无机化学下册第二十章过渡元素ppt课件.ppt
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1、11. 掌握过渡元素的价电子构型的特点及其元素通性的关系。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。性质和用途。第二十章第二十章 过渡元素(一)过渡元素(一)第一节第一节 过渡元素的通性过渡元素的通性第二节第二节 钛分族钛分族第三节第三节 钒分族钒分族第四节第四节 铬分族铬分族第五节第五节 锰分族锰分族第一节第一节 过渡元素的通性过渡元素的通性一、过渡元素在周期表中的位置一、过渡元素在周期表中的位置d 区:区:(n-1)d1-9ns1-2f 区:区:(n-2)f1-14
2、(n-1)d0-2ns2第一过渡系第一过渡系第二过渡系第二过渡系第三过渡系第三过渡系按周期划分按周期划分钪、钇和镧钪、钇和镧系又称为稀系又称为稀土元素土元素二二. 过渡元素的价电子构型过渡元素的价电子构型元素元素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni 价电子构型价电子构型 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2元素元素 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd 价电子构型价电子构型 4d15s2 4d25s2 4d45s1 3d54s1 4d65s1 4d75s1 4d85s1 4d105s0元素元素 La H
3、f Ta W Re Os Ir Pt 价电子构型价电子构型 5d16s2 5d26s2 5d35s2 5d46s2 5d56s2 5d66s2 5d76s2 5d96s1三三. 过渡元素的氧化态过渡元素的氧化态族族IIIB B BVIB VIIBIBIIB元素元素ScTiVCrMn Fe Co Ni CuZn3dn3d13d23d33d53d53d63d73d83d93d10主主要要氧氧化化数数+2+3+3+4+3+4+5+2+3+6+2+3+4+6+7+2+3+2+3+2+3+1+2+2I. 从从左左到右,元素最高氧化数升高,到右,元素最高氧化数升高,VIIB后又后又降低降低族族IIIBB
4、B VIB VIIBIBIIB一过渡系一过渡系ScTiVCr Mn Fe Co Ni Cu Zn氧化数氧化数+3+3+4+4+5+3+6+2+4+6+7+2+3+2 +2 +1+2+2二过渡系二过渡系YZr Nb MoTc Ru Rh Pd Ag Cd氧化数氧化数+3+4+5+6+7+4 +3 +2 +1+2三过渡系三过渡系LuHfTaWRe Os IrPt Au Hg氧化数氧化数+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从上往下,高氧化数化合物稳定性增加RbCsSrYZrNbMo TcRuRhPdAgCdBaLaHfTaWReOsIr
5、PtAuHg四四. 过渡元素的原子和离子半径过渡元素的原子和离子半径元元 素素ScTi V Cr Mn Fe Co Ni Cu ZnM2+-2345678910M(H2O)62+颜色颜色-褐褐 紫紫天天蓝蓝浅浅红红浅浅绿绿粉粉红红绿绿浅浅蓝蓝无无元元 素素ScTi V Cr Mn Fe Co Ni Cu ZnM3+01234567M(H2O)63+颜色颜色无无紫紫 绿绿蓝蓝紫紫红红浅浅紫紫绿绿粉粉红红五五. 过渡元素的颜色过渡元素的颜色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。后又稍增大。2. 同族元素从上往下原子半径增大,但
6、五、六周期外由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。素性质相似。六六. 单质的性质单质的性质 密度大;密度大; 熔点高;熔点高; 硬度大;硬度大; 机械性能强;电和热的较好导体机械性能强;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,除钪和钛外,都是重金属,密度最大的是铂系元素,如如Os为为22.57,Ir为为22.42,Pt为为21.45熔点最高的金属是熔点最高的金属是W(3683K);硬度最大的金属是);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
7、此间以及与非过渡金属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。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。过渡元素具有很强的配位能力,其原因是: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过渡元素的价电子轨道多(5个个d轨道,个轨道,个s轨道,轨道,3个个p轨道轨道)。2. 空轨道可以接受配体电子对形成空轨道可以接受配体电子对形成配键。配键。3. 填满的填满的d电子对可以与配体形成电子对可以与配体形成d-p反馈键。反馈键。Ti主要矿物:金红石主要矿物:金红石(TiO2)、钛铁矿钛铁矿(FeTiO
8、3) 。ZrHfZr主要矿物:锆英石主要矿物:锆英石(ZrSiO4),Hf没有独立矿石,主要与锆共生。没有独立矿石,主要与锆共生。钛的冶炼钛的冶炼浓硫酸浸浓硫酸浸取钛矿粉取钛矿粉还原除铁还原除铁浸取液水解浸取液水解制制H2TiO3过滤灼烧过滤灼烧制制TiO2氯化制氯化制TiCl4金属还原金属还原金属钛金属钛下面以钛铁矿为下面以钛铁矿为例分析各步反应例分析各步反应一、矿石的冶炼一、矿石的冶炼第二节第二节 钛分族钛分族FeTiO3+3H2SO4Ti(SO4)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,在浸取液中加
9、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。然后在冰点下结晶出绿矾,过滤,铁被除去。Ti(SO4)2H2OTiOSO4H2SO4TiOSO42H2OH2TiO3H2SO4 H2TiO3 TiO2H2O TiO22C2Cl2TiCl4COTiCl42Mg2MgCl2Ti硫酸浸取反应硫酸浸取反应还原除铁还原除铁将除铁后的滤液将除铁后的滤液加入热水中水解加入热水中水解灼烧灼烧氯化氯化金属还原金属还原二、单质的性质二、单质的性质 价电子层价电子层 氧化态氧化态 Ti 3d24s2 +3,+4 Zr 4d25s2 +4 Hf 5d26s2 +42Ti+6HCl2TiCl3+3H
10、2 Ti+6HF =H2TiF6 + 2H2Zr+6HFH2ZrF6 + 2H2I. 价电子构型和氧化态价电子构型和氧化态II. 化学性质化学性质不与水、空气、稀酸等反应。钛能与热浓盐酸或热硝酸中,不与水、空气、稀酸等反应。钛能与热浓盐酸或热硝酸中, 但但Zr和和Hf则不溶,它们最好溶剂是氢氟酸。则不溶,它们最好溶剂是氢氟酸。三、三、 钛的化合物钛的化合物TiO2+6HFH2TiF6+2H2OTiO2+H2SO4TiOSO4+H2OTiO2+BaCO3BaTiO3+CO21. TiO2 (俗称钛白俗称钛白)H2TiO3 - 钛酸不溶于酸、碱钛酸不溶于酸、碱H2TiO3 - 钛酸显两性,溶于酸、
11、碱钛酸显两性,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。一种高级白色颜料。TiCl43H2OH2TiO34HCl发生部分水解:发生部分水解:TiCl4H2OTiOCl22HClTiCl4是无色液体,极易水解。由于是无色液体,极易水解。由于 Ti4+离子电荷高,半径小,极化离子电荷高,半径小,极化力极强,所以在酸性溶液中主要存在力极强,所以在酸性溶液中主要存在TiO2+ (钛酰离子)钛酰离子)2. TiCl4TiO2+的检验:的检验:TiO2+H2O2TiO(H2O2)2+(弱酸中弱酸中橙黄色,强酸中红
12、色橙黄色,强酸中红色)Ti3+为为d1,呈紫色,具有较强的还原性,呈紫色,具有较强的还原性TiCl3的制备的制备2TiCl4Zn2TiCl3ZnCl22Ti6HCl2TiCl33H23. TiCl3TiCl3 6H2OTi(H2O)6Cl3 Ti(H2O)5ClCl2H2O主要矿物主要矿物:绿硫钒矿绿硫钒矿VS2或或V2S5、铅钒矿铅钒矿Pb5(VO4)3ClNb: 铌铁矿铌铁矿Fe(NbO3)2 , Ta: 钽铁矿钽铁矿Fe(TaO3)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、装甲钒的主要用途在于冶炼
13、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。钢和钢轨等,是汽车和飞机的优良原料钢。一、存在和冶炼一、存在和冶炼第三节第三节 钒分族钒分族 价层电子价层电子 氧化态氧化态 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。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,可溶于氧化性酸、王水和氢氟酸,Nb,Ta不溶于王水,不溶于王水,可溶于氢氟酸,高温下均与熔碱反应。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
14、化学性质二、单质的化学性质 2NH4VO3=V2O52NH3H2OV2O56NaOH=2Na3VO43H2OV2O5H2SO4(VO2)2SO4H2OV2O56HCl浓浓=2VOCl2Cl23H2O溶液中溶液中V+5总是以总是以VO2+(钒酰离子)形钒酰离子)形式存在,在浓盐酸中它可氧化式存在,在浓盐酸中它可氧化Cl-离子,离子,在硫酸中生成硫酸钒酰在硫酸中生成硫酸钒酰VO2+Fe2+2H+=VO2+Fe3+H2O2VO2+H2C2O42H+=2VO2+2CO22H2O钒的测定可用硫酸钒的测定可用硫酸亚铁或草酸铵滴定亚铁或草酸铵滴定三、钒的化合物三、钒的化合物1. 五氧化二钒五氧化二钒制制 备
15、备两性两性氧化性氧化性随缩合度的增大,颜色加深随缩合度的增大,颜色加深VO43- V2O74- V3O93- V10O286- V2O5 VO2+pH13pH8.4pH3pH 2pH =1浅黄浅黄 红棕色红棕色 黄黄无色无色黄黄深红色深红色2Na3VO412HClZn2VOCl2(蓝色蓝色)ZnCl26NaCl6H2ONa3VO48HClZnVCl3(绿色绿色)ZnCl23NaCl4H2O2Na3VO416HCl3Zn2VCl2(紫色紫色)3ZnCl26NaCl8H2O2. 钒酸盐和多钒酸盐钒酸盐和多钒酸盐I. 钒酸盐的缩合反应钒酸盐的缩合反应II. 低价钒酸盐低价钒酸盐3. 钒酸盐的鉴别钒酸
16、盐的鉴别VO43- + 2H2O2 =VO2(O2)23- + 2H2O中性中性VO43- + H2O2 +6H+ =V(O2)3+ 4H2O强酸性强酸性VO2(O2)23-6H+ V(O2)3+H2O22H2O黄色黄色红棕色红棕色黄色黄色红棕色红棕色主要矿物主要矿物:铬铁矿铬铁矿(FeCr2O4)主要矿物:辉钼矿主要矿物:辉钼矿(MoS2)主要矿物:黑钨矿主要矿物:黑钨矿(Fe,Mn)WO4和白钨矿和白钨矿(CaWO4)硬度、密度大,熔点高,机械性能强。铬是金属中硬度最大的,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。如不锈钢就是含铬钨是所有金属中熔点最
17、高的。如不锈钢就是含铬12%12%的合金钢。的合金钢。一、主要矿物一、主要矿物二、单质的性质二、单质的性质物理性质物理性质第四节第四节 铬分族铬分族 价层电子价层电子 氧化态氧化态 Cr 3d54s1 +2,+3,+6Mo 4d55s1 +2,+3,+4,+5,+6W 5d46s2 +2,+3,+4,+5,+6Cr2HClCrCl2(蓝色蓝色)H24CrCl24HClO24CrCl3(绿色绿色)2H2O2Cr6H2SO4 Cr2(SO4)33SO26H2OMo2HNO3H2MoO42NOII. 高温反应高温反应高温下它们都可与高温下它们都可与O2,卤素,硫,氮,碳等反,卤素,硫,氮,碳等反应,
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