w无机化学二版电子教案教学课件作者第二版013章节

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1、第一节铬及其化合物 第二节锰及其化合物 第三节铁钴镍 第四节稀土元素和镧系元素 第五节锕系元素和铀后元素,学习指南,习题 习题参考答案,本章重点： 铬、锰、铁、钴、镍，单质及其重要化合物的性质结构和用途。 本章难点： 铬（ 、）； 锰（、）化合物的性质和相互转化。,第一节 铬及其化合物 铬 铬是周期系B族第一种元素，地壳中的丰度居21位。 铬具有银白色光泽，是最硬的金属，主要用于电镀和冶炼合金钢。 铬钢具有耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，比普通钢的硬度大和弹性好，故铬可用于冶炼多种合金钢。,不锈钢 含Cr在12以上的钢称为不锈钢。 生活中的铬,铬是人体必需的微量元素，但铬()化合物有毒。 铬因易在表

2、面形成一层氧化膜而钝化。有钝化膜的铬在冷的硝酸、浓硫酸，甚至王水中皆不溶解。 铬原子的价层电子构型能形成多种氧化值的化合物，如1,+2,+3,+4,+5,+6，其中以+3,+6两类化合物最为常见和重要。,铬的氧化物和氢氧化物 1.三氧化二铬和氢氧化铬 三氧化二铬 Cr2O3为绿色晶体，不溶于水，具有两性，溶于 酸形成Cr()盐，溶于强碱形成亚铬酸盐(CrO2-)。,制备,Cr2O3常用作媒染剂、有机合成的催化剂以及油漆的颜料(铬绿)，也是冶炼金属铬和制取铬盐的原料。,氢氧化铬(Cr(OH)3) 制备 在铬()盐中加入氨水或NaOH溶液，即有灰蓝 色的Cr(OH)3胶状沉淀析出：,Cr(OH)3

3、具有明显的两性 在溶液中存在两种平衡：,2.三氧化铬(CrO3) CrO3为暗红色的针状晶体，易潮解，有毒，超过熔点(195)即分解释出O2。 CrO3为强氧化剂，遇有机物易引起燃烧或爆炸。 制备：,CrO3被称作铬()酸的酐，简称铬酐。它遇水能形成铬()的两种酸：H2CrO4和其二聚体H2Cr2O7。,铬()盐 三氯化铬(CrCl36H2O) 是常见的Cr()盐，为暗绿色晶体，易潮解，在工业上用作催化剂、媒染剂和防腐剂等。 制备：,铬酸盐和重铬酸盐 与铬酸、重铬酸对应的是铬酸盐和重铬酸盐，它们的钠、钾、铵盐都是可溶的，其颜色与其酸根一致。 铬酸盐和重铬酸盐的性质差异表现在以下二方面： 1.氧

4、化性 Cr()盐 只有在酸性时，或者说以Cr2O72-的形式存在，才表现出强氧化性，所以，当以Cr()为氧化剂时，需选用重铬酸盐，即要使反应在酸性溶液中进行。例如：,2.溶解度 重铬酸盐大都易溶于水，而铬酸盐中除K+,Na+，NH4+盐外，一般都难溶于水。当向重铬酸盐溶液中加入可溶性Ba 2+,Pb 2+或Ag+盐时，将促使Cr2O72-朝CrO42-方向转化，而生成相应的铬酸盐沉淀：,钾和钠的铬酸盐 1.性质与用途 铬酸钠(Na2CrO4)和铬酸钾(K2CrO4) 都是黄色结晶，容易潮解，水溶液都显碱性。重铬酸钠(Na2Cr2O7)和重铬酸钾(K2Cr2O7) 都是橙红色晶体，它们的水溶液都

5、显酸性。 重铬酸钠和重铬酸钾的商品名分别称红矾钠和红矾钾，都是强氧化剂，在鞣革、电镀等工业中广泛应用。 重铬酸钾无吸潮性，又易用重结晶法提纯，故用它作分析化学中的基准试剂(标定其他试剂的含量)。,铬（）的或H2O2的鉴别,2.制备 工业上生产铬酸盐是以铬铁矿为原料，与Na2CO3混合，高温焙烧得到铬酸钠：,乙醚,若制备Na2Cr2O7，只需加入H2SO4酸化即可：,K2CrO4的工业制法与钠盐相似。 K2Cr2O7也可由Na2Cr2O7与KCl进行复分解制得,两种生成物的分离也是利用溶解度的不同溶液经蒸发浓缩再冷却，NaCl的溶解度受温度的影响不大，而K2Cr2O7的溶解度则显著下降，故先结晶

6、出来,含铬废水的处理 铬的化合物的毒性 Cr()的毒性最大。铬酸盐能降低生化过程的需氧量，从而发生内窒息。它对胃、肠等有刺激作用，对鼻粘膜的损伤最大，长期吸入会引起鼻膜炎甚至鼻中隔穿孔，并有致癌作用。 Cr()化合物的毒性次之；Cr()及金属铬的毒性较小。,铬废水的两种处理方法： (1) 还原法用硫酸铁，亚硫酸钠，水合肼或含二氧化硫烟道废气等作为还原剂，将Cr()还原成Cr()，再用石灰乳沉淀为氢氧化铬除去。 电解还原法是用金属铁作阳极，Cr()在阴极上被还原成Cr()，阳极溶解下来的亚铁离子也可将Cr()还原成Cr()。,(2) 离子交换法 Cr()在废水中常以阴离子存在，让废水流经阴离子交

7、换树脂进行离子交换。交换后的树脂用NaOH处理，再生后重复使用。用NaOH溶液洗脱下来的高浓度铬的化合物溶液，应回收利用。,第二节 锰及其化合物 金属锰 锰是灰色似铁的金属，表面容易生锈而变暗黑。 纯锰用途不大，却是制造合金的重要材料。 高锰钢既坚硬、又强韧，是轧制铁轨和架设桥梁的优良材料。 锰也是人体必需的微量元素，在心脏及神经系统里，起着举足轻重的作用。,锰钢制造的自行车，质量轻、强大，深受欢迎。Mn与Al，Fe制成的合金钢是一种很有前途的超低温合金钢，其强度、韧性都十分优异，可用于沸点分别为-163和-195的液化天然气、液氮的储存和运送。 化学性质 锰属于活泼金属，在空气中锰表面生成的

8、氧化物膜，可以保护金属内部不受侵蚀。 粉末状的锰能彻底被氧化，有时甚至能起火，并生成Mn3O4(是MnOMn2O3的混合氧化物，类似于Fe3O4)； 锰能分解冷水：,锰和卤素，S，C，N，Si等非金属能直接化合生成MnX2，MnS，Mn3N2等。 锰溶于一般的无机酸，生成Mn()盐，与冷的浓H2SO4作用缓慢。在有氧化剂存在下，金属锰可以与熔融碱作用生成K2MnO4：,锰原子的价层电子构型是3d54s2，最高氧化值为+7，还有+6,+4,+3,+2等，其中以+2,+4,+7三种氧化值的化合物最为重要。,锰的氧化物和氢氧化物的酸碱性：,锰化合物氧化还原性的性 ：,锰()化合物 氧化锰(MnO)或

9、称氧化亚锰、氢氧化锰及Mn()盐。 Mn()盐最常见，如氯化锰，硫酸锰,硝酸锰,碳酸锰,硫化锰等。 二价锰离子的价层电子构型为3d5，属于d能级半充满的稳定状态，故这类化合物是相当稳定的。 Mn 2+在酸性溶液中最稳定，它既不易被氧化，也不易被还原，欲使Mn 2+氧化，必须选用强氧化剂，例如：,在Mn()盐溶液中加入NaOH或氨水，都能生成白色Mn(OH)2沉淀。,Mn(OH)2不能稳定存在，沉淀很快由白色变成褐色的水合二氧化锰：,锰()化合物 二氧化锰 常况下它的性质稳定，应具有两性性质，但在酸碱介质中易被还原或氧化不稳定。 例如： 二氧化锰在酸性介质中有强氧化性，和浓盐酸作用有氯气生成，和

10、浓硫酸作用有氧气放出。,二氧化锰的氧化性 MnO2还能氧化H2O2和Fe 2+等物 。,MnO2制备 干法:由灼烧Mn(NO3)2制取。,湿法： 利用了Mn()和Mn()的逆歧化反应。,MnO2用途 大量用于制造干电池以及玻璃、陶瓷、火柴、油漆等工业，也是制备其他锰化合物的主要原料。,M n 2+ 的鉴定,MnO2性质,锰()化合物 高锰酸钾 俗名灰锰氧，为暗紫色晶体，有光泽。遇光反应，故固体高锰酸钾及其溶液都需保存在棕色瓶中。,高锰酸钾是常用的强氧化剂。它的热稳定性较差，热至200以上就分解并放出氧气。,KMnO4与有机物或易燃物混合，易发生燃烧或爆炸。,高锰酸钾的氧化性与酸碱性的关系 在酸

11、性溶液中，MnO4-被还原成Mn2+。 例如：,如果MnO4-过量，将进一步和它自身的还原产物Mn2+发生逆歧化反应而出现MnO2沉淀，紫红色随即消失：,KMnO4的氧化能力与溶液的酸性,在中性或弱碱性溶液中，被还原成MnO2。 例如：,在强碱性溶液中，被还原成锰酸根MnO42-。,如果MnO4-的量不足，还原剂过剩，则生成物中的MnO42-会继续氧化SO32-，其还原产物仍是MnO2：,高锰酸钾制备 以MnO2为原料，分两步氧化。首先在强碱性介质中将它氧化成锰酸钾；而后对其进行电解氧化。反应式如下：,电解,用途: 是常用的化学试剂。在医药上用作消毒剂。0.1的稀溶液常用于水果和茶杯的消毒，5

12、溶液可治烫伤，还用作油脂及蜡的漂白剂。,第三节 铁 钴 镍 铁、钴、镍的单质 铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)位于周期表B族，性质相似，合称为铁系元素。 单质: 它们都是具有光泽的白色金属，铁、钴略带灰色，镍为银白色。铁、镍有很好的延展性，而钴则较硬而脆。这三种金属按Fe,Co,Ni顺序，原子半径逐渐减小，密度依次增大，熔点和沸点都比较接近。它们都有强磁性，形成的许多合金都是优良的磁性材料。,铁矿: 有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿等。 生铁: 生铁含碳在1.74.5之间。 熟铁: 熟铁含碳在0.1以下。 钢: 钢的含碳量介于二者之间。 钢铁的致命弱点就是耐腐蚀性差。,钢铁的腐蚀,Fe,Co,Ni化

13、学性质 属于中等活泼金属，在高温下能和O，S，Cl等非金属作用。 Fe溶于HCl、稀硫酸和硝酸，但冷而浓的硫酸，硝酸会使其钝化。 Co，Ni在HCl和稀硫酸中的溶解比Fe缓慢。 钴和镍遇冷硝酸也会钝化。浓碱能缓慢侵蚀铁，而钴、镍在浓碱中比较稳定，镍质容器可盛熔融碱。,铁系元素的氧化物和氢氧化物 1.氧化物,制取Fe2O3,Co2O3及Ni2O3,2.氢氧化物 铁系元素氢氧化物的氧化还原性递变规律。,Fe(OH)3还原,向Fe2+,Co2+,Ni2+的溶液中加入碱都能生成相应的M(OH)2沉淀。 由于Fe(OH)2的还原性很强，反应之初甚至看不到Fe(OH)2的白色，而先是灰绿色并逐渐被空气中的

14、O2氧化为棕红色的Fe(OH)3，只有在反应前先赶尽Fe2+溶液和NaOH溶液中的O2，才可能得到白色的Fe(OH)2。 粉红色的Co(OH)2也可以被空气氧化为棕黑色的 Co(OH)3，但因Co(OH)2还原性较弱，反应较慢。 Ni(OH)2不能被空气中的O2所氧化，只是在强碱性条件下，并加入较强的氧化剂才能使其氧化成黑色的Ni(OH)3或NiO(OH)。,新沉淀的Fe(OH)3有比较明显的两性，能溶于强碱溶液：,沉淀放置稍久后则难以显示酸性，只能与酸反应生成Fe()盐，例如：,Co(OH)3和Ni(OH)3也是两性偏碱性，但由于它们在酸性介质中有很强的氧化性，它们与非还原性酸(如H2SO4

15、,HNO3)作用时氧化H2O放出O2，而与浓HCl作用时，则将其氧化并放出Cl2：,Ni(OH)3的氧化能力比Co(OH)3的更强。,铁盐 1.铁()盐 又称亚铁盐，如硫酸亚铁(绿矾)，氯化亚铁、硫化亚铁FeS等。亚铁盐有一定的还原性，不易稳定存在。 因此，当用铁屑或铁块与HCl或H2SO4作用制备FeCl2或FeSO4时，有以下两个关键性条件需要注意： (1) 始终保持金属铁过量。为了防止溶液中出现Fe3+需加入过量的铁。一旦出现Fe3+，金属铁立即将它还原为亚铁。,(2) 为防止Fe 2+的水解及水解产物Fe(OH)2的氧化。制备过程中要始终保持溶液的酸性(随时补加酸)。 亚铁盐固体久置空

16、气中也会被缓慢氧化，生成黄色或铁锈色的碱式铁()盐：,将亚铁盐转为复盐则会稳定得多，如硫酸亚铁铵FeSO4(NH4)2SO46H2O，俗称摩尔盐，就是实验室常用的Fe()盐。用它配制Fe()盐溶液时，需加入足够的硫酸，以防水解和氧化。,2.铁盐 铁()盐 又称高铁盐，如三氯化铁、硫酸铁、硝酸(高)铁等。 铁()盐的主要性质之一是容易水解，其水解产物一般近似地认为是氢氧化铁。,实际上，它的水解比较复杂，只有在强酸性c(H+)=1.0 molL-1的条件下，Fe()盐溶液才是清亮的。此时铁离子基本上以水合离子Fe(H2O)63+的形成存在。Fe()的水解比较复杂，它是逐级进行的：,可形成多聚离子，甚至形成胶体溶液的胶核，溶液的颜色由黄色加深至红棕色。当pH=45时，即形成水合三氧化二铁沉淀。新沉淀的Fe2O3xH2O易溶于酸，经放置后就难溶了。 氯化铁或硫酸铁用作净水剂，就是利用上述性质。它们