无机化学下册过渡元素市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、1无机化学第二十章过渡元素()第1页教学要求1. 掌握过渡元素价电子构型特点及其元素通性关系。2. 掌握过渡元素钛、钒、铬、钼、钨和锰单质及化合物性质和用途。第二十章 过渡元素（一）第2页第一节 过渡元素通性第二节 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第3页第一节 过渡元素通性一、过渡元素在周期表中位置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第4页二. 过渡元素价电子构型元素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni 价电子构型 3d14s2 3d24s

2、2 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第5页三. 过渡元素氧化态族IIIBBBVIBVIIBIBIIB元素ScTiVCrMnFeCoNiCuZn3dn3d13d23d33d53d53d63d73d83d

3、93d10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后又降低第6页族IIIBBBVIBVIIBIBIIB一过渡系ScTiVCrMnFeCoNiCuZn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YZrNbMoTcRuRhPdAgCd氧化数+3+4+5+6+7+4+3+2+1+2三过渡系LuHfTaWReOsIrPtAuHg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第7页KRbCsCaS

4、cTiVCrMnFeCoNiCuZnSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdBaLaHfTaWReOsIrPtAuHg四. 过渡元素原子和离子半径第8页元 素ScTiVCrMnFeCoNiCuZnM2+-2345678910M(H2O)62+颜色-褐紫天蓝浅红浅绿粉红绿浅蓝无元 素ScTiVCrMnFeCoNiCuZnM3+01234567M(H2O)63+颜色无紫绿蓝紫红浅紫绿粉红五. 过渡元素颜色1. 同一周期元素从左到右原子半径迟缓减小，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、六周期外因为镧系收缩使其同族元素原子半径十分靠近，造成其元素性质相同。第9页六. 单质性

5、质 密度大； 熔点高； 硬度大； 机械性能强；电和热很好导体除钪和钛外，都是重金属，密度最大是铂系元素，如Os为22.57，Ir为22.42，Pt为21.45熔点最高金属是W（3683K）；硬度最大金属是Cr因为过渡元素含有优良机械加工性，彼此间以及与非过渡金属组成含有各种特征合金，在工程材料方面有着广泛应用。I. 物理性质第10页II. 化学性质过渡元素含有很强配位能力，其原因是：1. 过渡元素价电子轨道多(5个d轨道，个s轨道，3个p轨道)。2. 空轨道能够接收配体电子对形成配键。3. 填满d电子对能够与配体形成d-p反馈键。易形成配位化合物第11页Ti主要矿物：金红石(TiO2)、钛铁矿

6、(FeTiO3) 。ZrHfZr主要矿物：锆英石(ZrSiO4)，Hf没有独立矿石，主要与锆共生。钛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、矿石冶炼第二节 钛分族第12页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，然后在冰点下结晶出绿矾，过滤，铁被除去。Ti(SO4)2H2OTiOSO4H2SO4TiOSO42H2OH2TiO3H2SO4 H2TiO3 TiO2H2O TiO22

7、C2Cl2TiCl4COTiCl42Mg2MgCl2Ti硫酸浸取反应还原除铁将除铁后滤液加入热水中水解灼烧氯化金属还原第13页二、单质性质 价电子层 氧化态 Ti 3d24s2 +3，+4 Zr 4d25s2 +4 Hf 5d26s2 +42Ti+6HCl2TiCl3+3H2 Ti+6HF =H2TiF6 + 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。第14页三、 钛化合物TiO2+6HFH2TiF6+2H2OTiO2+H2SO4TiOSO4+H2OTiO2+

8、BaCO3BaTiO3+CO21. TiO2 (俗称钛白)H2TiO3 - 钛酸不溶于酸、碱H2TiO3 - 钛酸显两性，溶于酸、碱钛白是最白东西，其遮盖性大于锌白，持久性大于铅白，是一个高级白色颜料。第15页TiCl43H2OH2TiO34HCl发生部分水解：TiCl4H2OTiOCl22HClTiCl4是无色液体，极易水解。因为 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+检验：TiO2+H2O2TiO(H2O2)2+(弱酸中橙黄色，强酸中红色)第16页Ti3+为d1，呈紫色，含有较强还原性TiCl3制备2TiCl4Zn

9、2TiCl3ZnCl22Ti6HCl2TiCl33H23. TiCl3TiCl3 6H2OTi(H2O)6Cl3 Ti(H2O)5ClCl2H2O第17页V主要矿物:绿硫钒矿VS2或V2S5、铅钒矿Pb5(VO4)3ClNbTaNb: 铌铁矿Fe(NbO3)2 ， Ta: 钽铁矿Fe(TaO3)2V2O5+5Ca = 5CaO+2V2VCl3+3Mg = 3MgCl2+2V 钒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，是汽车和飞机优良原料钢。一、存在和冶炼第三节 钒分族第18页 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

10、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、单质化学性质第19页 2NH4VO3=V2O52NH3H2OV2O56NaOH=2Na3VO43H2OV2O5H2SO4(VO2)2SO4H2OV2O56HCl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+H2O2VO2+H2C2O42H+=2VO2+2CO22H2O钒测定可用硫酸

11、亚铁或草酸铵滴定三、钒化合物1. 五氧化二钒制 备两性氧化性第20页随缩合度增大，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)ZnCl26NaCl6H2ONa3VO48HClZnVCl3(绿色)ZnCl23NaCl4H2O2Na3VO416HCl3Zn2VCl2(紫色)3ZnCl26NaCl8H2O2. 钒酸盐和多钒酸盐I. 钒酸盐缩合反应II. 低价钒酸盐第21页3. 钒酸盐判别VO43- + 2H2O2 =VO2(O2)23- + 2

12、H2O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第22页Cr主要矿物:铬铁矿(FeCr2O4)Mo主要矿物：辉钼矿(MoS2)W主要矿物：黑钨矿(Fe,Mn)WO4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，钨是全部金属中熔点最高。如不锈钢就是含铬12%合金钢。一、主要矿物二、单质性质物理性质第四节 铬分族第23页 价层电子 氧化态 Cr 3d54s1 +2,+3,+6Mo 4d55s1 +2,+3,+4,+5,+6W 5d46s2 +2,+3,+4,+5

13、,+6Cr2HClCrCl2(蓝色)H24CrCl24HClO24CrCl3(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，反应活性又以铬较强， 钨最弱化学性质I. 与酸反应铬分族比钒分族性质活泼，但都轻易发生钝化第24页(NH4)2Cr2O7=Cr2O3N24H2O加热Cr2O33K2S2O7=3K2SO4Cr2(SO4)3熔融Cr2(SO4)3+6NaOH=2Cr(OH)3+3Na2SO4Cr(OH)3Cr3+CrO2-OH-H+H+OH-Cr2O3H+OH-注意:经灼烧后C

14、r2O3不溶于酸三、铬化合物1. Cr()化合物制 备I. Cr2O3和Cr(OH)3性质两性第25页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()盐和亚铬酸盐第26页3d4s4p因为Cr3+ 有2个空d轨道，所以它轻易进行d2sp3杂化形成6配位数配合物。配离子：Cr(H2O)6Cl3

15、 ；Cr(H2O)5ClCl2H2O ；Cr(H2O)4Cl2Cl2H2O 颜色： 紫色 淡绿色 暗绿色配离子： Cr(NH3)3(H2O)33+ Cr(NH3)63+ 颜色 ： 浅红 黄色 III. 铬()配合物第27页重铬酸钾制备铬铁矿碱熔水浸取通CO2调整pH除杂滤液酸化复分解结晶K2Cr2O7相关反应式FeCr2O48Na2CO37O28Na2CrO4Fe2O38CO2Al(OH)4- +CO2=Al(OH)3 +HCO3-SiO32- +2CO2 +2H2O =H2SiO3 + 2HCO3-Na2CrO4H2SO4Na2Cr2O7Na2SO4H2ONa2Cr2O72KCl2NaClK

16、2Cr2O72. 铬()化合物I. 铬酸盐和重铬酸盐复分解结晶酸化调整pH为弱酸性碱 熔第28页CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O 黄色 橙红色H+OH-PbCrO4黄色Ag2CrO4砖红BaCrO4黄色难溶铬酸盐都易溶于稀酸：2MCrO4+2H+ =2M2+ +H2O +Cr2O72-K2Cr2O7+6FeSO4+7H2SO4 = 3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O2K2Cr2O7+3C2H5OH+8H2SO4 = 3CH3COOH+2Cr2(SO4)3+2K2SO4+11H2O铬酸盐和重铬酸盐转化难溶铬酸盐重金属离子铬酸盐溶解度普通比重铬酸盐溶解度小，

17、所以，在溶液中总是生成MCrO4沉淀铬酸盐氧化性第29页K2Cr2O7+H2SO4=K2SO4+3CrO3+H2O2CrO32C2H5OHCH3CHOCH3COOHCr2O32H2O在重铬酸盐酸性溶液中，加入少许乙醚和H2O2溶液，摇荡，乙醚层中展现蓝色，这就是过氧化铬。H2O2Cr2O72- + 2H+ = 2CrO(O2)25H2O此反应可用于铬或过氧化氢判定II. 三氧化铬（CrO3）III. 过氧化铬（CrO(O2)2）第30页Na2WO32HCl=H2WO42NaClH2WO4 = WO3H2O 酸化可溶性盐析出钼酸和钨酸为白色沉淀。CrO3 MoO3 WO3H2CrO4 H2MoO

18、4 H2WO4强酸 酸性减弱 弱酸 强 氧化性减弱 弱酸性：氧化性：3. 钼和钨化合物I. 氧化物及含氧酸制备(NH4)2MoO4 = MoO3+2NH3+H2OII. 酸性和氧化性第31页制备纯金属 MO33H2 = M3H2O （MMo, W）钼蓝和钨蓝反应2(NH4)2MoO43Zn16HCl=2MoCl3+3ZnCl2+4NH4Cl+8H2O在酸性溶液中，钼酸盐或钨酸盐与还原剂反应生成低价蓝色溶液，称为钼蓝或钨蓝。溶于强碱或氨水MO32NaOHNa2MO4 (M=Cr, Mo, W)MO3+2NH3+H2O(NH4)2MO4 (M=Mo, W)第32页多 酸由多个含氧酸缩合而成酸称为多

19、酸。同多酸含氧酸根相同多酸称为同多酸。杂多酸含氧酸根不止一个多酸称为杂多酸。多酸盐多酸中氢离子被金属离子取代形成盐称为多酸盐。多酸同多酸： H2S2O7 H2Cr2O7 H2Mo3O10 杂多酸：H4SiMo12O40（十二钼硅酸） H5BW12O40（十二钨硼酸） 、多酸酸性随缩合程度增大而增强。如：H2S2O7H2SO4 、缩合酸含有较强稳定性。、含有良好催化性能。同多酸和杂多酸概念性质第33页Mn软锰矿(MnO2xH2O)，黑锰矿(Mn3O4)， 水锰矿(MnO(OH)2)和锰结核（海底）。Tc放射性元素，也是铀裂变产物之一。Re铼没有单独矿物，主要起源于辉钼矿。软锰矿MnO2Mn3O4

20、金属锰Mn强热分解铝热法还原3MnO2 =Mn3O4 +O2 3M3O4 + 8Al =9Mn + 4Al2O3一、主要矿物第五节 锰分族第34页坚硬 强韧 耐磨损 抗磁化 价电子构型 主要氧化态Mn 3d54s2 +2,+3.+4.+6,+7Tc 4d65s1 +4, +7Re 5d56s2 +3,+4,+7Mn +2H+ Mn2+ + H23Mn +2O2Mn3O4 锰是比较活泼过渡金属，与稀酸反应放出H2，在空气中燃烧。在高温下与碱共融2Mn+4NaOH+3O2 =2Na2MnO4 +2H2O熔融二、单质性质锰合金三、化学性质第35页处于最低点氧化态(Mn2+)，是该条件下(pH0)最稳

21、定氧化态。处于最高点氧化态(MnO4 - )，是该条件下氧化能力最强氧化态。两种氧化态连线上方中间氧化态不稳定，下方稳定。2Mn3+2H2OMnO24H+Mn2+3MnO42-4H+2MnO4-MnO22H2O 0 1 2 3 4 5 6 7 氧化数MnMn2+Mn3+MnO2MnO42-MnO4-5004003002001000-100-200G0 kJmol-1图 锰自由能氧化态图（pH=0）歧化反应自由能氧化态图意义第36页2MnO2+2H2SO4 = 2MnSO4+2H2O+O2MnCO3+2HCl = MnCl2+CO2+H2O(MnO2/Mn2+) = 1.23V(MnO2/Mn(

22、OH)2) = -0.05V溶液中结晶出锰盐普通带有结晶水：MnSO4xH2O（x=1，4，5，7），Mn(NO3)26H2O，MnCl24H2OMn2+2OH-Mn(OH)22Mn(OH)2O22MnO(OH)2(棕褐色)MnCO3 (白色或粉红色) MnS(肉色)MnCO3+2H+ = Mn2+ +CO2 + H2OMnS + 2H+ = Mn2+ + H2S四、锰化合物1. Mn()化合物I. Mn()盐制备：II. Mn()化合物还原性III. 难溶盐易溶于酸第37页MnO2是一个很稳定黑色粉末状晶体，不溶于水，弱酸性，是软锰矿主要成份。由MnO2制备氯气MnO2+4HCl(浓) =M

23、nCl2+Cl2+2H2O由MnO2制备锰酸盐 碱熔2MnO26KOHO2=2K2MnO4 碱熔3MnO2+6KOH+KClO3=3K2MnO4+KCl+3H2O二氧化锰在酸性溶液中是强氧化剂，在碱介质中可作还原剂，在工业上主要用作氧化剂，如制备干电池，制备氯气，玻璃工业用它加入熔融玻璃中除去有色杂质（硫化物和亚铁盐），被称为玻璃漂白剂。2. 二氧化锰第38页 0 1 2 3 4 5 6 7 氧化数MnMn2+Mn3+MnO2MnO42-MnO4-5004003002001000-100-200G0 kJmol-1图 锰自由能氧化态图（pH=0）3MnO42-4H+2MnO4-MnO22H2O第39页从锰自由能氧