过渡元素2013

1、第四讲第四讲 过渡元素过渡元素吴吴 萍萍2013.7熔点、沸点高熔点、沸点高熔点最高的单质：熔点最高的单质：钨钨(W) 368320密度大密度大密度最大的单质：密度最大的单质：锇锇(Os ) 22.48 gcm- -3硬度最大的金属：铬硬度最大的金属：铬(Cr)含氧酸根的高价态有颜色含氧酸根的高价态有颜色物质显色的若干规律（常温，太阳光）物质显色的若干规律（常温，太阳光）（1）绝大多数具有）绝大多数具有d1-9电子组态的过渡元素和电子组态的过渡元素和f1-13电子电子组态的稀土元素的化合物都有颜色组态的稀土元素的化合物都有颜色f区区Ce3Pr3Nd3Pm3Sm3Eu3Gd3Tb3Dy3Ho3E

2、r3Tm3Yb3无色无色黄绿黄绿红紫红紫粉红粉红淡黄淡黄粉红粉红无色无色粉红粉红淡黄淡黄黄黄桃桃淡绿淡绿无色无色（2）多数氟化物无色（特例：）多数氟化物无色（特例：CuF（红），（红），BrF（红）（红）3、4、5、6主族，主族，5、6周期各元素的溴化物、碘化物几乎周期各元素的溴化物、碘化物几乎都有颜色都有颜色锌族卤化物除锌族卤化物除HgI2（红）都无色（红）都无色铜族除铜族除CuCl和和AgCl外多数有颜色外多数有颜色（3）主族元素含氧酸根离子绝大多数无色）主族元素含氧酸根离子绝大多数无色 过渡元素的含氧酸根离子多数有色，同族内随原子过渡元素的含氧酸根离子多数有色，同族内随原子序数的增加酸根

3、的颜色变浅或无色序数的增加酸根的颜色变浅或无色 VO43 黄色黄色 CrO42橙黄橙黄 MnO4紫色紫色 NbO43无色无色 MoO42淡黄淡黄 TeO4淡红淡红 TaO43无色无色 WO42淡黄淡黄 ReO4淡红淡红（4）同种元素在同一化合物中存在不同氧化态时，这种混）同种元素在同一化合物中存在不同氧化态时，这种混合价态的化合物常常呈现颜色，而且该化合物的颜色比相应合价态的化合物常常呈现颜色，而且该化合物的颜色比相应的单一价态化合物的颜色深的单一价态化合物的颜色深（5） 3、4、5、6主族，主族，5、6周期各元素的氧化物大部分都周期各元素的氧化物大部分都有颜色；有颜色； 4、5、6周期各元素

4、的硫化物几乎都有颜色周期各元素的硫化物几乎都有颜色（6）顺式异构体配合物所呈现的颜色一般比同种配合）顺式异构体配合物所呈现的颜色一般比同种配合物的反式异构体的颜色偏短波方向物的反式异构体的颜色偏短波方向 顺式顺式Co(NH3)4Cl2Cl 紫色（紫色（400430nm） 反式反式Co(NH3)4Cl2Cl 紫色（紫色（490540nm） 顺式顺式Co(en)2Br2Br 紫色紫色 反式反式Co(en)2Br2Br 亮绿亮绿（7）四面体、平面正方形配合物的颜色比相应的八面）四面体、平面正方形配合物的颜色比相应的八面体的颜色移向短波方向体的颜色移向短波方向 CoCl42 深蓝深蓝 Co(H2O)6

5、2粉红色粉红色（8）无色晶体如果掺有杂质或发生晶格缺陷时，常有颜色）无色晶体如果掺有杂质或发生晶格缺陷时，常有颜色（9）晶粒的大小影响晶体颜色）晶粒的大小影响晶体颜色 Hg2+ + OH- HgO + H2O Hg(NO3)2 + Na2CO3 HgO + CO2 + 2NaNO3 （10）金属有金属光泽或呈银白色，但金属粉末都是黑色）金属有金属光泽或呈银白色，但金属粉末都是黑色6、过渡元素易形成配合物、过渡元素易形成配合物 过渡元素中心原子半径小，电荷高，有几个能级过渡元素中心原子半径小，电荷高，有几个能级相差不大的（相差不大的（n1）d，ns，np轨道轨道7、形式多碱、多酸倾向、形式多碱、

6、多酸倾向（一）多碱（一）多碱（二二）多多酸酸多酸 同多酸：同一种含氧酸分子缩合而成 如：H2Mo4O13（四钼酸） ，H10W12O41 (十二钨酸)杂多酸：两种不同含氧酸分子缩合而成 n氧化还原性n酸碱性n配位性n稳定性n各元素特异性TitaniumTitaniumTiTi的化合物以的化合物以氧化态稳定，氧化态稳定，TiOTiO2 2，TiClTiCl4 4，TiOTiO2 2Vanadium）CrO2-Cr(OH)3Cr3+CrO42-Cr2O72-铬的重要化合物铬的重要化合物（一）铬酸盐与重铬酸盐：黄黄黄黄砖红色砖红色（二）（二）Cr ()Cr ()化合物化合物在含铬废水中加入在含铬废水

7、中加入FeSO4，使，使Cr2O72-Cr3+，再加入，再加入NaOH至至pH6-8（加热，使沉淀完全），发生如下反应：（加热，使沉淀完全），发生如下反应：Fe2+2OH =Fe(OH)2 （s） Fe3+3OH =Fe(OH)3 （s）Cr33OH =Cr(OH)3 (s)Cr（VI）毒性很大，而）毒性很大，而Cr（III）对人体的毒性要小得）对人体的毒性要小得多，请列出一种工业含多，请列出一种工业含Cr（VI）废水的处理方法，写出）废水的处理方法，写出相应的方程式。相应的方程式。 洗液：洗液：K2Cr2O7 + 浓浓H2SO4，利用了，利用了Cr（）强的氧化性）强的氧化性及及H2SO4的强

8、酸性。由于的强酸性。由于Cr(VI)污染环境，是致癌性物质，污染环境，是致癌性物质，因此停止使用。因此停止使用。可以用王水代替可以用王水代替(王水：王水：HNO3(浓浓) : HCl(浓浓) = 1 : 3)。利。利用用HNO3强氧化性，强氧化性，Cl 的络合性，大多数金属硝酸盐可溶的络合性，大多数金属硝酸盐可溶等性质。由于等性质。由于HNO3- HCl溶液在放置过程会分解，因此王溶液在放置过程会分解，因此王水应现用现配。水应现用现配。实验室过去常用洗液实验室过去常用洗液 (组成：组成：K2Cr2O7 + 浓浓H2SO4)来洗涤玻璃仪器，原理是什么来洗涤玻璃仪器，原理是什么? 为什么现在不再使

9、用为什么现在不再使用洗液来清洗玻璃仪器洗液来清洗玻璃仪器? 根据洗液的原理，请你从常见根据洗液的原理，请你从常见 的化学试剂中选择合适的试剂作洗液代用品，说明你的化学试剂中选择合适的试剂作洗液代用品，说明你的理由。的理由。Manganesium） H+ Mn2+ MnO4- + SO32- + H2O MnO2 + SO42- OH- MnO42- 酸性溶液中，酸性溶液中，SO32过量，得过量，得Mn 2 MnO4过量，得过量，得MnO2 2MnO4 3Mn2 2H2O 5MnO2 4H 元素电势图的表示：元素电势图的表示： 把同一种元素的各种氧化态按照由高到低的顺序排把同一种元素的各种氧化态

10、按照由高到低的顺序排成横列（氧化型在左边，还原型在右边），两种氧化态成横列（氧化型在左边，还原型在右边），两种氧化态之间若构成一个电对，就用一条直线把它们连接起来，之间若构成一个电对，就用一条直线把它们连接起来，并在上方标出这个电对所对应的标准电极电势。并在上方标出这个电对所对应的标准电极电势。Fe ：IronCo ：CobaltNi ：Nickel 铂系金属的化学性质铂系金属的化学性质1、铂系金属对酸的化学稳定性比其他所有各族金属都、铂系金属对酸的化学稳定性比其他所有各族金属都高。高。2、铂系金属不和氮作用，室温下对空气、氧等非金属、铂系金属不和氮作用，室温下对空气、氧等非金属都是稳定的，不

11、发生相互作用。高温下才能与氧、硫、都是稳定的，不发生相互作用。高温下才能与氧、硫、磷、氟、氯等非金属作用，生成相应的化合物。磷、氟、氯等非金属作用，生成相应的化合物。3、铂系金属有很高的催化活性，金属细粉催化活性尤、铂系金属有很高的催化活性，金属细粉催化活性尤其大。其大。4、铂系金属和铁系金属一样，都容易形成配位化合物。、铂系金属和铁系金属一样，都容易形成配位化合物。Cu ：Copper Zn ：Zinc Ag ：Cobalt Cd : CadmiumAu ：Gold Hg : Mercury一、性质比较一、性质比较同周期，自左向右同周期，自左向右 金属活泼性增强金属活泼性增强 I B II

12、B同主族，自上而下同主族，自上而下 金属活泼性减弱金属活泼性减弱二、与酸反应二、与酸反应（一）非氧化性酸（如（一）非氧化性酸（如HCl, H3PO4, 稀稀H2SO4） 而而Cu、Ag、Au、Hg不反应。不反应。（二）氧化性酸（如（二）氧化性酸（如HNO3， 浓浓H2SO4）M + HNO3 Ma(NO3)b + NO2、NOM = Zn、Cd、Hg、Cu、Ag Au可溶于可溶于“王水王水” ： （V（浓（浓HCl）: V（浓（浓HNO3 ）= 3:1 ） Au(s) + HNO3 + 4HCl = HAuCl4+ NO+ 2H2O只有只有Zn反应。反应。 （H2O/H2）= -0.829V,

13、 Zn(OH)42 -/Zn = -1.22VZn(s) + 2OH- + 2H2O = Zn(OH)42- + H2(g)Zn(s) + 4NH3（aq） = Zn(NH3)42+ 三、与碱溶液反应：三、与碱溶液反应： 四、四、Cu(I) - Cu(II) 互相转化：互相转化： （一）（一）Cu(I) Cu(II) 1酸性溶液中，酸性溶液中，Cu+歧化：歧化： 2Cu+ = Cu2+ + Cu(s) Cu+/Cu = 0.521V ； Cu2+/Cu+ = 0.152V H2O Cu2SO4(s) CuSO4(aq) + Cu 白色白色 蓝色蓝色2Cu(I) 被适当氧化剂氧化：被适当氧化剂氧

14、化： 例：例： Cu2O + 4NH3 + H2O = 2Cu(NH3)2+ + 2OH- 红色红色 无色无色 4Cu(NH3)2+ + O2 + 8NH3 + 2H2O = 4Cu(NH3)42+ + 2OH- 可用可用 Cu(NH3)2 +(aq) 除去混合气体中的除去混合气体中的O2（二）（二）Cu(II) Cu(I) 1. Cu(II) + 还原剂还原剂 Cu(I) 或或/和和 沉淀剂沉淀剂 Cu(I) 难溶化合物难溶化合物 或或/和和 络合剂络合剂 Cu(I) 稳定配合物稳定配合物例例1 2Cu2+(aq) + 5I-(aq) 2CuI(s) + I3-(aq) 还原剂还原剂+沉淀剂

15、沉淀剂例例2 2 Cu 2 + 10 CN- = 2 Cu(CN)43- + (CN)2 还原剂还原剂+配体配体 K稳稳 Cu(CN)43- = 2.01030固态固态CuCl2、稀溶液及浓溶液的颜色为何各不相同？、稀溶液及浓溶液的颜色为何各不相同？颜色的不同是由于在不同的条件下，颜色的不同是由于在不同的条件下，CuCl2存在的形式不同存在的形式不同固态：暗棕色固态：暗棕色浓溶液（加少量水）：黄棕色浓溶液（加少量水）：黄棕色存在自络合现象，形成存在自络合现象，形成CuCl42-, CuCl3-CuCl2 = Cu2+ +2Cl-CuCl2 + Cl- CuCl3- CuCl3- + Cl- C

16、uCl42-CuClClCuClClCu- 极稀溶液：天蓝色极稀溶液：天蓝色大量水存在下，铜氯络离子转化为铜的水合离子大量水存在下，铜氯络离子转化为铜的水合离子CuCl42- + 4H2O = Cu(H2O)42+ + 4Cl-稀溶液（多加水）：绿色稀溶液（多加水）：绿色CuCl2如在不很稀的溶液中，则为绿色，这是如在不很稀的溶液中，则为绿色，这是CuCl42-Cu(H2O)42+ 络离子的混合色。水合络离子的混合色。水合CuCl2晶体的绿色也晶体的绿色也是这个原因是这个原因五、五、Hg(II) Hg(I)的互相转化：的互相转化： Hg2Cl2 ClHgHgCl Hg(I)为双聚体为双聚体Hg

17、22+ （对比（对比Cu+ 为单体）为单体）（一）（一）Hg (II) Hg (I) 1、酸性溶液中，逆歧化：、酸性溶液中，逆歧化： Hg2+ + Hg(l) = Hg22+ 对比：对比：Cu+(aq) 歧化歧化 2Cu+(aq) = Cu2+(aq) + Cu(s) K = 1.731062、被还原、被还原2HgCl2 SnCl2 2HCl Hg2Cl2 H2SnCl6（二）（二）Hg(I)Hg(II) 沉淀剂沉淀剂 难溶化合物难溶化合物 Hg(I) + Hg(II) + Hg(l) 配位体配位体 稳定配合物稳定配合物 例例1. Hg2Cl2+ NH3H2O H2N-Hg-Cl+Hg(l)

18、+NH4Cl+ 2H2O （氯化氨基汞）白色（氯化氨基汞）白色+ 黑色黑色 灰黑色灰黑色检定检定Hg22+ 对比：对比：HgCl2 +2NH3H2O H2N-Hg-Cl+NH4Cl + 2H2O 白色白色检定检定Hg2+ 例例2. 2Hg22+ + H2S = Hg2S + 2H+ HgS+ Hg(l) 例例3. Hg2Cl2 + 2I- = Hg2I2 + 2Cl- Hg2Cl2 + 2I- (过量过量) = HgI42- + Hg(l) 合并：合并：Hg2Cl2 + 4I- = HgI42- + Hg(l) + 2Cl- K稳稳 = 6.81029五、五、Ag的重要化合物：的重要化合物： AgNO3 Ag + NO2 +O2 (光或光或713K）Cu(NO3)2 CuO + NO2 + O2 (413K) AgF