过渡金属Ⅰ.ppt
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1、2019/4/11,1,20 过渡金属(),20-1 引言 20-2 钛副族 20-3 钒副族 20-4 铬副族 20-5 锰副族 20-6 重铬酸钠的生产 20-7 无机物的颜色,2019/4/11,2,20-1 引言,Sc、Y、La系-稀土元素(RE,17种) 过渡元素-具有部分充填d或f壳层电子的元素。 内过渡元素- La系、Ac系元素 外过渡元素- La系、Ac系外(包括La、Ac)元素,2019/4/11,3,20-2 钛副族,一、概述 Ti Zr Hf 价电子层结构 3d24s2 4d25s2 5d26s2 主要氧化数 +3,+4 +4 +4 1.钛的主要矿物: 钛铁矿:FeTiO
2、3 ; 金红石:TiO2 2.M()化合物主以共价键结合,水溶液中以MO2+形式存在,且容易水解.,2019/4/11,4,3.因镧系收缩Zr4+(80pm),Hf4+(79pm)离子半径相近,化学性质相似,分离困难. 4.金属钛的性质、用途和制法 物理性质:银白光泽,熔点较高(193310),密度比钢小,比铝大(2.74.547.9),机械强度大(大于铝,与钢近似),是热和电的良导体,可塑性大,易形成合金.因表面有致密、钝性氧化物保护膜,抗腐蚀性强.新兴的结构材料,在航海和航空制造业上有广泛应用. 制法:TiCI4+2Mg=Ti+2MgCI2;TiCI4+4Na=Ti+4NaCI,2019/
3、4/11,5,化学性质: 室温下稳定,不与稀酸、稀碱反应 高温下直接与许多非金属、金属反应 TiN、TiC、TiB、TiB2等 与热浓盐酸,热硝酸,热硫酸及氢氟酸等反应 2Ti+6HCI(浓)=2TiCI3+3H2 2Ti+3H2SO4(浓)=Ti2(SO4)3+3H2 Ti+4HNO3=H2TiO3 +4NO2+H2O Ti+6HF=TiF62-+2H+2H2,2019/4/11,6,二、钛的重要化合物,1.TiO2(金红石、钛白) 性质:纯TiO2为白色,难溶于水的固体,两性偏碱. TiO2+H2SO4(浓)=TiOSO4(硫酸钛酰)+H2O TiO2+2NaOH(浓)=Na2TiO3+H
4、2O TiO2+6HF=TiF62-+2H+2H2O,偏钛酸钡,具有压电性能(在机械应力作用下,内部正、负电荷中心相对位移,而发生极化,导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷)。,2019/4/11,7,* 制法:硫酸法,思考:使硫酸钛酰水解反应正向进行的条件? 稀释,降低酸度,提高温度。 用途:化学性质相对稳定,覆盖能力强,折射率高,无毒-制高级白色油漆。,2019/4/11,8,2.TiCI4 制法:TiO2+2CI2+2C=TiCI4+2CO 性质:共价化合物,常温下为无色液体,易挥发,易溶有机溶剂,易水解,在潮湿空气中冒烟。 TiCI4+3H2O=H2TiO3+4HCI-制烟幕弹 Ti
5、CI4制其它化合物的原料。,2019/4/11,9,3.Ti()化合物 2TiCI4+H2=2TiCI3 (紫)+2HCI 2TiCI4+Zn=2TiCI3(紫)+2ZnCI2,Ti3+具有还原性,易被空气氧化。 4Ti3+2H2O+O2= 4TiO2+4H+,2019/4/11,10,4.钛()的配合物 水溶液存在Ti(OH)2(H2O)42+简写TiO2+(不存在),Ti(OH)4(H2O)2 - TiO24H2O,OH-,晶体中也不存在TiO2+ TiO2+H2SO4(浓)=TiOSO4H2O,(TiO)n2n+,2019/4/11,11,Ti()的化合物一般无色,强酸中:红色 稀酸或中
6、性溶液:橙黄色,比色分析,pH1,单核有色配离子 :Ti(O2)OH(H2O)4+ pH=1-3,双核配离子:Ti2O52+ 显色原因:O22-离子变形性较强的缘故.,2019/4/11,12,20-3 钒副族,一、概述 V Nb Ta 价电子层结构 3d34s2 4d35s2 5d36s2 主氧化数 +2,+3,+4,+5 +3,+5 +5 +5是钒族元素最稳定的氧化态 钒族金属都是强还原剂,但容易呈钝态,室温下活性较低。 Nb,Ta性质相近,共生。,2019/4/11,13,二、钒的重要化合物,V5+与Ti4+相比,极化力更强,水溶液中不存在简单离子。 V()的存在形式 酸中:钒氧基(VO
7、2+,VO3+) 碱中:含氧酸根(VO43-,VO3-) V()的化合物一般有颜色. 1.V2O5,2019/4/11,14,物性:橙黄或砖红色粉末,无味、有毒(钒化合物均有毒),微溶于水,水溶液淡黄色显酸性。 化性:两性偏酸 V2O5+6OH-=2VO43-+3H2O (正钒酸盐,无色) V2O5+2H+(强酸pH1)=2VO2+H2O (钒酰离子,淡黄) 中强氧化剂 V2O5+6HCI=2VOCI2+CI2+3H2O,2019/4/11,15,用途:接触法制硫酸的催化剂,众多有机反应的催化剂,加入玻璃中可防止紫外线透过. 2.钒酸盐,随溶液中H+浓度增加,多钒酸根中的氧逐渐被H+夺走,使酸
8、根中钒与氧的比值依次下降。,2019/4/11,16,钒酸盐在强酸性溶液中是强氧化剂,VO2+Fe2+2H+VO2+Fe3+H2O (钒酰离子) (亚钒酰离子) 2VO2+H2C2O4+2H+ 2VO2+2CO2+2H2O,2019/4/11,17,20-4 铬副族,一、概述 B Cr Mo W 价电子层结构 3d54s1 4d55s1 5d46s2 主氧化数 +2,+3,+6 +3,+5,+6 +5,+6 电负性 1.66 2.16 2.36 三对元素因镧系收缩,性质极为相近。 Zr Hf ;Nb Ta ; Mo W,2019/4/11,18,1.铬元素电势图,酸性溶液中:Cr2O72-具有
9、强氧化性, Cr3+最稳定,Cr2+最不稳定,易被氧化。 碱性溶液中:CrO42-最稳定,Cr()易被氧化.,2019/4/11,19,2.单质的物理性质 银白色金属,熔沸点高(同周期中最高). W:所有金属中熔点最高,368320K Cr:所有金属中硬度最大,9 3.单质的化学性质 常温稳定(氧化膜),纯态活泼 Cr+2HCI= H2+CrCI2(兰色,不稳定) 4Cr2+4H+O2= 2H2O+4Cr3+(绿色,稳定) Cr+H2SO4(浓)Cr3+SO2 浓硝酸、王水中钝化,2019/4/11,20,Mo:不溶HCI,溶浓H2SO4、浓HNO3和王水 W:溶王水,HF+HNO3 高温下能
10、与X2、S、N2、C等非金属化合。 4.用途 Cr:光泽,抗腐蚀性强,常用做金属表面镀层(自行车、汽车、精密仪器零件等),制合金(铬钢、不锈钢等) Mo,W:大量用于制造耐高温、耐磨、耐腐蚀的合金钢 W:灯丝,高温电炉的发热元件等。,2019/4/11,21,二、铬的重要化合物,1.Cr()的化合物 Cr2O72- CrO42- CrO3 CrO5 CrO3: “铬酐”,暗红晶体,易溶于水 CrO3+H2O=H2CrO4(铬酸,黄色) 2CrO3+H2O=H2Cr2O7(重铬酸,橙红) 受热易分解:4CrO3=2Cr2O3+3O2 强氧化剂,遇有机物易着火爆炸。,2019/4/11,22,*
11、铬酸、重铬酸及其盐 酸性:H2CrO4 H2Cr2O7 中强酸,只存在于水溶液中。,橙红,黄,碱中(pH6): CrO42-为主 酸中(pH2):Cr2O72-为主,铬化合物颜色,2019/4/11,23,盐的溶解性 重铬酸盐常温下大多易溶于水,Ag2Cr2O7 铬酸盐多数难溶,碱金属盐易溶 碱土金属盐 MgCrO4BaCrO4,S依次减小 重金属盐难溶,同一金属盐:铬酸盐溶解度重铬酸盐溶解度,2019/4/11,24,CrO42-+Ba2+=BaCrO4黄 CrO42-+Pb2+=PbCrO4黄 CrO42-+2Ag+=Ag2CrO4砖红,Cr2O72-+2Ba2+H2O=2BaCrO4+2
12、H+ Cr2O72-+2Pb2+H2O=2PbCrO4+2H+ Cr2O72-+4Ag+H2O=2Ag2CrO4+2H+,铬酸盐沉淀,2019/4/11,25, Cr2O72-的氧化性 A(Cr2O72-/Cr3+)=1.33V,铬酸洗液: K2Cr2O7饱和溶液+浓H2SO4,2019/4/11,26,常见盐 K2CrO4,Na2CrO4黄色针状晶体 K2Cr2O7,Na2Cr2O7橙红色晶体 (红矾钾,红矾钠) CrO5(过氧化铬),2019/4/11,27,Cr2O72-+4H2O2+2H+=2CrO(O2)2+5H2O CrO(O2)2 不稳定,易分解. 4CrO(O2)2+12H+=
13、4Cr3+7O2+6H2O -鉴定Cr3+,CrO42-,Cr2O72-,H2O2,2019/4/11,28,2.Cr()的化合物 Cr2O3 Cr(OH)3 Cr3+ Cr(OH)4- Cr2O3 绿色固体,“铬绿”,微溶于水,熔点高,稳定性高,性质类同AI2O3 Cr2O3+6H+=2Cr3+3H2O Cr2O3+2OH-+3H2O=2Cr(OH)4- 制备:(NH4)2Cr2O7=N2+Cr2O3+4H2O Cr(OH)3 灰兰色胶状沉淀,两性,性质类同AI(OH)3,2019/4/11,29,Cr(OH)3+3H+=Cr3+3H2O Cr(OH)3+3OH-=Cr(OH)4- Cr3+
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