锰、稀土元素.ppt

1、第13章 金属元素通论和铬、锰、稀土元素,13.1 金属元素通论,13.3 锰及其化合物,13.2 铬及其化合物,13.4 稀土元素及其化合物,13.1 金属元素通论,13.1.1 从矿石中提取金属的一般方法,13.1.1 从矿石中提取金属的一般方法,1. 矿石的预处理,2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2,BaSO4 + 4C BaS + 4CO,BaSO4 + 4CO BaS + 4CO2,由可溶性的BaS 出发，可制备一系列钡的化合物。,2BaS + 2H2O Ba(SH)2 + Ba(OH)2,Ba(SH)2 + CO2 + H2O BaCO3 + 2H2S,BaCO3 + 2

2、HCl BaCl2 + CO2 + H2O,13.1.1 从矿石中提取金属的一般方法,2. 金属的提取,化合态的金属在矿石中均呈正氧化值，从中提取金属必须用还原的方法。,1）对于易还原的金属化合物（如HgO，Ag2O等），只 要加热即可完成金属的提取。,2HgS + 3O2 2HgO + 2SO2,2HgO 2Hg(g) + O2,2）对于中等活泼性的金属可用还原剂（如H2，C，CO，Na，Mg等）还原相应氧化物而得。,SnO + H2 Sn + H2O,GeO2 + 2H2 Ge + 2H2O,2PbO + C 2Pb + CO2,FeO + CO Fe + CO2,13.1.1 从矿石中提

3、取金属的一般方法,3）对于活泼金属，很难用化学法制得，可采用电化学方法。如电解LiCl制备Li时，可用KCl作助熔剂来降低电解温度，电解时电极反应为：,2Li+2e 2Li,阴极：,阳极：,2Cl Cl2+2e,金属氧化物的艾林汉姆图,13.1.2 主族金属元素,大科学家 戴维,戴维的首次成名是发现氧化亚氮(N2O)的麻醉作用。 真正使戴维成为一代名家的是他在18071808年间用电解法成功制备了S区元素钠、钾、镁、钙、锶和钡，他是历史上发现化学元素最多的一位化学家。在制取碱金属时，金属和水剧烈反应引起的爆炸使他右眼失明。 戴维认为自己一生中最重要的发现是发现并培养了法拉第。,N2O: 俗称笑

4、气，有麻醉的作用。,13.1.2 主族金属元素,1. 主族金属元素的原子结构与化学性质,s区金属元素：,2Na + O2 Na2O2,2Na + 2H2O 2NaOH + H2,Na2O2 + 2H2O 2NaOH + H2O2,K + O2 KO2,2KO2 + 2H2O 2KOH + H2O2+O2,4KO2 + 2CO2 2K2CO3 + 3O2,Ca + H2 CaH2,CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2,3Mg + N2(g) Mg3N2,13.1.2 主族金属元素,p区金属元素：,2Al + 6HCl 2AlCl3+3H2,2Al + 2NaOH+2H2O 2NaA

5、lO2+3H2,Sn + O2 SnO2,Sn + 2Cl2 SnCl4,Sn + 2HCl SnCl2 + H2,3Sn + 4HNO3 + H2O 3H2SnO3 + 4NO,表13-1 Sb，Bi的某些化学性质,13.1.2 主族金属元素,2. 氧化物和氢氧化物的酸碱性,Al(OH)3 + 3H+ Al3+ + 3H2O,Al(OH)3 + NaOH NaAl(OH)4,碱性: SnO PbO,酸性: SnO2 PbO2,13.1.2 主族金属元素,Sn(OH)2 + 2HCl SnCl2+ 2H2O,Sn(OH)2+2NaOH Na2Sn(OH)4（或Na2SnO2，亚锡酸钠）,Sn(

6、OH)4 + 4HCl SnCl4+ 4H2O,Sn(OH)4+2NaOH Na2Sn(OH)6（或Na2SnO3，锡酸钠）,Pb(OH)2 + 2HNO3 Pb(NO3)2 +2H2O,Pb(OH)2 +NaOH NaPb(OH)3（或Na2PbO2）,演示实验 亚锡酸盐的生成,亚锡酸盐的生成,13.1.2 主族金属元素,Sb，Bi的氧化物和氢氧化物的酸碱性变化规律与相邻的Sn，Pb相似。,Sb2O3+ 6HCl 2SbCl3 + 3H2O,Sb2O3+ 6NaOH 2Na3SbO3+ 3H2O,Bi2O3+ 6HNO3 2Bi(NO3)3 + 3H2O,13.1.2 主族金属元素,3. 金

7、属元素及其化合物的氧化还原性,Sn4+ + 2e Sn2+,Sn(OH)62- + 2e Sn(OH)42- + 2OH-,Sn4+ + Sn 2Sn2+,实验室一般将SnCl2溶于盐酸溶液，并加入少量金属锡粒。,13.1.2 主族金属元素,3. 金属元素及其化合物的氧化还原性,2Bi(OH)3 + 3Na2Sn(OH)4 2Bi+ 3Na2Sn(OH)6,SnCl2 + 2HgCl2 SnCl4 + Hg2Cl2（白色）,SnCl2 + Hg2Cl2 SnCl4 + 2Hg（黑色）,5PbO2 + 2Mn2+ + 4H+ 2MnO4- + 5Pb2+ + 2H2O,3NaBiO3 + 2Cr

8、3+ + 4H+ Cr2O72+ 3Bi3+ + 3Na+ + 2H2O,13.1.2 主族金属元素,4. 重要的盐类,1) 硫化物,13.1.2 主族金属元素,显酸性的SnS2可溶于碱性的Na2S或(NH4)2S中，生成硫代锡酸盐。,SnS2 + (NH4)2S (NH4)2SnS3,演示实验 硫代锡酸盐的生成,显碱性的SnS不溶于(NH4)2S中，但可溶于多硫化铵(NH4)2Sx，,SnS + S22- SnS32-,硫代锡酸盐的生成,13.1.2 主族金属元素,SnS2 + 6HCl（浓） H2SnCl6 + 2H2S,3SnS2 + 6NaOH 2Na2SnS3 + Na2SnO3 +

9、 3H2O,3SnS2 + 6NaOH 2Na2SnS3 + Na2Sn(OH)6,或写成：,PbS 能溶于浓HCl或HNO3：,PbS + 4HCl（浓） H2PbCl4+ H2S,3PbS + 8HNO3 3Pb(NO3)2 + 2NO + 3S+ 4H2O,PbS 可与H2O2反应：,PbS + 4H2O2 PbSO4 + 4H2O,利用此反应，可用H2O2来洗涤油画上黑色的PbS。,13.1.2 主族金属元素,Sb2S3+3(NH4)2S 2(NH4)3SbS3,Sb2S5+3Na2S 2Na3SbS4,2SbS33-+ 6H+ Sb2S3+ 3H2S,2SbS43-+ 6H+ Sb2

10、S5+ 3H2S,Sb2S3 + 6NaOH Na3SbO3 + Na3SbS3 + 3H2O,Sb2S3 +12HCl 2H3SbCl6 + 3H2S,Bi2S3+ 6HCl 2BiCl3 + 3H2S,Sb，Bi 硫化物也可溶于相应的酸碱溶液中：,演示实验 - 硫代锑酸盐的生成,硫代锑酸盐的生成,13.1.2 主族金属元素,2) 碳酸盐,13.1.3 过渡金属元素,位于周期表d区和ds区的元素统称为过渡元素，即从B的钪分族到B的锌分族。,13.1.3 过渡金属元素,过渡元素具有如下几方面的共同特性：,1）具有多种可变的氧化值,2）过渡元素及其各种化合物具有各种不同的颜色,3）过渡元素很多化

11、合物具有顺磁性,4）过渡金属离子有形成配合物的倾向,5）许多过渡金属和它们的化合物具有催化性能,13.1.3 过渡金属元素,表13-2：第一过渡金属元素的氧化值,过渡金属化合物的颜色,4s,3d,第一过渡系元素基态原子的未成对电子,13.1.3 过渡金属元素,表13-3：部分过渡金属元素的配合物,13.1.4 金属的腐蚀与防腐,金属的腐蚀照片,1）化学腐蚀,2）电化学腐蚀,1. 金属腐蚀的原因,2. 金属的防腐,13.1.4 金属的腐蚀与防腐,Fe3C + O2 3Fe + CO2,碳钢发生的化学腐蚀：,Fe3C + 2H2 3Fe + CH4,Fe3C + CO2 3Fe + 2CO,Fe3

12、C + H2O(g) 3Fe + CO + H2,在高温高压下，氢气对碳钢的腐蚀更显著，这种情况称为氢脆。,Fe-H2O 体系的 E-pH 图,用阴极保护法防止铁管腐蚀,13.2 铬及其化合物,表13-4：铬的一些重要化合物,13.2.1 铬(III)和铬(VI)的酸碱性转化,Cr(OH)3 + NaOH NaCrO2 + H2O,Cr(OH)3 + 3HCl CrCl3 + 3H2O,Cr3+ + 3NaOH Cr(OH)3 + 3Na+,紫色,蓝灰色,亮绿色,绿色,演示实验 氢氧化铬的两性,Cr(OH)3 的两性,13.2.1 铬(III)和铬(VI)的酸碱性转化,演示实验 铬(VI)的酸

13、碱转化,2Ba2+ + Cr2O72- + H2O 2BaCrO4(黄色) + 2H+,4Ag+ + Cr2O72- + H2O 2Ag2CrO4(砖红色) + 2H+,2Pb2+ + Cr2O72- + H2O 2PbCrO4(黄色) + 2H+,铬(VI) 的酸碱转化,13.2.2 铬(III)和铬(VI)的氧化还原转化,铬的元素电势图如下：,1）酸性介质,Cr2O + 6Fe2+ + 14H+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O,Cr2O + 3SO + 8H+ 3SO + 2Cr3+ + 4H2O,13.2.2 铬(III)和铬(VI)的氧化还原转化,2）碱性介质,Cr3+ +

14、4NaOH CrO2- + 4Na+ + 2H2O,2NaCrO2 + 3H2O2 + 2NaOH 2Na2CrO4 + 4H2O,3）铬(III)和铬(VI)的转化,13.2.2 铬(III)和铬(VI)的氧化还原转化,4）K2Cr2O7 的制备,将粉碎后的铬铁矿、纯碱、白云石、碳酸钙等混合均匀，在空气中进行氧化煅烧，其主要反应为：,2Na2CrO4 + H2SO4 Na2Cr2O7+ Na2SO4+ H2O,浸出液调pH后，用硫酸酸化：,Na2Cr2O7 + 2KCl K2Cr2O7+ 2NaCl,红矾钾,13.2.3 铬的配合物,Cr3+离子外电子层结构为3d3 (3d, 4s, 4p亚

15、层分别有2个、1个、3个空轨道)，离子半径小，正电荷大，因此Cr3+离子形成配合物的能力很强。成键过程中容易进行d2sp3杂化，形成稳定的内轨型配合物。,1）水合配离子,Cr(H2O)6Cl3 CrCl(H2O)5Cl2H2O CrCl2(H2O)4Cl2H2O,蓝紫色,浅绿色,绿色,2）氨合配离子,13.2.3 铬的配合物,3）铬的其他配合物,二 苯 铬,Cr(CO)6,13.3 锰及其化合物,表13-5：锰的一些重要化合物,1）Mn(II) 化合物,2）Mn(IV) 化合物,3）Mn(VI) 化合物,4）Mn(VII) 化合物,Mn(OH)2 稳定性,继续,Mn(II) 化合物,MnO2+

16、2H2O+2e Mn(OH)2+2OH,O2+2H2O+4e 4OH,所以，在碱性介质中Mn()具有较强的还原性。,2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ 2MnO + 5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O,在酸性介质中Mn()相当稳定，还原性很弱。,Mn(IV) 化合物,在酸性介质中MnO2主要显氧化性,MnO2(s) + 4HCl(浓) MnCl2+Cl2+2H2O,在碱性介质中MnO2以还原性为主,2MnO2(s) + 4KOH(s) + O2 2K2MnO4 +2H2O,3MnO2(s) + 6KOH(s) + KClO3(s) 3K2MnO4 + KCl +3H2O,MnO2

17、(s) + 2KMnO4 + 4NaOH K2MnO4 + 2Na2MnO4 +2H2O,演示实验 锰酸钾的制备,绿 色,锰酸钾的制备,Mn(VI) 化合物,在酸性或中性溶液中K2MnO4不稳定，易发生下列歧化反应：,3K2MnO4 +2H2O 2KMnO4 + MnO2+ 4KOH,3K2MnO4 + 2CO2 2KMnO4 + MnO2+ 2K2CO3,K2MnO4能被普通氧化剂氧化成KMnO4 ：,2K2MnO4 + Cl2 2KMnO4 + 2KCl,Mn(VII) 化合物,1) 不稳定性,MnO 离子在中性或微碱性介质中稳定存在，在酸性介质中不稳定，会缓慢分解：,4MnO4- + 4

18、H+ 4MnO2 +3O2 + 2H2O,2) 强氧化性（介质不同，还原产物不同）,酸性: 2MnO4- + 5SO32- + 6H+ 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O,中性: 2MnO4- + 3SO32- + H2O 2MnO2 + 3SO42- + 2OH-,碱性: 2MnO4- + SO32- + 2OH- 2MnO42- + SO42- + H2O,演示实验 高锰酸钾的氧化性,高锰酸钾的氧化性,13.3.2 高锰酸钾的制备方法,1) 锰酸钾歧化法,3K2MnO4 + 2CO2 2KMnO4 + MnO2+ 2K2CO3,2) 氧化法,2K2MnO4 + Cl2 2KMnO4 + 2KCl,3) 电解法,阳极：,阴极：,总反应：,13.4 稀