无机化学下册：第二十章 过渡元素-(1)

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1、1无机化学无机化学教学要求教学要求1. 掌握过渡元素的价电子构型的特点及其元素通性的关系。2. 掌握过渡元素钛、钒、铬、钼、钨和锰的单质及化合物的性 质和用途。第二十章 过渡元素（一）第一节 过渡元素的通性第二节 钛分族第三节 钒分族第四节 铬分族第五节 锰分族本章讲解内容本章讲解内容第一节 过渡元素的通性一、过渡元素在周期表中的位置d 区：(n-1)d1-9ns1-2f 区：(n-2)f1-14(n-1)d0-2ns2第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系按周期划分钪、钇和镧 系又称为稀 土元素二. 过渡元素的价电子构型元素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni 价电子构型 3d14s2

2、 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2元素 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd 价电子构型 4d15s2 4d25s2 4d45s1 3d54s1 4d65s1 4d75s1 4d85s1 4d105s0元素 La Hf Ta W Re Os Ir Pt 价电子构型 5d16s2 5d26s2 5d35s2 5d46s2 5d56s2 5d66s2 5d76s2 5d96s1三. 过渡元素的氧化态族IIIB B B VIB VIIBIBIIB元素ScTiVCrMn Fe CoNi CuZn3dn3d13d23d33d53d5

3、3d63d73d83d93d10 主 要 氧 化 数+2 +3+3 +4+3 +4 +5+2 +3+6+2 +3 +4+6 +7+2 +3+2 +3+2 +3+1 +2+2I. 从左到右，元素最高氧化数升高，VIIB后又降低族IIIB B B VIB VIIBIBIIB一过渡系ScTiVCr Mn Fe Co Ni Cu Zn氧化数+3+3 +4+4 +5+3 +6+2 +4 +6 +7+2 +3+2 +2 +1 +2+2二过渡系YZr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd氧化数+3+4+5+6+7+4 +3 +2 +1+2三过渡系LuHf TaWRe Os Ir Pt Au Hg氧

4、化数+3+4+5+6+7+8 +3 +4+2+4+1+3+1+2II. 从上往下，高氧化数化合物稳定性增加KKRbCsCaCaScScTiTiV VCrCrMnMnFeFeCoCoNiNiCuCuZnZnSrYZrNbMo TcRuRhPdAgCdBaLa HfTaWReOsIr PtAuHg四. 过渡元素的原子和离子半径元 素ScTi V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn M2+-2345678910 M(H2O)62+ 颜色-褐 紫天 蓝浅 红浅 绿粉 红绿浅 蓝无元 素ScTi V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn M3+01234567 M(H2O)63+ 颜色无紫 绿

5、蓝 紫红浅 紫绿粉 红五. 过渡元素的颜色1. 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。2. 同族元素从上往下原子半径增大，但五、六周期外由 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。六. 单质的性质 密度大； 熔点高； 硬度大； 机械性能强；电和热的较好导体除钪和钛外，都是重金属，密度最大的是铂系元素，如Os为22.57，Ir为22.42，Pt为21.45熔点最高的金属是W（3683K）；硬度最大的金属是Cr由于过渡元素具有优良的机械加工性，彼此间以及与非过渡金属组 成具有多种特性的合金，在工程材料方面有着广泛的应用。I. I. 物理性质物理性质II.

6、 II. 化学性质化学性质过渡元素具有很强的配位能力，其原因是： 1. 过渡元素的价电子轨道多(5个d轨道，个s轨道，3个p轨道)。2. 空轨道可以接受配体电子对形成配键。3. 填满的d电子对可以与配体形成d-p反馈键。易形成配位化合物易形成配位化合物Ti主要矿物：金红石(TiO2)、钛铁矿 (FeTiO3) 。Zr HfZr主要矿物：锆英石(ZrSiO4)，Hf没有独立矿石，主要与锆共生。钛的冶炼浓硫酸浸 取钛矿粉还原除铁浸取液水解 制H2TiO3过滤灼烧 制TiO2氯化制 TiCl4金属还原金属钛下面以钛铁矿为 例分析各步反应一、矿石的冶炼第二节 钛分族FeTiO3+3H2SO4Ti(SO

7、4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O 在浸取液中加入铁粉使三价铁还原为亚铁离子， 然后在冰点下结晶出绿矾，过滤，铁被除去。Ti(SO4)2H2OTiOSO4H2SO4 TiOSO42H2OH2TiO3H2SO4 H2TiO3 TiO2H2O TiO22C2Cl2TiCl4COTiCl42Mg2MgCl2Ti硫酸浸取反应还原除铁将除铁后的滤液 加入热水中水解灼烧氯化金属还原二、单质的性质价电子层 氧化态 Ti 3d24s2 +3，+4 Zr 4d25s2 +4 Hf 5d26s2 +42Ti+6HCl2TiCl3+3H2 Ti+6HF =H2

8、TiF6 + 2H2Zr+6HFH2ZrF6 + 2H2I. 价电子构型和氧化态II. 化学性质不与水、空气、稀酸等反应。钛能与热浓盐酸或热硝酸中， 但Zr 和Hf则不溶，它们最好溶剂是氢氟酸。三、 钛的化合物TiO2+6HFH2TiF6+2H2OTiO2+H2SO4TiOSO4+H2OTiO2+BaCO3BaTiO3+CO21. TiO2 (俗称钛白)H2TiO3 - 钛酸不溶于酸、碱H2TiO3 - 钛酸显两性，溶于酸、碱钛白是最白的东西，其遮盖性大于锌白，持久性大于铅白，是 一种高级白色颜料。TiCl43H2OH2TiO34HCl发生部分水解： TiCl4H2OTiOCl22HClTiC

9、l4是无色液体，极易水解。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）2. TiCl4TiO2+的检验： TiO2+H2O2TiO(H2O2)2+ (弱酸中橙黄色，强酸中红色)Ti3+为d1，呈紫色，具有较强的还原性TiCl3的制备2TiCl4Zn2TiCl3ZnCl2 2Ti6HCl2TiCl33H23. TiCl3TiCl3 6H2OTi(H2O)6Cl3 Ti(H2O)5ClCl2H2OV V主要矿物:绿硫钒矿VS2或V2S5、铅钒矿Pb5(VO4)3ClNbNb TaTaNb: 铌铁矿Fe(NbO3)2 ， Ta: 钽铁矿Fe(TaO

10、3)2V2O5+5Ca = 5CaO+2V2VCl3+3Mg = 3MgCl2+2V 钒的主要用途在于冶炼特种钢，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。一、存在和冶炼第三节 钒分族价层电子 氧化态 V 3d34s2 +2,+3,+4,+5在常温下均不与空气、水、非氧化性酸和碱等反应。 可溶于氧化性酸、王水和氢氟酸，Nb，Ta不溶于王水， 可溶于氢氟酸，高温下均与熔碱反应。2V + 6HF = 2VF3 + 3H2 V+6HNO3=VO(NO3)2+3H2O+4NO2二、单质的化学性质 2NH4VO3=V2O52NH3H2OV2O56NaOH=2Na3VO43H2O

11、 V2O5H2SO4(VO2)2SO4H2O V2O56HCl浓=2VOCl2Cl23H2O溶液中V+5总是以VO2+（钒酰离子）形 式存在，在浓盐酸中它可氧化Cl-离子， 在硫酸中生成硫酸钒酰VO2+Fe2+2H+=VO2+Fe3+H2O 2VO2+H2C2O42H+=2VO2+2CO22H2O钒的测定可用硫酸 亚铁或草酸铵滴定三、钒的化合物1. 五氧化二钒制 备两性 氧化性随缩合度的增大，颜色加深VO43- V2O74- V3O93- V10O286- V2O5 VO2+pH13pH8.4pH3pH 2pH =1浅黄 红棕色黄无色黄深红色2Na3VO412HClZn2VOCl2(蓝色)Zn

12、Cl26NaCl6H2O Na3VO48HClZnVCl3(绿色)ZnCl23NaCl4H2O 2Na3VO416HCl3Zn2VCl2(紫色)3ZnCl26NaCl8H2O2. 钒酸盐和多钒酸盐I. 钒酸盐的缩合反应II. 低价钒酸盐3. 钒酸盐的鉴别VO43- + 2H2O2 =VO2(O2)23- + 2H2O中性VO43- + H2O2 +6H+ =V(O2)3+ 4H2O强酸性VO2(O2)23-6H+ V(O2)3+H2O22H2O黄色红棕色黄色红棕色CrCr主要矿物:铬铁矿(FeCr2O4)MoMo主要矿物：辉钼矿(MoS2)WW主要矿物：黑钨矿(Fe,Mn)WO4和白钨矿（Ca

13、WO4）硬度、密度大，熔点高，机械性能强。铬是金属中硬度最大的， 钨是所有金属中熔点最高的。如不锈钢就是含铬12%的合金钢。一、主要矿物二、单质的性质物理性质第四节 铬分族价层电子 氧化态 Cr 3d54s1 +2,+3,+6 Mo 4d55s1 +2,+3,+4,+5,+6 W 5d46s2 +2,+3,+4,+5,+6Cr2HClCrCl2(蓝色)H2 4CrCl24HClO24CrCl3(绿色)2H2O2Cr6H2SO4 Cr2(SO4)33SO26H2OMo2HNO3H2MoO42NOII. 高温反应 高温下它们都可与O2，卤素，硫，氮，碳等反 应，反应活性又以铬的较强， 钨的最弱化学

14、性质I. 与酸的反应铬分族比钒分族性质 活泼，但都容易发生钝化(NH4)2Cr2O7=Cr2O3N24H2O加热Cr2O33K2S2O7=3K2SO4Cr2(SO4)3熔融Cr2(SO4)3+6NaOH=2Cr(OH)3+3Na2SO4Cr(OH)3 Cr3+CrO2-OH-H+H+OH-Cr2O3H+OH-注意:经灼烧后的Cr2O3不溶于酸三、铬的化合物1. Cr()化合物制 备I. Cr2O3和Cr(OH)3性质两性CrO2- Cr(OH)3 Cr3+H+H+OH-OH-A Cr2O72- Cr3+1.33 VB CrO42-Cr(OH)3-0.13 V2CrO2-3H2O2OH-2CrO42-4H2O2Cr3+3S2O82-7H2O =Cr2O72-6SO42-14H+Ag+催化10Cr3+6MnO4-11H2O=5Cr2O72-6Mn2+22H+加热II. 铬()盐和亚铬酸盐3d