第十六章-過(guò)渡金屬元素.ppt

s區(qū)ns12p區(qū)ns2np16（He無(wú)p電子）d區(qū)(n1)d110ns12(Pd無(wú)s電子)f區(qū)(n2)f114(n1)d02ns2,結(jié)構(gòu)分區(qū),一、鈦及其化合物二、釩及其化合物三、鉻及其化合物四、錳及其化合物,第一節(jié)鈦、釩、鉻和錳,鈦的主要礦物又鈦鐵礦FeTiO3和金紅石TiO2。,一、鈦及其化合物,1.鈦的單質(zhì),鈦是銀白色金屬，具有很高的機(jī)械強(qiáng)度。鈦的表面易形成致密的氧化物保護(hù)膜，因此具有良好的抗腐蝕性能。鈦易于和肌肉長(zhǎng)在一起，所以也稱為“生物金屬”。在室溫下，鈦對(duì)空氣和水是十分穩(wěn)定的。鈦能與許多金屬形成合金。,2.鈦的化合物,鈦原子的價(jià)層電子構(gòu)型為3d24s2，因此可以形成氧化值為+4,+3,+2,+1,0,-1價(jià)的化合物，其中氧化值為+4價(jià)的化合物比較穩(wěn)定。在中等酸度的鈦（）鹽溶液中加入H2O2，生成桔黃色的配合物TiO(H2O2)2+，這一特征反應(yīng)常用于比色法測(cè)定鈦。,有機(jī)化學(xué)中，常用Ti3+來(lái)證實(shí)硝基化合物的存在。,二、釩及其化合物,1.釩的單質(zhì),釩是銀灰色金屬，在空氣中穩(wěn)定，硬度比鋼大。釩對(duì)稀酸是穩(wěn)定的，但室溫下能溶解于硝酸或王水。濃硫酸和氫氟酸僅在加熱時(shí)于釩發(fā)生作用。釩對(duì)強(qiáng)堿水溶液是穩(wěn)定的，但有氧存在時(shí)，它在熔融的強(qiáng)堿中也能溶解。加熱時(shí)，釩能與大部分非金屬反應(yīng)。,2.釩的化合物,釩原子的價(jià)層電子構(gòu)型為3d34s2。其+5價(jià)的化合物都是反磁性的，有些是無(wú)色的；而其+4,+3,+2價(jià)化合物都是順磁性的，常呈現(xiàn)出顏色。釩的化合物都有毒。,五氧化二釩和釩酸鹽,V2O5是兩性偏酸的氧化物，易溶于強(qiáng)堿溶液中，在冷溶液中生成正釩酸鹽M3VO4，在熱的溶液中生成偏釩酸鹽MVO3。釩酸鹽中只有鈉、鉀等少數(shù)金屬的釩酸鹽是易溶于水的，水溶液無(wú)色或呈黃色。,在酸性溶液中釩的各種離子,V2O5是較強(qiáng)的氧化劑。它能與沸騰的濃鹽酸作用產(chǎn)生氯氣：,采用較強(qiáng)的還原劑（如Zn）在酸性溶液中與V（）作用時(shí)，可以把VO2+逐步還原為V2+。,VO2+具有較強(qiáng)的氧化性。用亞硫酸鹽等還原劑很容易將其還原為VO2+，再利用KMnO4溶液又可將生成的VO2+氧化為VO2+，這一系列反應(yīng)有明顯的顏色變化，在分析化學(xué)中常用來(lái)測(cè)定溶液中的釩。,三、鉻及其化合物,1.鉻的單質(zhì),鉻是灰白色金屬，熔、沸點(diǎn)都很高。鉻是金屬中最硬的。通常條件下，鉻在空氣或水中都是相當(dāng)穩(wěn)定的，它的表面容易形成一層氧化膜。室溫下，無(wú)保護(hù)膜的純鉻能溶于稀鹽酸或硫酸溶液中，但不溶于硝酸或磷酸。在高溫下，鉻能與活潑的非金屬反應(yīng)，同時(shí)是重要的合金元素。,2.鉻的化合物,鉻原子的價(jià)層電子構(gòu)型為3d54s1。一般說(shuō)來(lái)，高氧化值的鉻的化合物以共價(jià)鍵占優(yōu)勢(shì)，中間氧化值的化合物常以離子鍵占優(yōu)勢(shì)，低氧化值的化合物則以共價(jià)鍵相結(jié)合。鉻酸H2CrO4和重鉻酸H2Cr2O7二者都是強(qiáng)酸，僅存在于稀溶液中，重鉻酸的酸性略強(qiáng)于鉻酸。在堿性或中性溶液中主要以鉻酸根離子CrO42-存在，在稍強(qiáng)的酸性溶液中，基本上只有重鉻酸氫根離子HCr2O7-和重鉻酸根離子Cr2O72-存在。,在Cr2O72-的溶液中，加入H2O2和乙醚，有藍(lán)色的過(guò)氧化物CrO(O2)2(C2H5)2O生成，此反應(yīng)可用來(lái)鑒定溶液中是否有Cr（）的存在。重鉻酸根有較強(qiáng)的氧化性，而鉻酸根的氧化性很差，分析化學(xué)上常用以下反應(yīng)測(cè)定Fe2+的含量：,有些鉻酸鹽比相應(yīng)的重鉻酸鹽難溶于水，用下面的反應(yīng)可以鑒定Ag+的存在，同時(shí)也說(shuō)明在重鉻酸溶液中有鉻酸根離子的存在。,四、錳及其化合物,1.錳的單質(zhì),錳的外形與鐵相似，塊狀錳是白色金屬，質(zhì)硬而脆。常溫下，錳能緩慢地溶于水。錳與稀酸作用放出氫氣并形成Mn(H2O)62+。錳能在氧化劑的存在下與熔融的堿作用生成錳酸鹽。,加熱的情況下，錳能與許多非金屬反應(yīng)。,2.錳的化合物,錳原子的價(jià)層電子構(gòu)型為3d54s2。錳的+7價(jià)化合物中以高錳酸鹽最穩(wěn)定。,高錳酸鉀,高錳酸鉀是最重要的氧化劑之一。高錳酸根離子MnO4-的空間構(gòu)型為正四面體。,MnO4-溶液是常用的氧化劑之一。MnO4-在酸性溶液中被還原為Mn2+；在中性或弱堿性溶液中被還原為MnO2；在濃堿溶液中，被還原為綠色的MnO42-，并放出O2?？梢杂孟旅娴姆磻?yīng)檢驗(yàn)溶液中是否存在微量的Mn2+：,在以上反應(yīng)中，當(dāng)溶液中有Cl-存在時(shí)，顏色變?yōu)樽霞t色后會(huì)立即褪去，原因在于MnO4-被Cl-還原了；當(dāng)Mn2+過(guò)多時(shí)，也會(huì)在紫紅色出現(xiàn)后立即消失，原因在于生成的MnO4-又被過(guò)量的Mn2+還原為MnO2。,一、鐵系元素的單質(zhì)二、鐵系元素的化合物,第二節(jié)鐵、鈷和鎳,一、鐵系元素的單質(zhì),鐵、鈷、鎳都是銀白色金屬，都表現(xiàn)出明顯的磁性，通常稱它們?yōu)殍F磁性物質(zhì)。空氣和水對(duì)鈷、鎳和純鐵（塊狀）都是穩(wěn)定的，但一般含有雜質(zhì)的鐵在潮濕的空氣中慢慢形成棕色的鐵銹Fe2O3xH2O。鐵、鈷和鎳屬于中等活潑的金屬，都能溶于稀酸。在加熱的條件下，鐵、鈷和鎳能與許多非金屬劇烈反應(yīng)。,鐵、鈷、鎳都不易與堿作用。鐵、鈷和鎳都能與一氧化碳形成羰基化合物，這些羰基化合物的穩(wěn)定性較差，利用它們的熱分解反應(yīng)可以得到高純度的金屬。,二、鐵系元素的化合物,鐵、鈷、鎳原子的價(jià)層電子構(gòu)型分別為3d64s2，3d74s2，3d84s2，它們的最高氧化值分別為+6，+5，+4。,1.鐵的化合物,鐵有紅棕色的氧化鐵Fe2O3，黑色的氧化亞鐵FeO和黑色的四氧化三鐵Fe3O4（是有磁性的Fe()和Fe()的混合型氧化物)三種氧化物，它們都不溶于水，灼燒后的氧化鐵不溶于酸，氧化亞鐵能溶于酸。,2.鈷和鎳的化合物,鈷和鎳的氧化物與鐵的氧化物類似。,3.水溶液中鐵、鈷和鎳的離子及其反應(yīng),A.溶液中Fe()和Fe()的反應(yīng),在水溶液中，F(xiàn)e3+和Fe2+分別以Fe(H2O)63+（淡紫色）和Fe(H2O)62+（淡綠色）的形式存在，它們?cè)谌芤褐邪l(fā)生的反應(yīng)有水解、沉淀、氧化還原和配合等。,B.溶液中Co2+的重要反應(yīng),C.溶液中Ni2+的重要反應(yīng),第三節(jié)銅族元素,一、銅族元素的單質(zhì)二、銅族元素的化合物三、水溶液中銅族元素的離子及其反應(yīng),一、銅族元素的單質(zhì),周期系第B族元素包括銅、銀、金3中元素，通常稱為銅族元素。銅族元素原子的次外層d軌道都充滿了電子，其價(jià)層電子構(gòu)型為(n-1)d10ns1。銅、銀和金的熔、沸點(diǎn)都不太高，它們的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性比較突出。銅、銀和金的化學(xué)活潑性較差，室溫下看不出它們與氧或水作用。在含有CO2的潮濕空氣中，銅的表面會(huì)逐漸蒙上綠色的銅銹。,銀或金在潮濕的空氣中不發(fā)生變化。在加熱的情況下，只有銅與氧化合生成黑色的氧化銅CuO。銅、銀和金即使在高溫下也不與氫、氮或碳作用。在常溫下，銅能與鹵素作用。銀與鹵素反應(yīng)較慢，而金與干燥的鹵素只有在加熱時(shí)才反應(yīng)。銅、銀和金的活動(dòng)順序位于氫之后，它們不能從稀酸中置換出氫氣。銅、銀能溶于硝酸中，也能溶于熱的濃硫酸中，而金只能溶于濃硝酸和濃鹽酸的混合溶液（王水）中：,在空氣存在情況下，它們都能溶于氰化鉀或氰化鈉溶液中。,二、銅族元素的化合物,1.銅的化合物,銅可以形成氧化值為+1，+2和+3的化合物。Cu()的化合物一般是白色或無(wú)色，Cu+在溶液中不穩(wěn)定；Cu()的化合物或配合物通常是有顏色的，它的化合物種類較多，較穩(wěn)定；Cu()的化合物有較強(qiáng)的氧化性，穩(wěn)定性較差，較為少見(jiàn)。在固態(tài)時(shí)，Cu()化合物比Cu()化合物的熱穩(wěn)定性高；在水溶液中，Cu()的化合物則是穩(wěn)定的。幾乎所有的Cu()化合物都難溶于水，Cu()化合物易溶于水的較多。,2.銀和金的化合物,銀和金都有氧化值為+1，+2，+3的化合物。在銀的化合物中，Ag()的化合物最穩(wěn)定，種類也較多；Ag()和Ag()的二元化合物都具有很強(qiáng)的氧化性，其中AgO是僅次于O3和F2的強(qiáng)氧化劑。Au()的化合物幾乎都難溶于水，在水溶液中很不穩(wěn)定，容易歧化為Au()和Au；Au（）的化合物較少見(jiàn)；Au()的化合物較穩(wěn)定，在水溶液中多以配合物的形式存在；Au()和Au()化合物的氧化性都較強(qiáng)。,Ag()化合物的熱穩(wěn)定性較差，難溶于水的較多，且見(jiàn)光易分解。,三、水溶液中銅族元素的離子及其反應(yīng),1.溶液中Cu2+的重要反應(yīng),2.溶液中Ag+的重要反應(yīng),第四節(jié)鋅族元素,一、鋅族元素的單質(zhì)二、鋅族元素的化合物三、水溶液中鋅族元素的離子及其反應(yīng),一、鋅族元素的單質(zhì),周期系第B族元素包括鋅、鎘和汞3中元素，通常稱為鋅族元素。鋅、鎘和汞是銀白色金屬（鋅略帶藍(lán)色）。鋅和鎘的熔點(diǎn)都不高，汞是室溫下唯一的液態(tài)金屬。鋅、鎘、銅、銀、金、鈉、鉀等金屬易溶于汞中形成合金，這種合金叫做汞齊，有液態(tài)、糊狀和固態(tài)等形式。汞齊中的金屬仍然保留著這些金屬原有的性質(zhì)。一般說(shuō)來(lái)，鋅、鎘和汞的化學(xué)活潑性從鋅到汞降低。它們?cè)诟稍锏目諝庵惺欠€(wěn)定的。在有CO2存在的潮濕空氣中，鋅的表面常生成一層堿式碳酸鹽的薄膜，從而保護(hù)鋅不被繼續(xù)氧化。,汞與硫粉混合不必加熱就容易生成HgS；鋅和鎘與硫粉在加熱時(shí)才能生成硫化物。室溫下，汞的蒸汽與碘的蒸汽相遇時(shí)，能生成HgI2。鋅在室溫下不能從水中置換出氫氣，但鋅和鎘能從鹽酸或稀硫酸中置換出氫氣來(lái)，鋅在強(qiáng)堿溶液中也可以置換出氫氣。,汞能與硝酸反應(yīng)而溶解。,二、鋅族元素的化合物,1.鋅、鎘的化合物,鋅和鎘通常形成氧化值為+2的化合物。鋅和鎘的鹵化物中，除氟化物微溶于水外，余者均易溶于水。鋅和鎘的硝酸鹽、硫酸鹽也都易溶于水。鋅的化合物大多數(shù)都是無(wú)色的。鋅和鎘的化合物通常可用它們的單質(zhì)或氧化物為原料來(lái)制取。Zn()和Cd()的化合物受熱時(shí)，一般情況下氧化值不改變。,2.汞的化合物,汞除了形成氧化值為+2的化合物外，還有氧化值為+1（Hg22+）的化合物。絕大多數(shù)亞汞（Hg22+）的無(wú)機(jī)化合物都是難溶于水的，Hg()的化合物中難溶于水的也較多。而易溶于水的汞