无机化学课件--过渡元素

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,22,章 过渡金属,(),22.4,锰 副族,22.3,铬 副族,22.2,钛 钒,22.1,引言,22,.1,引,言,什么是过渡元素？在周期表中的位置？分类？,具有部分充填,d,或,f,壳层电子的元素,22.2,钛和钒,22.2.1 钛及其化合物,钛的,主要矿物是什么？,从钛铁矿制取钛白的反应原理？,Ti,3+,的还原性？如,Ti,3+,与,Fe,3+,、Cu,2+,的反应？,TiCl,4,的水解性？,TiO,2+,离子与,H,2,O,2,的反应？,V,钛,一、概述,、存在与发现,1791年，,W.,Gregor,和,1795年，,M.H.,Klaproth,仅得到二氧化钛；1910年,M.A.Hunter,制得钛。,、丰度与分布,钛在地壳中的储量相当丰富(0.45%)，主要矿物是,钛铁矿,FeTiO,3,和,金红石,TiO,2,，,CaTiO,3,。,锆以斜锆矿,ZrO,2,和锆英石,ZrSiO,4,的形式存在，铪总是以锆的百分之几的量和锆伴生且分离困难。,、提炼和用途,钛抗腐蚀性强、密度小、亲生物及有记忆性的金属，用于化工、海上设备，医疗、,卫星,等。,锆和铪的性质极相似,硬度较大、导电不良、外表类似不锈钢。,钛,3、加热煮沸,Ti(SO,4,),2,和,TiOSO,4,Ti(SO,4,),2,+H,2,O=TiOSO,4,+H,2,SO,4,TiOSO,4,+H,2,O=H,2,TiO,3,+H,2,SO,4,4、分离煅烧,H,2,TiO,3,=TiO,2,+H,2,O,5,、,碳氯法,TiO,2,+2C+2Cl,2,=TiCl,4,+2CO,6、在1070,K,用熔融的镁在氩气氛中还原,TiCl,4,可得海棉钛，再经熔融制得钛锭。,TiCl,4,+2Mg=2MgCl,2,+Ti,1000-1100,K,钛,二、钛的重要化合物,、钛（+价）化合物,a.TiO,2,：,金红石、钛白，白色粉末，不溶于水及稀酸，可溶于,HF,和浓硫酸中。,TiO,2,+6HF=H,2,TiF,6,+2H,2,O,Ti,4+,容易水解得到,TiO,2+,离子钛酰离子。,TiO,2,是一种优良颜料、催化剂、纳米材料。,b.,TiCl,4,：,易水解，为偏钛酸及,TiOCl,2,，,在浓,HCl,中生成,H,2,TiCl,6,钛,2,、,钛（,+3,价）化合物,Ti,2,(SO,4,),3,：,三价钛的还原性比,(Sn,2+,),稍强,Ti,2,(SO,4,),3,+Fe,2,(SO,4,),3,=2Ti(SO,4,),2,+2FeSO,4,、,二价钛具有更强的还原性。,一、概述,、存在和发现,钒的主要矿物有：绿硫钒矿,VS,2,或,V,2,S,5,，,钒铅矿,Pb,5,VO,4,3,Cl,等。,Nb,和,Ta,因,性质相似,，在自然界中共生，矿物为,Fe(,Nb,Ta)O,3,2,如果,Nb,的含量多就称铌铁矿，反之为钽铁矿。,二、性质和用途,电子构型为(,n-1)d,3,ns,2,价态有+,V、+IV、+III、+II,V、,Nb,、Ta,以+,V,价最稳定，,V,的+,IV,价也较稳定。,它们的单质容易呈钝态、都溶于硝酸和氢氟酸的混合酸中，钽不溶于王水。,钒,钒,电子构型为(,n-1)d,3,ns,2,价态有+,V、+IV、+III、+II,V、,Nb,、Ta,以+,V,价最稳定，,V,的+,IV,价也较稳定。,它们的单质容易呈钝态、都溶于硝酸和氢氟酸的混合酸中，钽不溶于王水。,2、性质和用途,钒,二、钒的重要化合物,V(+V),具有较大的电荷半径比，所以在水溶液中不存在简单的,V,5+,离子，而是以钒氧基(,VO,2,+,、VO,3+,),或钒酸根(,VO,3,-,VO,4,3-,),等形式存在。同样，氧化态为+,IV,的钒在水溶液中以,VO,2+,离子形式存在。,1、五氧化二钒,V,2,O,5,：,为两性偏酸性的氧化物，是一种重要的催化剂。,2,NH,4,VO,3,=V,2,O,5,+2NH,3,+H,2,O,V,2,O,5,+,NaOH,=Na,3,VO,4,+3H,2,O,V,2,O,5,+6HCl=2VOCl,2,+Cl,2,+H,2,O,VO,2,+,+Fe,2+,+H,+,=VO,2+,+Fe,3+,+H,2,O,2VO,2,+,+C,2,O,4,2-,+4H,+,=2VO,2+,+2CO,2,+2H,2,O,钒,2、钒酸盐和多钒酸盐,偏钒酸盐,M,I,VO,3,、,正,钒酸盐,M,3,I,VO,4,、,焦,钒酸盐,M,4,I,V,2,O,7,和多钒酸盐,M,3,I,V,3,O,9,、M,6,I,V,10,O,28,等。,VO,4,3-,+2H,+,2H,VO,4,2-,V,2,O,7,4-,+H,2,O(pH13),2V,2,O,7,4-,+6H,+,2,V,3,O,9,3-,+3H,2,O(pH8.4),10,V,3,O,9,3-,+12H,+,3V,10,O,28,6-,+6H,2,O(8pH3),若酸度再增大，则缩合度不变，而是获得质子。,V,10,O,28,6-,+H,+,HV,10,O,28,5-,若,pH=1,时则变为,VO,2,+,。,在钒酸盐的溶液中加过氧化氢,若溶液是弱碱性、中性或弱酸性时得,黄色的二过氧钒酸离子,VO,2,(O,2,),2,3-,此法可用于鉴定钒。,*22.3.5,多酸型配合物,同多酸和杂多酸及其盐,*22.3.4,钼、钨的化合物,22.3.3,水溶液中离子及其反应,22.3.2,铬的化合物,22.3.1,铬、钼、钨的单质,22.3,铬副族 多酸和多酸盐,铬分族,(,VIB,),：,Cr Mo W,铬以铬铁矿,Fe(CrO,2,),2,的形式存在，以铬铁矿为原料制备之。,2.,铬单质的制备,22.3.1,铬、钼、钨的单质,价层电子构型：,3d,5,4s,1,4d,5,5s,1,5d,4,6s,2,氧化态：,+3,、,+6 +5,、,+6 +5,、,+6,1.,存在：,铬：铬铁矿,钼：辉钼矿,钨：黑钨矿,白钨矿,制备,1000 1300,H,2,O,浸取,H,2,SO,4,酸化,Cr,2,O,3,Cr,Al,Fe(CrO,2,),2,(s),Na,2,CO,3,(s),Na,2,CrO,4,(s),Fe,2,O,3,(s),Na,2,CrO,4,(,aq,),Na,2,Cr,2,O,7,(,aq,),2,4,2,3,2,8CO,CrO,8Na,O,2Fe,+,+,2,3,2,2,2,7O,CO,8Na,),4,Fe(,CrO,+,+,2,4,2,7,2,2,4,2,4,2,O,H,SO,Na,O,Cr,Na,SO,H,CrO,2Na,+,+,+,3,2,3,2,O,Al,2Cr,O,Cr,2Al,+,+,3,2,3,2,7,2,2,CO,CO,Na,O,Cr,2C,O,Cr,Na,+,+,+,单质,4.,单质铬的性质,铬元素的电势图,Cr,Cr,Cr,O,Cr,2,3,2,7,2,+,+,-,-0.74,1.33,-,0.41,-0.86,Cr,Cr(OH),Cr(OH),CrO,2,4,2,4,-,-,-0.13,-1.1,-1.4,-1.3,3.,单质的物理性质,价电子数多，均可参与成键，金属键强,银（灰）白色金属，高熔点、高沸点、高硬度,钨,金属中熔点最高,（,3683K,）,铬,硬度最大的金属,（莫氏硬度,=9,）,铬,在冷、浓硝酸中钝化。,纯铬相当活泼，,无膜金属与酸的反应,活泼金属，表面已形成一层氧化膜，活泼性下降，对水、空气稳定；,灰白色,熔点沸点高，硬度大。,铬,钼,表面生成钝态薄膜，溶于浓硝酸、浓硫酸、王水,钨,表面生成钝态薄膜，溶于王水，,HNO,3,-HF,溶于浓,H,3,PO,4,12-,钨磷酸,H,3,P(W,3,O,10,),4,用途？,化合物,22.3.2,铬的化合物,铬（,VI）,的化合物,暗,红色,黄色,橙红色,黄色,橙红色,铬酐 红钾矾 红矾钠,呈色,原因电荷迁移。,CrO,3,制,取：,洗液：,K,2,Cr,2,O,7,饱和溶液+,H,2,SO,4,（,浓）,易溶于,水，易潮解；,熔点低，受热易分解；,具强,氧化性，与有机物如酒精接触即着火。,酸,H,2,CrO,4,H,2,Cr,2,O,7,酸性,H,2,CrO,4,H,2,Cr,2,O,7,仅,存在于稀溶液中,改变,pH,值可使平衡移动 酸性溶液中,碱性溶液中,加入难溶盐使平衡移动,Cr,2,O,7,2-,与,CrO,4,2-,间的转化,O,H,O,Cr,2HCrO,2H,2CrO,2,2,7,2,4,2,4,+,+,-,-,+,-,(,黄,),(,橙,),Cr,2,O,7,2-,-,=,10,.0,2,),O,Cr,(Ag,7,7,2,2,-,=,10,1.1,),CrO,(Ag,12,4,2,+,-,+,+,+,+,2H,),(s,CrO,2Ag,O,H,O,Cr,4Ag,4,2,2,2,7,2,砖红,+,-,+,+,+,+,2H,),(s,2,BaCrO,O,H,O,Cr,2,Ba,4,2,2,7,2,2,柠檬黄,+,-,+,+,+,+,2H,),(s,2,PbCrO,O,H,O,Cr,2,Pb,4,2,2,7,2,2,黄,K,2,Cr,2,O,7,PbCrO,4,K,2,Cr,2,O,7,K,2,Cr,2,O,7,制,取,：,以铬铁矿,Fe(CrO,2,),2,为原料制备。,1000 1300,H,2,O,浸取,H,2,SO,4,酸化,Fe(CrO,2,),2,(s),Na,2,CO,3,(s),Na,2,CrO,4,(s),Fe,2,O,3,(s),Na,2,CrO,4,(,aq,),Na,2,Cr,2,O,7,(,aq,),K,2,Cr,2,O,7,2,4,2,3,2,8CO,CrO,8Na,O,2Fe,+,+,2,3,2,2,2,7O,CO,8Na,),4Fe(CrO,+,+,2,4,2,7,2,2,4,2,4,2,O,H,SO,Na,O,Cr,Na,SO,H,CrO,2Na,+,+,+,KCl,不带,结晶水，易提纯，不易潮解,作基准物；具有强氧化性；,氧化性,Cr,2,O,7,2-,的氧化性,O,7H,2,KCl,2,+,+,O,H,4,Cr,2,3SO,H,8,3SO,O,Cr,2,3,2,4,2,3,2,7,2,+,+,+,+,+,-,+,-,-,O,7H,2Cr,3S,8H,S,3H,O,Cr,2,3,2,2,7,2,+,+,+,+,+,+,-,O,7H,2Cr,3I,14,H,6I,O,Cr,2,3,2,2,7,2,+,+,+,+,+,+,-,-,2,CrCl,3,Cl,),14,HCl,(,(s),O,Cr,K,3,2,7,2,2,+,+,浓,O,7H,2Cr,6Fe,14,H,6Fe,O,Cr,2,3,3,2,2,7,2,+,+,+,+,+,+,+,+,-,O,7H,2Cr,3,Sn,14,H,3,Sn,O,Cr,2,3,4,2,2,7,2,+,+,+,+,+,+,+,+,-,监测司机酒后驾车情况,CrO,2,Cl,2,CrO,2,Cl,2,(,氯化铬酰),深红色液体，外观似溴,钢铁分析中除铬,CrO,3,、,铬的鉴定,蓝色,制,CrO,2,Cl,2,浓H,2,SO,4,KCl,、,浓,H,2,SO,4,H,2,SO,4,、SO,2,蒸馏,浓,HCl,END,以,K,2,Cr,2,O,7,为原料制取其它化合物？,Cr(),制备：,性质：,(,灰绿,),(,亮绿色,),1.Cr,2,O,3,(,铬绿,),2.Cr(OH),3,2.,铬（,）,的化合物,（两性）,稳定性高,微溶于水,难熔,作绿色颜料,离子反应,22.3.3,水溶液中离子及其反应,1.Cr()的盐,水解,+,+,+,5,2,6,2,+,H,O,Cr(OH)(H,O,Cr(H,2,3,）,）,4,10,-,