《课件无机化学23-第四周期d区金属》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课件无机化学23-第四周期d区金属（123页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、23 1引言 问题 1 过渡元素包括周期表中的哪些元素 它们具有哪些共同性质 2 过渡元素的价层电子结构有何特征 23 1引言 过渡元素包括周期表中的哪些元素 它们具有哪些共同性质 第一过渡系元素 第二过渡系元素 第三过渡系元素 第一过渡系元素 轻过渡系 第二过渡系元素 第三过渡系元素 重过渡系 钇和镧系又称为希土元素 铁 钴 镍称为铁系元素 除铁 钴 镍外的第 副族的Ru Os Rh Ir Pd Pt称为铂系元素 23 1引言 共同性质 1 它们都是金属 导热导电 高熔点 高硬度 延展性好 2 大部分过渡金属的电极电势为负值 即还原能力较强 可置换酸中氢 3 除少数例外 B 它们都存在多种氧
2、化态 23 1引言 4 水合离子和酸根离子常呈现一定的颜色 它们的原子和离子形成配合物的倾向都较大 6 可形成顺磁性的化合物 23 1引言 23 1引言 2 过渡元素的价层电子结构有何特征 d区元素原子的价电子层构型 n 1 d1 10ns1 2除Pd 3d104s0 和 B n 1 d10ns1 外 均有未充满的d轨道且最外层也只有1 2个电子 因而它们原子的最外两个电子层都是未充满的 23 2第一过渡系元素的基本性质 问题 1 第一过渡金属的活泼性怎样 有何变化规律 2 为什么第一过渡金属中锰和铜的熔点相对较低 3 过渡元素在氧化态表现及其变化规律有何特征 与s区和p区元素比在氧化态表现和
3、变化规律上有何不同 问题 过渡元素氧化物的酸碱性变化规律与主族金属比有何相似和不同 5 过渡元素为何有较强的形成配合物的能力 过渡元素的水合离子为何常显示出一定的颜色 物质的磁性与其电子结构有何关系 为什么第 族的金属有较好的催化性能 23 2第一过渡系元素的基本性质 23 2第一过渡系元素的基本性质 1 第一过渡金属的活泼性怎样 有何变化规律 1 d区元素中以 B族元素的化学性质最活泼 能与空气 水 稀酸等反应 2 第一过渡系元素比较活泼 除V外 均能与稀酸反应置换出氢 3 第二 第三过渡系元素不活泼 B族例外 均不能与稀酸反应 W和Pt不与浓硝酸反应 但溶于王水 Nd Ta Ru Rh O
4、s Ir等不与王水反应 变化规律 同周期 从左至右活泼性降低 同族 从上到下活泼性降低 23 2第一过渡系元素的基本性质 23 2第一过渡系元素的基本性质 2 为什么第一过渡金属中锰和铜的熔点相对较低 Mn的价电子构型 3d54s2Cu的价电子构型 3d104s13d轨道为半充满和全充满的稳定构型 参与形成金属键的能力弱 因而熔点较低 熔点变化示意图 23 2第一过渡系元素的基本性质 3 过渡元素在氧化态表现及其变化规律有何特征 与s区和p区元素比在氧化态表现和变化规律上有何不同 过渡元素的氧化态 最高氧化数等于所属族数 B B除外 同族元素比较 由上到下 高价态趋于稳定 s区和p区元素比 s
5、区元素没有变价 p区元素除了单个p电子首先参与成键外 还可依次拆开成对的p电子 甚至ns2电子对 氧化数总是增加2 d区元素增加的电子填充在d轨道 d与s轨道接近 d电子可逐个地参加成键 同一元素氧化态的变化是连续的 23 2第一过渡系元素的基本性质 4 过渡元素氧化物的酸碱性变化规律与主族金属比有何相似和不同 相似性 变化规律相似 1 同种元素 不同氧化态的氧化物 其酸碱性随氧化数的降低酸性减弱 碱性增强 Mn2O7MnO3MnO2Mn2O3MnO强酸性酸性两性弱碱性碱性 2 同一过渡系内各元素的最高氧化态的氧化物及水合物 从左到右碱性减弱 酸性增强 Sc2O3TiO2CrO3Mn2O7强碱
6、两性酸性强酸 3 同族元素 自上而下各元素相同氧化态的氧化物及其水合物 通常是酸性减弱 碱性增强 H2CrO4H2MoO4H2WO4中强酸弱酸两性偏酸性 不同 因同族从上到下半径增加缓慢 碱性增加缓慢 23 2第一过渡系元素的基本性质 5 过渡元素为何有较强的形成配合物的能力 过渡元素的水合离子为何常显示出一定的颜色 1 过渡元素的价电子轨道多 5个 n 1 d轨道 个s轨道 3个p轨道 2 空价电子轨道可以接受配体电子对形成 配键 3 d电子较多的过渡元素可以与配体形成d 反馈键 另 因d轨道不满而参加成键时易形成内轨型配合物 且相对电负性较大 金属离子与配体间的相互作用加强 可以形成较稳定
7、的配合物 中心离子半径在0 075 0 06nm范围内的配合物表现的较突出 主要表现在配位体交换慢 有些很慢 如 CrCl3 6H2O在水溶液中长期放置 Cr H2O 4Cl2 绿色 H2O Cr H2O 5Cl 2 浅绿色 Cl Cr H2O 5Cl 2 H2O Cr H2O 6 3 蓝紫色 Cl 过渡元素的水合离子大部分都有一定的颜色 这是因为电子的跃迁 d d跃迁 能级一般在可见光的范围 d0 d10结构的离子无色 水合离子及颜色 Ti3 V2 V3 Cr3 Mn2 Fe2 Fe3 Co2 Ni2 紫红紫绿蓝紫肉色浅绿浅紫粉红绿 绿色 化合物的颜色和无机颜料 颜料 pigments 是指
8、不溶解于 只能以微粒状态分散于粘合剂中的着色剂 染料 dyes 可溶性的着色剂 大部分为有机化合物 主要用于棉布 丝绸的染色 色光艳亮 但牢度欠佳 形成有色化合物是d区元素的一个重要特征 最重要的无机颜料大部分都是d区元素化合物 红色 Fe2O3CdS CdSePb3O4 红色氧化铁 镉红 红铅粉 许多国家都在颁布相应的法律限制使用含有危害人体健康和环境的重金属元素 如Cd Cr Hg Mo 等 的颜料 因此 发展新型 无毒的无机颜料已迫在眉睫 23 2第一过渡系元素的基本性质 6 物质的磁性与其电子结构有何关系 为什么第 族的金属有较好的催化性能 d区金属因为d轨道未满 有未配对电子 所以金
9、属及其化合物多为顺磁性 d区元素较高的催化活性椐认为与电子容易失去 容易得到 或容易由一种能级迁移至另一能级的事实有关 例如 V2O5催化SO2氧化的反应 可能涉及到V 5 与V 4 氧化态之间的转换 1 2O2 2V 4 O2 2V 5 SO2 2V 5 O2 2V 4 SO31 2O2 SO2 SO3 对于 副族 一般认为是与其d电子较多 易形成反馈键 使被催化的物质活化有关 例 在合成氨工业这用Pd Pt催化剂 由于Pd Pt的d电子可进入与N2的 空轨道形成反馈键 使N2的键级降低 反应活性增大 23 2第一过渡系元素的基本性质 离子极化作用对化合物颜色及性质的影响 23 3钪 自学了
10、解 23 4钛 问题 1 钛有何特征氧化态和成键特征 从电极电势看钛为活泼金属 为什么它有优越的抗化学腐蚀的能力 2 何从钛铁矿制取单质钛 问题 3 TiO2为钛酸的酸酐 能否用TiO2溶于水制取钛酸 TiO2有哪些主要性质和用途 为什么水溶液中不存在简单的Ti4 离子 TiCl4有何主要性质 23 4钛 23 4钛 1 钛有何特征氧化态和成键特征 从电极电势看钛为活泼金属 为什么它有优越的抗化学腐蚀的能力 Ti 3d24s2氧化态 以 最稳定 Ti2 Ti 1 63V 由于常温下形成致密的氧化物保护膜 所以有优越的抗腐蚀能力 钛是抗腐蚀性强 密度小 亲生物 人造关节 及有记忆性的金属 用于化
11、工 医疗 卫星 飞机 潜艇材料等 23 4钛 23 4钛 钛在加热时可与X2 O2 H2 B N2 S CO等作用 钛能溶于热的浓HCl 2Ti 6HCl 2TiCl3 3H2 钛更易溶于HF HCl H2SO4 Ti 6HF TiF62 2H 2H2 23 4钛 2 如何从钛铁矿制取单质钛 钛在地壳中的储量相当丰富 0 45 主要矿物是钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2 1 矿石中含有FeO Fe2O3杂质 先用浓硫酸处理FeTiO3 3H2SO4 FeSO4 Ti SO4 2 3H2OFeTiO3 2H2SO4 FeSO4 TiOSO4 2H2OFeO H2SO4 FeSO4 H2OFe2
12、O3 3H2SO4 Fe2 SO4 3 3H2O2 加入单质铁把Fe3 离子还原为Fe2 离子 然后使溶液冷却至273K以下使FeSO4 7H2O结晶析出 3 加热煮沸Ti SO4 2和TiOSO4Ti SO4 2 H2O TiOSO4 H2SO4TiOSO4 H2O H2TiO3 H2SO44 分离煅烧H2TiO3 TiO2 H2O 5 碳氯法TiO2 2C 2Cl2 TiCl4 2CO 1000 1100K 6 在1070K用熔融的镁在氩气氛中还原TiCl4可得海棉钛 再经熔融制得钛锭 TiCl4 2Mg 2MgCl2 Ti 3 TiO2为钛酸的酸酐 能否用TiO2溶于水制取钛酸 TiO2
13、有哪些主要性质和用途 TiO2金红石 钛白 白色粉末 不溶于水及稀酸 所以不能用TiO2溶于水制取钛酸 主要性质 两性 但酸性和碱性都很弱 和难溶性 23 4钛 TiO2 俗称钛白 不溶于水 溶于氢氟酸 浓硫酸等 TiOSO4 2NaOH TiO2 H2O Na2SO4TiO2 6HF H2 TiF6 2H2OTiO2 2H2SO4 Ti SO4 2 2H2OTiO2 H2SO4 TiOSO4 H2O 23 4钛 若加碱中和水解新制备的TiOSO4酸性溶液 得到 型钛酸 称正钛酸 它溶于酸和碱而具有两性 二氧化钛溶于浓硫酸所得溶是酸性的 但加热煮沸发生水解 得到不溶于酸 碱的水合二氧化钛沉淀
14、即型 钛酸 分子式也与成H2TiO3 23 4钛 23 4钛 TiO2主要用途 制造白色高级油漆和涂料 钛白是最白的物质 1克钛白就可以把450平方厘米的面积涂得雪白 其遮盖性大于锌白 持久性大于铅白 是一种高级白色颜料 4 为什么水溶液中不存在简单的Ti4 离子 TiCl4有何主要性质 Ti4 因为Z r值大 容易水解得到TiO2 离子 钛酰离子 23 4钛 Ti O Ti Ti Ti Ti O O O O TiCl4 无色有刺激性气味的液体 极易水解 在空气中冒烟 在军事上可用作烟幕弹 由于Ti4 离子电荷高 半径小 极化力极强 所以在酸性溶液中主要存在TiO2 钛酰离子 TiCl4主要用
15、于制取金属钛 23 4钛 23 4钛 TiCl4 3H2O H2TiO3 4HCl发生部分水解 TiCl4 H2O TiOCl2 2HClTiO2 的检验 TiO2 H2O2 TiO H2O2 2 弱酸中橙黄色 强酸中橙红色 23 5钒 问题 1 钒有何特征氧化态 钒为活泼金属 为什么有较好的抗酸能力 2 工业上怎样制取V2O5和单质钒 V2O5有哪些性质和用途 3 钒 在酸性和碱性介质中的主要存在形式是什么 在钒酸盐 VO43 中逐渐加酸有何现象 如何鉴定钒 23 5钒 1 钒有何特征氧化态 钒为活泼金属 为什么有较好的抗酸能力 电子构型为 3d34s2价态有 V IV III II 以 V
16、价最稳定 IV价在酸中也较稳定 V2 V 1 18V因为易钝化 所以有良好的抗酸能力 主要用途 钒的主要用途在于冶炼特种钢 钒钢具有很大的强度 弹性以及优良的抗磨和抗冲击的性能 用于制造结构钢 弹簧钢 装甲钢和钢轨等 是汽车和飞机的优良原料钢 23 5钒 23 5钒 2 工业上怎样制取V2O5和单质钒 V2O5有哪些性质和用途 V2O5 矿石 NaCl O2 2NaVO3 Cl2Ca VO3 2 NaCO3 CaCO3 2NaVO3酸化得V2O5水合物 用途 V2O5在工业上用于作催化剂 焙烧 熔 纯的V2O5制取是由NH4VO3分解得到 2NH4VO3 V2O5 2NH3 H2O 700K 性质 两性 强酸性弱碱性 强氧化性 23 5钒 V2O5 NaOH Na3VO4 3H2OV2O5 6HCl 2VOCl2 Cl2 H2OVO2 Fe2 H VO2 Fe3 H2O2VO2 C2O42 4H 2VO2 2CO2 2H2O 23 5钒 3 钒 在酸性和碱性介质中的主要存在形式是什么 在钒酸盐 VO43 中逐渐加酸有何现象 如何鉴定钒 VO43 V2O5 pH 2 VO2 黄色 黄色
