天津大学无机化学课件第十三章过渡元素

Cr + 2H+ → Cr2+ + H2
蓝色
4Cr2+ + 4H++ O2 → 4Cr3+ + 2H2O
紫色
2012-9-4
无机化学
铬(Cr)
银白色金属，熔、沸点高，硬度是所有 金属中最大的 常温下因表面有致密的氧化膜，在空气 或水中稳定，除去保护膜可缓慢溶于稀 HCl或稀H2SO4 不溶于硝酸，溶于热、浓硫酸 2Cr + 6H2SO4(热、浓) → Cr2(SO4)3+3SO2 + 6H2O 具有硬度高、耐腐蚀、良好光泽等优点 常用作金属表面镀层，并用于制造合金
无机化学
2012-9-4
五氧化二钒(V2O5)
橙黄至砖红色固体，无味、有毒 微溶于水, 其水溶液呈淡黄色, 显酸性 两性，以酸性为主 中强氧化剂 V2O5 + 6H++2Cl- → 2VO2+ + Cl2 +3H2O 在硫酸工业中用作催化剂，石油化工 蓝色 中设备的缓蚀剂
V2O5还可被还原为低氧化态的氧化物 SO2 H2 H2
TiOSO4 + 2H2O
O O
Ti
△
O
H2TiO3 + H2SO4
O O
Ti
Ti
Ti
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Ti
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Ti
四氯化钛 高温来自百度文库TiCl +2CO 制取 TiO +2C+2Cl 性质：
2 2 4
1. 为易挥发的共价型化合物 2.室温下为无色液体，易挥发，有刺激 性气味，易溶于有机溶剂 3.极易水解，在潮湿的空气中冒白烟 TiCl4+3H2O → H2TiO3 + 4HCl 4.是制备金属钛及其化合物的重要原料, 可用于制造烟雾 有机反应催化剂
无机化学
钛酸盐和钛氧盐 钛酸盐大多难溶于水 如 硫酸氧钛(TiOSO4)为白色粉末 BaTiO3 是难溶于水的白色固体 可溶于冷水 介电常数高, 是最重要的压电陶瓷材料 均易水解，生成白色偏钛酸沉淀 在水溶液中TiO 以锯齿状长链(TiO) 形
2+ 2n+ n
式存在 + 2H O → H TiO + 2NaOH Na2TiO3 2 2 3
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铬、钼、钨与酸的反应情况
HCl HNO3 王水
Cr Mo
W
缓慢溶解 不反应
不反应
钝化 反应
不反应
反应 反应
反应
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无机化学
工业铬产品原料(Na Cr O )的制备
2 2 7
铬的制备 铬铁矿(FeCr2O4)
Na2CO3 培烧炉 用水浸取 过滤 铬渣
4FeCr2O4(s)+8Na2CO3(s)+7O2(g) △ 2Fe2O3(s) +8Na2CrO4(s) +8CO2(g)
氧化物
颜 色
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VO
灰
V2O3
黑
VO2
蓝
V2O5
红
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五氧化二钒(V2O5)
橙黄至砖红色固体，无味、有毒 微溶于水, 其水溶液呈淡黄色, 显酸性 两性，以酸性为主 溶于冷、强碱——生成无色正钒酸根 3 - → 2VO V2O5 + 6OH + 3H2O 4 溶于热、强碱——生成黄色偏钒酸根 - → 2VO + H O V2O5 + 2OH 2 3 溶于强酸——生成淡黄色VO2+ + → 2VO V2O5 + 2H + H2O 2
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二氧化钛(TiO2)—硫酸法
钛铁矿(FeTiO3) 用浓H2SO4煮沸、过滤 FeSO4+TiOSO4
冷却、减压蒸发、过滤
FeSO4 FeTiO3+2H2SO4(浓) H2TiO3
TiOSO4 FeSO4+TiOSO4+2H2O 焙烧 TiO2 + H2O 煮沸
煮沸
H2TiO3
铌(Nb)、钽(Ta)
铌是某些硬质钢的组成元素，特别是 耐高温的特种钢 钽具有低生理反应和不被人体排斥性
能，用于制作修复骨骼的金属板材、
缝合神经的丝和箔 铌和钽性质类似，分离困难
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13-2-2 钛的重要化合物
钛(Ti)——价电子构型3d24s2 氧化数 +4 +3
13-2-2 钛的重要化合物
TiOSO4+2H2O
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煮沸
过滤、烘干、焙烧
HTiO 3 +H2SO4 2TiO 2
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二氧化钛(TiO2)—氯化法
金红石(TiO2)
C+Cl2
粗TiCl4
净化 通O2焙烧
TiO2 △ TiO2 +2C +2Cl2 TiCl4 +2CO
TiCl4 + O2
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焙烧
TiO2 + 2Cl2
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三氯化钛(紫色) 制取
1. 在500∼800℃用氢气还原干燥TiCl4气体 △ 2TiCl4 + H2 2TiCl3 + 2HCl 2. 将钛溶于热、浓HCl 2Ti + 6H+ → 2Ti3+ + 3H2 3. 在HCl溶液中用Zn还原Ti(Ⅳ) 2TiO2+ + 4H+ + Zn → 2Ti3+ +Zn2++ 2H2O
颜色 浅黄 红色逐渐加深 黄
pH增加，缩合程度增大， 溶液颜色由 浅黄 砖红色
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黄色
钒酸盐
不同钒酸盐具有不同的颜色
缩合性
VO2 在强酸性溶液中有氧化性 VO + Fe2+ +2H+ → VO2+ + Fe3+ + H2O
钒酰离子 黄色
2
2
+
亚钒酰离子 蓝色
2VO +H2C2O4+2H+ → 2VO2++ 2CO2 +2H2O
V2O5
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VO2
橙黄色
蓝色
V2O3 700℃
黑色
VO 1700℃
灰色
无机化学
钒酸盐
不同氧化数钒的盐具有不同的颜色
缩合性 VO+ 3VO4 VO2+ V2+ V3+ 2 在一定条件下，向钒酸盐溶液中加H+ 浅黄 12∼10 9 黄 蓝 绿 紫 pH >12 2.2 <1 2+ 4离子 VO43- V2O7 4- 3O9 H2V10O28 VO2 V
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钛(Ti) 提取
钛矿比较分散，重要的矿石有： 金红石(TiO2)、钛铁矿(FeTiO3)、 钒钛铁矿(攀枝花)
通常采用
TiO2 + 2C + 2Cl2
TiCl4 + 2Mg
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9000C
TiCl4 + 2CO
Ti + 2MgCl2
Ar气、6000C
无机化学
钛(Ti)
无机化学多媒体电子教案
第十三章 过渡元素
第一节过渡元素概述
第一节
过渡元素概述
2012-9-4 无机化学
2012-9-4
无机化学
无机化学多媒体电子教案
第十三章 过渡元素
第二节钛族、钒族元素
第二节
无机化学
钛族、钒族元素
2012-9-4
13-2-1 钛族、钒族元素概述
13-2-1 钛族、钒族元素概述
M(II)TiO3 TiCl3 主要 TiO2 TiCl4 化合物 TiOSO4
2012-9-4
无机化学
二氧化钛(TiO2)—钛白
纯TiO2是白色难熔固体，难溶于水 生成TiO2+, 而不是Ti4+ 有三种晶形,金红石、锐钛型、板钛型 因为电荷多、半径小，极易水解 Ti4+ + H2O 两性，以碱性为主 Ti(OH)3+ + H+ 2+ 3+ + H O Ti(OH) Ti(OH)2 + H+ 2 溶于浓碱 △ -H2O TiO2 + 2NaOH(浓) TiO2+2TiO3 + H2O Na 难溶于稀酸，可溶于浓硫酸
ⅣB d区 ⅤB V 稀有金属 Ta Nb 钒 铌 钽 Db Ti Zr Hf Rf 分散稀有元素 钛 锆 铪
Rf、Db为人工合成放射性元素
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13-2-1 钛族、钒族元素概述
ⅣB
d区 Ti Zr Hf Rf
钛
锆
铪
V Nb Ta Db 于1789年被发现，到1910年才制得纯钛, ⅤB 其相对丰度比较高, 列第十位。含量比Ni、 钒 铌 钽 Cu、Zn、Pb、Sn、Hg等常见元素还多。因 为它难提炼,应用晚,所以称稀有元素。
1100℃
2Na2CrO4+H2SO4 → Na2Cr2O7+Na2SO4+H2O
具有光泽的银白色金属 密度小、硬度大，表面形成一层氧化 物保护膜，抗腐蚀性强，可用来制造 超音速飞机、潜艇和化工设备
为“生物金属”, 易与肌肉生长在一起， 可用作人工关节
室温下稳定，高温下可与许多非金属 和水蒸气反应
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钛(Ti)
室温下能缓慢溶于浓HCl或热、稀HCl 2Ti + 6HCl → 2TiCl3 + 3H2 与HNO3反应，生成H2TiO3
居世界第一位 放 但在我国的储量极为丰富 黑钨矿 占全球总量的一半以上 铬铁矿 辉钼矿 MnFeWO4 射 性
Fe(CrO2)2
铬 钼 钨 稀有元素 居世界第二位
MoS2 白钨矿
CaWO4
元 素
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铬(Cr)
铬 银白色金属，熔、沸点高，硬度是所有 金属中最大的
常温下因表面有致密的氧化膜，在空气 或水中稳定，除去保护膜可缓慢溶于稀 HCl或稀H2SO4
TiO2 + H2SO4(浓)
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△
无机化学
TiOSO4 + H2O (硫酸氧钛)
二氧化钛(TiO2)—钛白
纯TiO2是白色难熔固体，难溶于水 有三种晶形,金红石、锐钛型 、板钛型 两性，以碱性为主 可溶于氢氟酸 化学性质不活泼, 覆盖能力强、 2H O TiO2 + 6HF → [TiF6]2- + 2H+ +折射率高、 2 无毒，可制造高级白色油漆和白色颜料 具有半导体性能，是光催化反应常用的 半导体材料 是乙醇脱水、脱氢的催化剂
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钼(Mo)、钨(W)
钼、钨 钼与钨性质相似，化学性质稳定 为银白色金属，硬度大、熔点高 钨(3410℃)是金属中熔点 最高的 钼不与稀、浓盐酸反应，可与浓硝酸和 王水反应 钨与盐酸、硫酸、硝酸均不反应，只溶 解于氢氟酸和硝酸的混合物或王水 大量用于制造合金钢，钨还用于制作灯 丝和高温电炉的发热元件
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Na2CrO4
工业铬产品原料(Na Cr O )的制备
2 2 7
铬铁矿(FeCr2O4)
Na2CrO4 酸化、浓缩 Na2Cr2O7晶体
Na2CO3 培烧炉 用水浸取 过滤 铬渣
2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2
4FeCr2O4+8Na2CO3+7O2
2012-9-4
2012-9-4 无机化学
无机化学多媒体电子教案
第十三章 过渡元素
第二节结束
第二节
结束
2012-9-4 无机化学
无机化学多媒体电子教案
第十三章 过渡元素
第三节铬族元素
第三节
无机化学
铬族元素
2012-9-4
13-3-1铬族元素概述
d区 ⅥB族
13-3-1铬族元素概述
Cr Mo W Sg
主要矿物
2012-9-4
2012-9-4 无机化学
钒酸盐
不同钒酸盐具有不同的颜色
缩合性
VO 在强酸性溶液中有氧化性
2
VO2+有弱氧化、还原性 氧化性 2VO2++Sn2++4H+ → 2V3++Sn4++2H2O Zn 3+ Zn + Zn 2+ VO2 VO V V2+ 黄色 蓝色 绿色 紫色 2++MnO +H O → 5VO +Mn2++2H+ 还原性 5VO 4 2 2
性质：较强还原性，易被空气氧化
4Ti3+ +2H2O + O2 → 4TiO2+ + 4H+
2012-9-4 无机化学
13-2-3 钒、铌、钽的重要化合物
13-2-3 钒、铌、钽的重要化合物 钒(V)——价电子构型3d34s2
主要氧化数：+5、+3、+2
化合物具有各种美丽的颜色
氧化数 +1 V2O 棕 +2 +3 +4 +5
Ti + 4HNO3 → H2TiO3 +4NO2 + H2O
溶于HF酸 Ti + 6HF → 2H+ + [TiF6]2 + 2H2
2012-9-4 无机化学
锆(Zr)、铪(Hf)
锆用作耐腐蚀材料和反应堆核燃元件 的外壳材料 铪用作反应堆的控制棒 锆和铪性质相似，分离困难 分离方法目前主要有：
2012-9-4 无机化学
钒(V)
常温下不与碱、非氧化性酸作用，能溶 于氢氟酸、浓硝酸、浓硫酸和王水 某些钒的化合物具有重要的生理作用， 如胆固醇的生物合成 钒的化合物有毒，吸多了，会得肺水肿 主要用作制造钒钢，它具有强度大、弹 性好、抗磨损、抗冲击等优点，用于汽 车、飞机等的制造
2012-9-4 无机化学
1. 离子交换法: 用强碱型酚醛树脂 R-N(CH3)+Cl-作阴离子交换剂 3
2. 溶剂萃取法：用三辛胺萃取锆的硫酸盐
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钒(V)
在地壳中分布分散，没有富矿，几乎所 有的铁矿都含有钒 海洋生物、海参、海鞘等能从海水中摄 取钒，浓集到血液中，据测定，海参、 海鞘等烧成的灰分中，含钒量高达15% 具有光泽的银灰色金属，熔点高、硬度 大，可以刻划玻璃和石英 纯钒富有延展性，但含大量杂质时, 非 常脆，一敲就碎