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天津大学无机化学课件第十三章过渡元素

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无机化学区过渡元素优秀课件

无机化学区过渡元素优秀课件
另一方面, 原子半径不是单 调地减小, 而是一条两峰一谷的 曲线。
造成这种两峰一谷的原因有三个：
其一为电子的精细结构, 即由于具有半充满 f 层(f7)的 Eu 和全充满 f 层(f14)的Yb 只用2个 6s2 电子形成金属键, 因 而键较弱、核间距较大, 故在Eu和Yb处出现两个峰值, 而Ce 平均用3.1个电子成键, 金属键较强, 其半径略小于Pr, 故在 Ce处微凹成一小谷。其余镧系元素均以三个电子成键, 故随 原子序数的增大, 半径均匀减小。
由于La到Lu的15个元素在物理性质、化学性质上的相 似性和连续性, 人们习惯上把La(4f0)到Lu(4f14)的15个元素 统称为镧系元素(简写为Ln),
同样地, 把Ac(5f0)到Lr(5f14)的15个元素统称为锕系 元素(简写为An)。这样, f区元素包含了由4f0到4f14的15 个镧系元素和由5f0到5f14的15个锕系元素。
La、Gd、Lu的构型可以 用f0、f7、f14(全空、半满和全 全满)的洪特规则来解释, 但Ce的结构尚不能得到满意的解释, 有 人认为是接近全空的缓故。
这两种电子结构可以用来说明镧系元素化学
性质的差异。
这些元素在参加化学反应时需要失去价电子, 由于4f轨道被外层电子有效地屏蔽着, 且由于 E4fE5d, 因而在结构为4fn6s2 的情况下, f电子要参 与反应, 必须先得由4f 轨道跃迁到 5d 轨道。这样, 由于电子构型不同, 所需激发能不同, 元素的化学 活泼性就有了差异。
10.1.1 镧系元素的价电子层结构
下表列出镧系元素在气态时和在固态时原子的电子层结构。
镧系元素气态原子的4f轨 道的充填呈现两种构型, 即4fn－1 5d16s2和4fn6s2, 这两种电子构型 的相对能量如左图所示。

天津大学无机化学课件：第十三章 硼族元素

天津大学无机化学课件：第十三章 硼族元素

铝单质的性质
银白色有光泽的金属，有良好的延展性和导 电性。
ψAθ（Al3+/Al）= 1.67 V，纯铝活性较高 ψBθ[Al(OH)3/Al）= 2.31V ⑴ 常温下稳定：氧化膜
⑵ 高温与氧等非金属反应
4Al+3O2=2Al2O3 H=-1669.7kJ·mol-1 （3273K）
⑶ 与稀酸反应 2Al+6HCI=2AICl3+3H2↑ 浓H2SO4、浓HNO3中钝化 ⑷ 与强碱反应 2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2↑
第十三章硼族元素131boron单质及其化合物132铝aluminum单质及其化合物133镓gallium铟indium铊thalliumaabbaiaigagatltl价电层结构价电层结构22ss222p2p1133ss223p3p1144ss224p4p1155ss225p5p1166ss226p6p11主要氧化数主要氧化数3333113313131133电离能电离能ii11kjmol8006800657765776578857885583558358935893电负性电负性204204161161181181178178162162非金属性金属性非金属非金属金属性增强金属性增强kjmol1cchhbbhhsisihhbboosisiooccooccccbbbbsisisisi411411389389318318561561452452358358346346293293222222一硼单质二硼氢化合物三硼的含氧化合物四硼的卤化物无定形硼
O 136pm
B
B 120pm
O
90-125°
O
制法
2H3BO3 △ B2O3+3H2O

无机化学课件--过渡元素-精品文档

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钛
3、加热煮沸Ti(SO4)2和TiOSO4 Ti(SO4)2+H2O===TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+H2O===H2TiO3↓+H2SO4 4、分离煅烧 H2TiO3===TiO2+H2O
5、碳氯法
1000-1100K TiO2+2C+2Cl2======TiCl 4+2CO
6、在1070K用熔融的镁在氩气氛中还原TiCl4可得 海棉钛，再经熔融制得钛锭。 TiCl4+2Mg===2MgCl2+Ti
钼：辉钼矿 MoS2
I II 白钨矿CaWO 钨：黑钨矿 ( Fe ,Mn ) WO 4 4
2. 铬单质的制备 铬以铬铁矿Fe(CrO2)2的形式存在，以铬铁 矿为原料制备之。
制备
Fe(CrO2)2(s)
Na2CO3 (s) Na2CrO4 (aq)
1000 ℃ ~1300℃
Na2CrO4(s) Fe2O3 (s)
钛
二、钛的重要化合物 １、钛（+４价）化合物
a. TiO2：金红石、钛白，白色粉末，不溶于水 及稀酸，可溶于HF和浓硫酸中。
TiO2+6HF===H2[TiF6]+2H2O Ti4+容易水解得到TiO2+离子——钛酰离子。 TiO2是一种优良颜料、催化剂、纳米材料。
b. TiCl4：易水解，为偏钛酸及TiOCl2，在浓 HCl中生成H2[TiCl6]
③
H2O 浸取
① H2SO4 Na2Cr2O7 (aq) 酸化 ②
Cr2O3
Al ④Biblioteka Cr① 4Fe(CrO 2 ) 2 + 8Na 2 CO 3 + 7O 2

无机化学 过渡元素-13.1过渡元素概述

无机化学 过渡元素-13.1过渡元素概述
过渡元素及化合物有催化特性
13-1-8 磁性
多数过渡元1素3-或1-8离磁子性具有顺磁性
多数过渡元素的原子或离子有 未成对电子，所以具有顺磁性
离子 VO2+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+ d电子数 1 2 3 5 6 7 8 9 未成对 1 2 3 5 4 3 2 1
最小(低) Cs 22.8
Cs 0.2
13-1-3 金属活泼性
元素 13S-c1-3 T金i 属活V泼性Cr Mn
E (M2+/M)/V -2.03 -1.63 -1.13 -0.90 -1.18
可溶该金 属的酸
各种 酸
热HF HCl
浓H2SO4 HNO3、HF
稀HCl
H2SO4
稀H2SO4 HCl等
其活泼性减弱
3. 同族元素(除Sc分族外)自上往下 金属活泼性降低
Ⅷ E (M2+/M)/VⅡB E (M2+/M)/V 第一过渡系 Ni -0.257 Zn -0.7626 第二过渡系 Pd +0.92 Cd -0.403 第三过渡系 Pt +1.2 Hg +0.8535
3. 同族元素(除IIIB族外)自上往下 金属活泼性降低
元 素 Sc Ti V C的rM离n子Fe无C色o Ni CuZn
M2+中d电子数 0 1 2 3 4 5 6 7
[M(H2O)6]3+ 无 紫 绿 蓝 红 浅 绿 粉
颜色
紫 紫红
13-1-7 配位能力和催化性
过渡元素易形成配合物
过渡元催素化剂的原子或离子反具应有部分 空的 (n-1)d, 空的ns、np轨道, 可 接受配Fe体-M的o 孤电子对合成氨 过渡元Pt素-R的h 离子一氨般氧具化有为较NO高的 电荷、V较2O小5 的半径SO，2氧极化化为力SO强3 ， 对P配d体, R有an较ey 强Ni的吸引催力化加氢

过渡金属元素ppt课件

过渡金属元素ppt课件
过渡金属元素
（ⅢB~ⅤⅢ族，d 区）
(n-1)d1~9 ns1~2 (例外 Pd 4d10 5s0 )
表 过渡金属元素（d 区元素共 25 种）
周期\族 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB
Ⅷ
四 Sc Ti Ⅴ Cr Mn Fe Co Ni
五 Y Zr Nb Mo Tc
Ru Rh Pd
六 La Hf Ta W Re
4f 2~145d 0-1 6s 2 锕系 89Ac~103Lr 铹（15 种元素）
5f 0~146d 0~1 7s 2
→“内过渡元素”
1
过渡元素的通性
一、价电子构型
通式：(n-1)d1~9 ns1~2
中性原子的原子轨道能量随原子序数的变化：n 和 l 竞争。
例外：Z = 24，41 ~ 46：“能量最低原理”
H2O O OH2 \ /\ /
Fe
Fe
2 个八面体共棱
/ \/ \
H2O H2O
O OH2 H H2O
pH ↗ 胶体溶液 pH ↗ Fe2O3·xH2O↓
Cr3+、Al3+、类似 Fe3+
15
八、形式多碱、多酸倾向
（二）多酸
由含氧酸缩合脱 H2O 而形成“多酸”
例：
O
O
Cr
Cr
/ \ /\
（一）同一周期：
r↘，Z*↗，I1 和（I1+I2）↗，(总趋势)
左
右
（二）同一副族：
原子半径 r 第四周期
^ 第五周期
∫ 第六周期
有效核电荷 Z* ^ ^
第一电离能 I1 交错(基态电子构型不同)
^
图 7-1 第一、二、三过渡系列金属元素第一电离能变化

无机化学 过渡元素-13.3铬族元素

无机化学 过渡元素-13.3铬族元素

配位数大多为6
铬(Ⅲ)配合物
稳定性较高，在水溶液解离程度较小
同一组成配合物可有多种异构体
如 CrCl3·6H2O [Cr(H2O)6]Cl3
[CrCl(H2O)5]Cl2 ·H2O [CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O
紫色 蓝绿色
绿色
1. 加入过量NaOH
Cr3+鉴定
Cr3+ + 4OH-(过量) → [Cr(OH)4]-
[CrCl2(H2O)4]+
紫色
绿色
易水解
铬(Ⅲ)盐
1. Cr3+水解
[Cr(H2O)6]3++H2O ⇌ [Cr(OH)(H2O)5]2++H3O+
pH↑，进一步反应
[Cr(H+2O)6]3+ [Cr(OH)(H2O)5]2+
H
⇌
O (H2O)5Cr Cr(H2O)5
5+
+H2O
H
O
4+
2[Cr(OH)(H2O)5]2+⇌ (H2O)4Cr Cr(H2O)4 +2H2O
Cr2O3+6KHSO4 高温 Cr2(SO4)3+ 3K2SO4+3H2O
Cr2O3是制铬的原料，也是绿色颜料 广泛用于陶瓷、玻璃、涂料、印刷等
氢氧化铬[Cr(OH)3] 向Cr3+溶液中加入适量碱 Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3 (灰绿色) 难溶于水
两性 溶实于为酸水—合—氧Cr化3+铬(蓝C紫r2O色3·)xH2O C溶r含习于(O水惯碱H量上)—3是用+—可C3Hr[变C(O+r的H(→O，)3H表C)示4r]3-+(亮+ 3绿H色2O) Cr(OH)3 +OH- → [Cr(OH)4]-

无机化学课件：第十三章 过渡元素

无机化学课件：第十三章 过渡元素
过渡元素的又一特点是易形成非整比（或称非化 合计量）化合物。这类化合物化学组成不定，可在一 个较小范围内变动，但基本结构不变。 （六）离子的颜色
过渡元素在水溶液中形成的水合配离子，大都显色 （与s区、p区不同），主要是因为此时过渡元素离子 的d轨道未填满电子，可能在吸收不同波长可见光，d 电子跃迁显示出互补可见光的颜色出来。第Leabharlann 过渡元 素低氧化数离子的颜色见书。
第十三章 过渡元素
过渡元素
通过 钛 性渡 族
元、 素钒 慨族 述元
素
铬锰铁铜锌基 族族系族族本 元元和元元要 素素铂素素求
系 元 素
通性
第一过渡 系元素
IIIB IVB VB VIB VIIB
VIII
21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni
钪钛 钒 铬锰铁钴镍
过渡元素概述
同一族元素从上到下，原子半径增大，但第五、 六周期（ⅢB除外），同族元素原子半径接近，这是 由于La系收缩的影响，从而导致第二、三过渡系同族 元素在性质上的差异，比第一和第二过渡系相应的元 素要小。
（二）单质的物理性质 由于过渡元素最外层一般为1~2个电子，容易失
去，所以它们的单质均为金属，单质的外观多为银白 色或灰白色，有光泽。 （三）金属活泼性 同族元素从上到下（除ⅢB外）活泼性减弱，原因：
过渡元素概述
（十）金属原子簇化合物
过渡元素金属原子间有直接的键合作用， 即可形成含有金属—金属键的簇状化合物， （一般三个或三个以上金属原子直接键合组成 的化合物为金属簇状化合物），尤其是第二、 三过渡系元素。由于(n-1)d轨道伸展较远，原 子实之间斥力较小，低氧化态离子的半径又较 大，可形成较稳定的金属—金属（M-M）键， 如[Re2Cl8]2-配离子，其中含有Re-Re键。

天津大学无机化学ppt课件下载

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无机化学
Inorganic Chemistry
绪论 1学时 第一章 化学反应中 的质量关系和能量 关系（3学时）
目 录
第二章 化学反应的 方向、速率和限度 （8学时）
第三章 酸碱反应和 沉淀反应（7学时）
§1 化学中的计量 §2 化学反应中的质量关系 §3 化学反应中的能量关系
1学时 1学时 1学时
光 学 纤 维 胃 镜
用光导纤维 做手术，不 用开刀
20/51
F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌 火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地 、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。21/51
近年发现和发明的新物质层出不穷，如球碳、管碳、俄 罗斯套娃、团簇化合物、笼合物等。
§1 镧系元素和锕系元素该素 §2 稀土元素
6/51
1 化学的研究对象 绪论 2 化学的主要分支
3பைடு நூலகம்怎样学习化学
7/51
什么是化学？它研究的对象是什么？如何才能学好化 学？这是开始学化学首先要解决的问题。下面就从回答这些 问题来开始我们的化学学习。
一．化学研 究的物质
物质是不依赖于人们的感觉而存在并且可以 被人们的感觉所认识的客观实在。简而言之，物 质是客观存在的东西。
36/51
（2）炼金术、炼丹时期（公元前后—公元 1500年）
➢ 中国炼丹术的产生有两个原因：一是五行说（五 行无常胜），此为理论基础；二是封建主的贪得 无厌，梦想长生。战国末期有了炼丹术，汉代有 较大发展，唐代达到高潮。当时所谓的丹主要是 三仙丹HgO，丹砂HgS，铅丹Pb3O4等。这些丹 实际上都是剧毒的，许多皇帝因服丹而亡。
1学时 3学时 4学时

无机化学——过渡元素

无机化学——过渡元素
Cr2O72-+14H++6Fe2+＝2Cr3++6Fe3++7H2O 此反应在分析化学中用来测定铁。
3CH3CH2OH+2K2Cr2O7+8H2SO4＝3CH3COOH+
2K2SO4+2Cr2(SO4)3+11H2O 应用于检验酒后开车。检验过氧化氢的存在,生成Cr(O2)2O。 实验室中常用的铬酸洗液是用热的饱和重铬酸钾溶液与浓硫
V2O5：为两性偏酸性的氧化物，是一种重要的催化剂。 2NH4VO3＝V2O5+2NH3+H2O V2O5+Ca＝V+CaO V2O5+NaOH＝Na3VO4+3H2O V2O5+6HCl＝2VOCl2+Cl2+H2O VO2++Fe2++H+＝VO2++Fe3++H2O 2VO2++C2O42-+4H+＝2VO2++2CO2+2H2O
三、Zr和Hf的分离 钾和铵的氟锆酸盐和氟铪酸盐在溶解度上有明显的差别，可利 用此性质来分离Zr和Hf。
金属钛
钛
钛合金
钛合金
镍钛合金
镍钛合金
蓝宝石含钛刚玉
蓝 宝 石 含 钛 刚 玉
四、金属钛的制备
工业上常用FeTiO3为原料来制金属钛 1、矿石中含有FeO、Fe2O3杂质,先用浓硫酸处理
FeTiO3+3H2SO4＝FeSO4+Ti(SO4)2（TiOSO4）+3H2O FeO+H2SO4＝FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4＝Fe2(SO4)3+3H2O 2、加入单质铁把Fe3+离子还原为Fe2+离子，冷却至273K以下 使FeSO4·7H2O结晶析出。加热煮沸Ti(SO4)2和TiOSO4 TiOSO4 (TiOSO4)+ H2O ＝H2TiO3↓+H2SO4 3、分离煅烧 H2TiO3＝TiO2+H2O 4、碳氯法 TiO2+2C+2Cl2＝TiCl4+2CO 5、在1070K用熔融的镁在氩气氛中还原TiCl4可得海棉钛，再 经熔融制得钛锭。TiCl4+2Mg＝2MgCl2+Ti

天津大学出版社无机化学第十三章概要

天津大学出版社无机化学第十三章概要

如1000℃时，FeO组成实际在Fe0.89O到Fe0.96O之间变动 用途：用于各类化学电源和电化学器件的固体电解质，半 导体材料，超导材料。 6 离子颜色 过渡元素水合离子以及与其它配位体形成的配离子，往往 具有颜色。 原因：不要求(涉及到配合物的晶体场理论)
Mn (Ⅱ)
Fe(Ⅱ)
Co(Ⅱ)
Ni(Ⅱ)
13.3.2 铬的重要化合物 铬的化合物都具有五彩缤纷的颜色 绿色的Cr2O3 紫色的 Cr2(SO4)3 黄色的 PbCrO4 砖红色的Ag2CrO4 桔红色的 K2Cr2O7 Cr 最高氧化态是+6，较稳定是低氧化态+3。 氧化态为+3存在形式主要有 Cr3+、Cr(OH)3、Cr(OH)4氧化态为+6存在形式主要有 Cr2O72-、HCrO4-、CrO42Cr(OH)3 两性氢氧化物，遇酸溶解转化为Cr3+ ，溶解在过 量碱中为Cr(OH)4重铬酸根和铬酸根可相互转化，溶液中存在如下平衡 2CrO42- + 2H+ 2HCrO4- Cr2O72- + H2O 黄色 橙色 加酸，右移，橙色 Cr2O72- ；加碱，左移，黄色 CrO42-
13.2.3 钒、铌、钽的重要化合物(不要求)
13.3 铬族元素
13.3.1 铬族元素综述 铬、钼、钨的性质和用途 铬、钼、钨为ⅥB族元素，它们的原子价层有6个电子， 这6个电子均可参与形成金属键，另外原子半径也较小， 所以金属键的强度较高，它们的熔、沸点在各自的周期 中最高，硬度也大。其中W在所有金属中熔点最高， Cr在所有金属中硬度最大。我国古代的“宝刀”中就 含有W。铬由于抗蚀性好，常用于金属表面的镀层(自 行车、汽车轮胎的钢圈)，不锈钢。 钼和钨性质非常相似，其化学性质较稳定，它们大量用于 制造耐高温、耐磨和耐腐蚀的合金钢。另外，W还用于 制造灯丝、高温电炉的发热元件。

无机化学课件：第十三章 过渡元素

无机化学课件：第十三章 过渡元素

铬族元素
全水将解含为有Cr[2COr3(·OxHH2)O4]沉- 水淀溶 液 加 热 煮 沸 ， 可 完
在碱性溶液中，[Cr(OH)4]-有强还原性2，例如：
2[Cr(OH)4]-+3H2O2+2OH→2CrO4 +8H2O
（亮绿）
（黄）
在酸性溶液中，Cr3+需用很强氧化剂 ，如
S2O82-（过二硫酸根）才能将其氧化：
Na2TiO3+2H2O → H2TiO3+2NaOH
TiOSO4+2H2O → H2TiO3+H2SO4
钛族、钒族元素
（气3）和T焦iC炭l4 高最温重反要应的而Ti得卤。化物，通常同TiO2、氯 结为构共：价Ti化Cl合4中物T。i取sp3杂化，形成正四面体构型，
性质：常温下为无色液体（熔点- 23.2℃，沸点
BaCO3+TiO2 → BaTiO3+CO2
TiOSO4为白色粉末，可溶于冷水，在溶液或晶 体中实际上不存在简单的钛酰离子TiO2+，而是以
TiO2+聚合形成的金属齿状长链（TiO）n2n 形式存在。
在晶体中，这种长键彼此间由SO
连接2 起来。 4
两类盐都水解（因TiO2酸碱性均很弱），形成白 色偏钛酸（H2
许多过渡元素及其化合物具有独特的催化 性能，催化作用表现为两方面，一是反应过程 中，过渡元素可形成不稳定的配合物，这是配 合物作为中间产物可起到配位催化作用；二是 接触催化：过渡元素通过提供适宜的反应表面， 如V2O5催化制H2SO4。 （九）磁性
多数过渡元素的原子或离子有未成对电子， 所以具有顺磁性，未成对电子越多，磁距μ越 大。
第二过渡 系元素

无机化学过渡元素PPT课件

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H2O
Cl–
H2O
H2O
Cr
Cl–
H2O
H2O
H2O
Cl-
H2O Cl
H2O
Cr
Cl–
H2O
H2O
Cl– H2O H2O
Cl H2O
H2O
Cr H2O
H2O H2O
Cl– Cl– H2O
Cl–
Cl
Cl–
H2O
Cr
H2O
H2O
H2O H2O H2O
三、铬(VI)的重要化合物
2CrO42-(yellow) +2 H+ Cr2O72- (Orange red) + H2O
/programs/view/klU8lPkTF9A/
例如，镍-钛合金在40oC以上和40oC以下 的晶体结构是不同的，但温度在40oC上下变 化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态 发生变化。这里，40oC就是镍-钛记忆合金 的“变态温度”。各种合金都有自己变态温 度。
p酸H性<条2：件C下r，2OC7r22-O为72主-的，C具lp-有H强>6氧：化C性rO42-为C主l2 。
Cr2O72- +
IH+
SO32-
I2 SO42- + Cr3+
Fe2+
Fe3+
H2S
S
怎样判断洗液失效？
200
Orange red
Cr O 227
G KJ.mol-1
100 Cr
0
-100
离子鉴定CrO42-
加H2O2和乙醚
乙醚
CrO42- + 2H2O2 +2H+ = 3H2O + CrO5(blue)

13.5.3 铁、钴、镍的盐类及配合物

13.5.3 铁、钴、镍的盐类及配合物

Fe3+ 浅紫 较强
→ 4Fe + 2H2O Fe(ClO4)310H2O 2+ +4H O ) 6H O → Fe(NO 5Fe3+ +Mn 3 3 2 2
M2Ⅰ[MⅡ(H2O)6](SO4)26H2O MⅠ=K、Rb、Cs、NH4+, MⅡ=Fe、Co、Ni (NH4)2Fe(SO4)26H2O
盐类
颜色 强酸盐 弱酸盐 水解性
Fe2+ 浅绿
4Fe2+ + O2 +4H MSO47H2O 易形成含结晶 2+ + MCl 6H O 5Fe +MnO +8H 2 2 4 水的盐 M(NO3)26H2O
易形成复盐
Co2+ Ni2+ 粉红 苹果绿 易溶于水 难溶于水 Fe2+ 有强还原性 微弱水解，水溶液显酸性 + 3+
因水解，溶液呈黄色或红棕色 pH , 缩聚成红棕色胶状沉淀 pH=4~5，形成水合三氧化二铁沉淀
第十三章 过渡元素（一）
13.5.3 铁系的盐类和配合物
盐类
颜色 强酸盐 弱酸盐 水解性
Fe2+ 浅绿
Co2+ Ni2+ 粉红 苹果绿 易溶于水 难溶于水 微弱水解，水溶液显酸性
Fe(ClO4)310H2O Fe(NO3)36H2O
第十三章 过渡元素（一）
13.5.3 铁系的盐类和配合物
盐类
1.加入浓酸，防止 Fe 的水解； MSO47H2O Fe(ClO4)310H2O 易形成含结晶 MCl 6H O 3+ 3) Fe(NO O 2+ 。 2. 加入铁钉，使 → 3Fe 2 2 Fe + 2Fe 36H2 水的盐

无机化学课件第十三章

无机化学课件第十三章
Pb（5 VO4）3Cl 等。
在地壳中的质量分数为 0.016 %，列第 19 位。
铌 Nb，钽 Ta ： 它们在自然界中的丰度分别为 2.0 × 10－3 % 和 2 × 10－4 %。
由于化学性质相似它们总是共生在一起，主要存 在于多种矿石中，如（Fe，Mn）M2O6 ，其中 M = （Nb，Ta ）。
第13章 过渡元素
13.1 过渡元素概述 13.2 钛族、钒族元素 13.3 铬族元素 13.4 锰族元素 13.5 铁系和铂系元素
13.2 钛族、钒族元素
钛副族元素处于周期表 ⅣB 族，包括钛 Ti， 锆 Zr，铪 Hf 3种元素。
原子的价电子层结构（n－1）d2 ns2，最稳
定的氧化态为 + 4，其次是 +3，而 +2 氧化态 较为少见，化合态的钛还有可能呈现 0 和 –1 的低氧化态。
钛 Ti： 主要矿石有金红石 TiO2，钛铁矿 FeTiO3。 在地壳中的质量分数为 0.56 % ，列第 9 位。
锆 Zr： 主要矿石有锆英石 ZrSiO4 ，斜锆石 ZrO2 。 在地壳中的质量分数为 0.019 % ，列第 18 位。
铪 Hf：
常与锆矿共存。 在地壳中的质量分数为 3.3 × 10－4 %。
800℃
2 Mg + TiCl4 —— 2 MgCl2 + Ti
钛副族元素的重要化合物
1 氧化物
自然界中，TiO2 有三种晶型，分别为金 红石、锐钛矿、板钛矿，最常见的是金红石 型。
所有这些化合物中， Ti 都采取 6 配位 八面体构型，其中金红石的八面体的畸变程 度最小。
金红石具有典型的 MX2 型晶体构型， 属四方晶系。其中钛是八面体配位，配位 数为 6，氧的配位数为 3。

《过渡元素化学》课件

《过渡元素化学》课件
器件
化学工业：用 航空航天工业： 于制造催化剂、 用于制造耐高 染料、农药等 温、耐腐蚀的
合金材料
核工业：用于 制造核燃料和 核反应堆的部
件
环保工业：用 于处理废水、 废气等污染物
过渡元素在生物体内 的作用：如铁、铜、 锌等在血液、骨骼、 神经等系统中的作用
过渡元素在药物中 的应用：如铁、铜、 锌等在药物中的作 用
汇报人：
原子结构：过渡元素原子核外电子排布具有周期性规律 电子排布：过渡元素原子核外电子排布具有周期性规律 电子排布特点：过渡元素原子核外电子排布具有周期性规律 电子排布规律：过渡元素原子核外电子排布具有周期性规律
金属性：过渡元素中，金属性最强的是铼，最弱的是铋 非金属性：过渡元素中，非金属性最强的是铋，最弱的是铼 电离能：过渡元素中，电离能最高的是铼，最低的是铋 过渡元素的物理性质与其金属性和非金属性有关，电离能是衡量元素化学性质的重要指标
磁性：过渡 元素具有磁 性，其中铁、 钴、镍等元 素具有较强 的磁性
热导率：过 渡元素的热 导率较高， 其中铜、银 等元素具有 较高的热导 率
电导率：过 渡元素的电 导率较高， 其中铜、银 等元素具有 较高的电导 率
熔点：过 渡元素的 熔点较高， 其中钨、 钼等元素 具有较高 的熔点
硬度：过 渡元素的 硬度较高， 其中钨、 钼等元素 具有较高 的硬度
应用：氧化物和氢氧化物在工业、化学实验和日常生活中有广泛的应用，如催化剂、颜料、药物等
盐类：过渡元素与 酸或碱反应生成的 化合物，如氯化铁、 硫酸铜等
络合物：过渡元素 与有机配体形成的 化合物，如铁氰化 钾、铜氨络合物等
性质：盐类和络合物 具有不同的物理和化 学性质，如颜色、溶 解度、稳定性等
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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
2012-9-4 无机化学
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
2012-9-4 无机化学
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
2012-9-4
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)
2012-9-4 无机化学
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
2012-9-4
9000C
TiCl4 + 2CO
Ti + 2MgCl2
Ar气、6000C
无机化学
钛(Ti)
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
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
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
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
2012-9-4 无机化学
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
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
2012-9-4 无机化学
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
氧化物
颜 色
2012-9-4
VO
灰
V2O3
黑
VO2
蓝
V2O5
红
无机化学
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
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
2012-9-4 无机化学
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。
TiOSO4+2H2O
2012-9-4
煮沸
过滤、烘干、焙烧
HTiO 3 +H2SO4 2TiO 2
无机化学
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
2012-9-4
焙烧
TiO2 + 2Cl2
1100℃
2Na2CrO4+H2SO4 → Na2Cr2O7+Na2SO4+H2O
2012-9-4 无机化学
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
TiO2 + H2SO4(浓)
2012-9-4
△
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
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
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
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
2012-9-4 无机化学
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
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
V2O5
2012-9-4

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