ CO,2,+ H,2,O BaCO,3,+ 2H,2,S,BaCO,3,+ 2HCl BaCl,2,+ CO,2,+ H,2,O,13.1.1 从矿石中提取金属的一般方法,2. 金属的提取,化合态的金属在矿石中均呈正氧化值，从中提取金属必需用还原的方法。,1）对于易还原的金属化合物（如HgO，Ag,2,O等），只 要加热即可完成金属的提取。,2HgS + 3O,2,2HgO + 2SO,2,2HgO 2Hg(g) + O,2,2）对于中等活泼性的金属可用还原剂（如H,2,，C，CO，Na，Mg等）还原相应氧化物而得。,SnO + H,2,Sn + H,2,O,GeO,2,+ 2H,2,Ge + 2H,2,O,2PbO + C 2Pb + CO,2,FeO + CO Fe + CO,2,13.1.1 从矿石中提取金属的一般方法,3）对于活泼金属，很难用化学法制得，可接受电化学方法。如电解LiCl制备Li时，可用KCl作助熔剂来降低电解温度，电解时电极反应为：,2Li,+,+2e,2Li,阴极：,阳极：,2Cl,Cl,2,+2e,金属氧化物的艾林汉姆图,13.1.2 主族金属元素,大科学家 戴维,戴维的首次成名是发觉氧化亚氮(N2O)的麻醉作用。,真正使戴维成为一代名家的是他在18071808年间用电解法成功制备了S区元素钠、钾、镁、钙、锶和钡，他是历史上发觉化学元素最多的一位化学家。在制取碱金属时，金属和水猛烈反应引起的爆炸使他右眼失明。,戴维认为自己一生中最重要的发觉是发觉并培育了法拉第。,N,2,O: 俗称笑气，有麻醉的作用。,13.1.2 主族金属元素,1. 主族金属元素的原子结构与化学性质,s区金属元素：,2Na + O,2,Na,2,O,2,2Na + 2H,2,O,2NaOH + H,2,Na,2,O,2,+ 2H,2,O,2NaOH + H,2,O,2,K + O,2,KO,2,2KO,2,+ 2H,2,O,2KOH + H,2,O,2,+O,2,4KO,2,+ 2CO,2,2K,2,CO,3,+ 3O,2,Ca + H,2,CaH,2,CaH,2,+ 2H,2,O,Ca(OH),2,+ 2H,2,3Mg + N,2,(g),Mg,3,N,2,13.1.2 主族金属元素,p区金属元素：,2Al + 6HCl,2AlCl,3,+3H,2,2Al + 2NaOH+2H,2,O,2NaAlO,2,+3H,2,Sn + O,2,SnO,2,Sn + 2Cl,2,SnCl,4,Sn + 2HCl,SnCl,2,+ H,2,3Sn + 4HNO,3,+ H,2,O,3H,2,SnO,3,+ 4NO,反应物,Sb,Bi,反应物,Sb,Bi,O,2,Sb,2,O,3,Bi,2,O,3,S,Sb,2,S,3,Bi,2,S,3,Cl,2,SbCl,3,BiCl,3,Mg,Mg,3,Sb,2,Mg,3,Bi,2,表13-1 Sb，Bi的某些化学性质,13.1.2 主族金属元素,2. 氧化物和氢氧化物的酸碱性,Al(OH),3,+ 3H,+,Al,3+,+ 3H,2,O,Al(OH),3,+ NaOH,NaAl(OH),4,碱性:,SnO,PbO,酸性:,SnO,2,PbO,2,Sn(OH),4,Pb(OH),2,Pb(OH),4,Sn(OH),2,酸性增强,酸性增强,碱性增强,碱性增强,13.1.2 主族金属元素,Sn(OH),2,+ 2HCl SnCl,2,+ 2H,2,O,Sn(OH),2,+2NaOH Na,2,Sn(OH),4,（,或,Na,2,SnO,2,，,亚锡酸钠,）,Sn(OH),4,+ 4HCl SnCl,4,+ 4H,2,O,Sn(OH),4,+2NaOH Na,2,Sn(OH),6,（,或,Na,2,SnO,3,，,锡酸钠,）,Pb(OH),2,+ 2HNO,3,Pb(NO,3,),2,+2H,2,O,Pb(OH),2,+NaOH NaPb(OH),3,（,或,Na,2,PbO,2,）,演示试验,亚锡酸盐的生成,亚锡酸盐的生成,13.1.2 主族金属元素,Sb，Bi的氧化物和氢氧化物的酸碱性变更规律与相邻的Sn，Pb相像。,Sb,2,O,3,+ 6HCl 2SbCl,3,+ 3H,2,O,Sb,2,O,3,+ 6NaOH 2Na,3,SbO,3,+ 3H,2,O,Bi,2,O,3,+ 6HNO,3,2Bi(NO,3,),3,+ 3H,2,O,13.1.2 主族金属元素,3. 金属元素及其化合物的氧化还原性,Sn,4+,+ 2e,Sn,2+,Sn(OH),6,2-,+ 2e,Sn(OH),4,2-,+ 2OH,-,Sn,4+,+ Sn 2Sn,2+,试验室一般将SnCl2溶于盐酸溶液，并加入少量金属锡粒。,13.1.2 主族金属元素,3. 金属元素及其化合物的氧化还原性,2Bi(OH),3,+ 3Na,2,Sn(OH),4, 2Bi,+ 3Na,2,Sn(OH),6,SnCl,2,+ 2HgCl,2,SnCl,4,+ Hg,2,Cl,2,（,白色,）,SnCl,2,+ Hg,2,Cl,2,SnCl,4,+ 2Hg,（,黑色,）,5PbO,2,+ 2Mn,2+,+ 4H,+,2MnO,4,-,+ 5Pb,2+,+ 2H,2,O,3NaBiO,3,+ 2Cr,3+,+ 4H,+,Cr,2,O,7,2,+ 3Bi,3+,+ 3Na,+,+ 2H,2,O,13.1.2 主族金属元素,4. 重要的盐类,SnS：,棕色,，碱性,SnS,2,：,黄色,，两性偏酸性,PbS：,黑色,，碱性,Sb,2,S,5,：,橙色,，两性偏酸性,Bi,2,S,3,：,黑色,，碱性,Sb,2,S,3,：,橙色,，两性,1) 硫化物,13.1.2 主族金属元素,显酸性的SnS,2,可溶于碱性的Na,2,S或(NH,4,),2,S中，生成硫代锡酸盐。,SnS,2,+ (NH,4,),2,S (NH,4,),2,SnS,3,SnS,3,2-,+2H,+,H,2,SnS,3,SnS,2,+ H,2,S,演示试验,硫代锡酸盐的生成,显碱性的SnS不溶于(NH,4,),2,S中，但可溶于多硫化铵(NH,4,),2,S,x,，,SnS + S,2,2-,SnS,3,2-,硫代锡酸盐的生成,13.1.2 主族金属元素,SnS,2,+ 6HCl,（,浓,）,H,2,SnCl,6, + 2H,2,S,3SnS,2,+ 6NaOH 2Na,2,SnS,3,+ Na,2,SnO,3,+ 3H,2,O,3SnS,2,+ 6NaOH 2Na,2,SnS,3,+ Na,2,Sn(OH),6,或写成：,PbS,能溶于浓HCl或HNO,3,：,PbS + 4HCl,（,浓,）,H,2,PbCl,4,+ H,2,S,3PbS + 8HNO,3,3Pb(NO,3,),2,+ 2NO + 3S,+ 4H,2,O,PbS,可与H,2,O,2,反应：,PbS + 4H,2,O,2,PbSO,4,+ 4H,2,O,利用此反应，可用H,2,O,2,来洗涤油画上黑色的PbS。,13.1.2 主族金属元素,Sb,2,S,3,+3(NH,4,),2,S 2(NH,4,),3,SbS,3,Sb,2,S,5,+3Na,2,S 2Na,3,SbS,4,2SbS,3,3-,+ 6H,+,Sb,2,S,3,+ 3H,2,S,2SbS,4,3-,+ 6H,+,Sb,2,S,5,+ 3H,2,S,Sb,2,S,3,+ 6NaOH Na,3,SbO,3,+ Na,3,SbS,3,+ 3H,2,O,Sb,2,S,3,+12HCl 2H,3,SbCl,6,+ 3H,2,S,Bi,2,S,3,+ 6HCl 2BiCl,3,+ 3H,2,S,Sb，Bi 硫化物也可溶于相应的酸碱溶液中：,演示试验 - 硫代锑酸盐的生成,硫代锑酸盐的生成,13.1.2 主族金属元素,2) 碳酸盐,MCO,3,(s) MO(s)+CO,2,(g),13.1.3 过渡金属元素,位于周期表d区和ds区的元素统称为过渡元素，即从B的钪分族到B的锌分族。,13.1.3 过渡金属元素,过渡元素具有如下几方面的共同特性：,1）具有,多种可变的氧化值,2）过渡元素及其各种化合物具有,各种不同的颜色,3）过渡元素很多化合物具有顺磁性,4）过渡金属离子有形成协作物的倾向,5）很多过渡金属和它们的化合物具有催化性能,13.1.3 过渡金属元素,表13-2：第一过渡金属元素的氧化值,过渡金属化合物的颜色,4s,3d,第一过渡系元素基态原子的未成对电子,13.1.3 过渡金属元素,表13-3：部分过渡金属元素的协作物,13.1.4 金属的腐蚀与防腐,金属的腐蚀照片,1）,化学腐蚀,2）,电化学腐蚀,1. 金属腐蚀的缘由,2.,金属的防腐,13.1.4 金属的腐蚀与防腐,Fe,3,C + O,2,3Fe + CO,2,碳钢发生的化学腐蚀：,Fe,3,C + 2H,2,3Fe + CH,4,Fe,3,C + CO,2,3Fe + 2CO,Fe,3,C + H,2,O(g),3Fe + CO + H,2,在高温高压下，氢气对碳钢的腐蚀更显著，这种状况称为氢脆。,Fe-H,2,O 体系的,E,-pH,图,用阴极爱护法防止铁管腐蚀,13.2 铬及其化合物,表13-4：铬的一些重要化合物,13.2.1 铬(III)和铬(VI)的酸碱性转化,Cr(OH),3,+ NaOH,NaCrO,2,+ H,2,O,Cr(OH),3,+ 3HCl,CrCl,3,+ 3H,2,O,Cr,3+,+ 3NaOH,Cr(OH),3,+ 3Na,+,紫色,蓝灰色,亮绿色,绿色,演示试验 氢氧化铬的两性,Cr(OH),3,的两性,13.2.1 铬(III)和铬(VI)的酸碱性转化,演示试验 铬(VI)的酸碱转化,CrO,4,2-,Cr,2,O,7,2-,+ H,+,+ OH,-,黄色,橙红色,2Ba,2+,+ Cr,2,O,7,2-,+ H,2,O,2BaCrO,4,(,黄色,),+ 2H,+,4Ag,+,+ Cr,2,O,7,2-,+ H,2,O,2Ag,2,CrO,4,(,砖红色,),+ 2H,+,2Pb,2+,+ Cr,2,O,7,2-,+ H,2,O,2PbCrO,4,(,黄色,),+ 2H,+,铬(VI) 的酸碱转化,13.2.2 铬(III)和铬(VI)的氧化还原转化,铬的元素电势图如下：,Cr,2,O,7,2-,Cr,3+,Cr,+1.232,V,-0.744,V,CrO,4,2-,Cr(OH),3,Cr,-0.13,V,-1.48,V,1）酸性介质,2Cr,3+,+ 3S,2,O + 7H,2,O Cr,2,O + 6SO + 14H,+,Ag,+,催化,Cr,2,O + 6Fe,2+,+ 14H,+,6Fe,3+,+ 2Cr,3+,+ 7H,2,O,Cr,2,O + 3SO + 8H,+,3SO + 2Cr,3+,+ 4H,2,O,Cr,2,O + 14HCl,(,浓盐酸,),2Cr,3+,+ 3Cl,2,+ 8Cl,-,+ 7H,2,O,13.2.2 铬(III)和铬(VI)的氧化还原转化,2）碱性介质,Cr,3+,+ 4NaOH, CrO,2,-,+ 4Na,+,+ 2H,2,O,2NaCrO,2,+ 3H,2,O,2,+ 2NaOH,2Na,2,CrO,4,+ 4H,2,O,3）铬(III)和铬(VI)的转化,13.2.2 铬(III)和铬(VI)的氧化还原转化,4）K,2,Cr,2,O,7,的制备,4Fe(CrO,2,),2,+8Na,2,CO,3,+7O,2,8Na,2,CrO,4,+2Fe,2,O,3,+8CO,2,煅 烧,铬铁矿,将粉碎后的铬铁矿、纯碱、白云石、碳酸钙等混合匀整，在空气中进行氧化煅烧，其主要反应为：,2Na,2,CrO,4,+ H,2,SO,4,Na,2,Cr,2,O,7,+ Na,2,SO,4,+ H,2,O,浸出液调pH后，用硫酸酸化：,Na,2,Cr,2,O,7,+ 2KCl K,2,Cr,2,O,7,+ 2NaCl,红矾钾,13.2.3 铬的协作物,Cr3+离子外电子层结构为3d3 (3d, 4s, 4p亚层分别有2个、1个、3个空轨道)，离子半径小，正电荷大，因此Cr3+离子形成协作物的实力很强。成键过程中简洁进行d2sp3杂化，形成稳定的内轨型协作物。,1）水合配离子,Cr(H,2,O),6,Cl,3,CrCl(H,2,O),5,Cl,2,H,2,O CrCl,2,(H,2,O),4,Cl,2H,2,O,蓝紫色,浅绿色,绿色,2）氨合配离子,13.2.3 铬的协作物,3）铬的其他协作物,Cr(NH,3,),6,3,+,Cr(NH,3,),4,(H,2,O),2,3,+,蓝紫色,Cr(H,2,O),6,3,+,Cr(NH,3,),2,(H,2,O),4,3,+,Cr(NH,3,),3,(H,2,O),3,3,+,紫红色,浅红色,橙红色,黄色,二 苯 铬,Cr,CO,CO,CO,CO,CO,CO,Cr(CO),6,13.3 锰及其化合物,表13-5：锰的一些重要化合物,1）,Mn(II) 化合物,2）,Mn(IV) 化合物,3）,Mn(VI) 化合物,4）,Mn(VII) 化合物,Mn(OH),2,稳定性,Mn,2+,+ 2OH,Mn(OH),2,白 色,2Mn(OH),2,+ O,2,2MnO(OH),2,棕 褐 色,接着,Mn(II) 化合物,MnO,2,+2H,2,O+2e Mn(OH),2,+2OH,O,2,+2H,2,O+4e 4OH,所以，在碱性介质中Mn()具有较强的还原性。,2Mn,2+,+ 5NaBiO,3,+ 14H,+,2MnO + 5Bi,3+,+ 5Na,+,+ 7H,2,O,在酸性介质中Mn()相当稳定，还原性很弱。,Mn(IV) 化合物,在酸性介质中MnO,2,主要显氧化性,MnO,2,(s) + 4HCl,(,浓,),MnCl,2,+Cl,2,+2H,2,O,在碱性介质中MnO,2,以还原性为主,2MnO,2,(s) + 4KOH(s) + O,2,2K,2,MnO,4,+2H,2,O,3MnO,2,(s) + 6KOH(s) + KClO,3,(s) 3K,2,MnO,4,+ KCl +3H,2,O,MnO,2,(s) + 2KMnO,4,+ 4NaOH, K,2,MnO,4,+ 2,Na,2,MnO,4,+2H,2,O,演示试验 锰酸钾的制备,绿 色,锰酸钾的制备,Mn(VI) 化合物,在酸性或中性溶液中K,2,MnO,4,不稳定，易发生下列歧化反应：,3K,2,MnO,4,+2H,2,O 2KMnO,4,+ MnO,2,+ 4KOH,3K,2,MnO,4,+ 2CO,2,2KMnO,4,+ MnO,2,+ 2K,2,CO,3,K2MnO4能被一般氧化剂氧化成KMnO4 ：,2K,2,MnO,4,+ Cl,2,2KMnO,4,+ 2KCl,Mn(VII) 化合物,1) 不稳定性,MnO 离子在中性或微碱性介质中稳定存在，在酸性介质中不稳定，会缓慢分解：,4MnO,4,-,+ 4H,+,4MnO,2,+3O,2,+ 2H,2,O,2KMnO,4,K,2,MnO,4,+,MnO,2,+ O,2,2) 强氧化性,（介质不同，还原产物不同）,酸性,: 2MnO,4,-,+ 5SO,3,2-,+ 6H,+,2Mn,2+,+ 5SO,4,2-,+ 3H,2,O,中性,: 2MnO,4,-,+ 3SO,3,2-,+ H,2,O,2MnO,2,+ 3SO,4,2-,+ 2OH,-,碱性,: 2MnO,4,-,+ SO,3,2-,+ 2OH,-,2MnO,4,2-,+ SO,4,2-,+ H,2,O,演示试验 高锰酸钾的氧化性,高锰酸钾的氧化性,13.3.2 高锰酸钾的制备方法,1) 锰酸钾歧化法,2MnO,2,(s) + 4KOH(s) + O,2,2K,2,MnO,4,+2H,2,O,软 锰 矿,3K,2,MnO,4,+ 2CO,2,2KMnO,4,+ MnO,2,+ 2K,2,CO,3,2) 氧化法,2K,2,MnO,4,+ Cl,2,2KMnO,4,+ 2KCl,3) 电解法,阳极：,阴极：,总反应：,13.4 稀土元素及其化合物,13.4.1 稀土元素的性质,稀土元素一般呈银灰色，质地比较软。稀土金属都是活泼金属，其活泼性仅次于碱金属和碱土金属。稀土元素在空气中易被氧化而生成氧化物，因此稀土金属需保存在石蜡或矿物油中，以防止氧化。稀土金属可与绝大多数非金属反应，如与卤素反应生成REX3（X为F，Cl，Br，I）；与氮生成REN（氮化物）；与磷生成REP（磷化物）；还能与碳生成REC2，RE2C3，RE4C3等碳化物。稀土金属能与水反应，尤其是与热水反应较猛烈，同时放出氢气。,13.4.1 稀土元素的性质,13.4.1 稀土元素的性质,13.4.2 稀土元素的分别,P204-HCl体系萃取分别,轻、中、重稀土元素的主要工艺流程图,13.4.3 稀土元素的制备,1) 熔盐电解法,熔盐电解法用于制取大量混合稀土金属或单一稀土金属，常用无水RECl,3,和助熔剂NaCl或KCl组成电解液，或利用稀土氧化物溶解在氟化物（作为助熔剂）组成电解液。,2) 金属热还原法,对于,La，Ce，Pr，Nd,等轻稀土金属，常用金属Ca还原它们的氯化物来制备：,2RECl,3,+3Ca 2RE + 3CaCl,2,对于,Tb，Dy，Y，Ho，Er，Tm，Yb,等重稀土金属，可用金属Ca还原其氟化物来制备。,Y-Ba-Cu-O晶体结构示意图,13.4.4 新技术中的稀土元素及其化合物,磁悬出现象,磁悬出现象,上海浦东的磁悬浮列车,