ORMAL 学与生命科学学院专业基班课 师范 无机化学 过液金属元素
无 机 化 学 -----过渡金属元素 化学与生命科学学院 专业基础课
过渡元素 通钛钒铬锰铁铂本作作 性分分N分分系系章业业 族族族族元元要 素素求
过渡元素 通 性 钛 分 族 作 业 一 本 章 要 求 钒 分 族 锰 分 族 铬 分 族 铁 系 元 素 铂 系 元 素 作 业 二
通性 第一过渡 系元素 IIB IVB VB VIB VIIB VIlL 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 钪钛钒|铬|锰|铁钴|镍亻第二过渡 39Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 pd 系元素 钇锆铌钼|锝|钌|铑|钯 57772Hf|73Ta|74W75Re760s|77Ir|78Pt Latu铪|钽|钨|铼|锇铱铂 89-103104Rf105Db[106Sg 107Bh (108 Hs 109Mt[110 第三过渡 kc-铟{波镖」m系元素 过渡系元素
过渡系元素 通性 钅卢 钅杜 钅喜 钅波 钅黑 钅麦 铌 钽 钇 锆 铪 钼 钨 锝 铼 钌 铑 钯 锇 铱 铂 钪 钛 钒 铬 锰 铁 钴 镍 Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Hf Ta W Re Os Ir Pt IIIB IVB VB VIB VIIB VIII Rf Db Sg Bh H s Mt Ac-Lr Uun Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Y La-Lu 21 22 23 24 25 26 27 28 39 40 41 42 43 44 45 46 72 73 74 75 76 77 78 104 105 106 107 108 109 110 57 89 -103 -71 第一过渡 系元素 第二过渡 系元素 第三过渡 系元素
通性 ⊙同一种元素有多种氧化数;有多个数目不等的价电子 ⊙金属较活泼; 易形成配合物;价电子层有空轨道 e水合离和酸根离子或配合物常带有颜色;有空的d 轨道能发生d→d电子跃迁 ⊙同一族第五、六周期的元素的性质相似;受镧系收 缩现象的影响,半径相近,性质相似 ⑧单质的特殊性: 熔点最高的是钨;硬度最大的是铬;密度最大的是锇;铬 和钛能被浓硝酸钝化
☺同一种元素有多种氧化数；有多个数目不等的价电子 ☺金属较活泼； ☺易形成配合物；价电子层有空轨道 ☺水合离和酸根离子或配合物常带有颜色；有空的d 轨道 能发生d→d电子跃迁 ☺同一族第五、六周期的元素的性质相似；受镧系收 缩现象的影响，半径相近，性质相似 单质的特殊性： 熔点最高的是钨；硬度最大的是铬；密度最大的是锇；铬 和钛能被浓硝酸钝化。 通性
氧化物及其水合物的酸碱性 同种元素,不同氧化态的氧化物,其酸碱性随氧 化数的降低酸性减弱,碱性增强。 Mno Mno MnO2 Mn2O Mno 强酸性酸性两性弱碱性碱性 这是由于其水合物中非羟基氧的数目减少 同一过渡系内各元素的最高氧化态的氧化物及水 合物,从左到右碱性减弱,酸性增强。 Sc,o TiO CrO3 Mn2 O7 强碱两性酸性强酸 同族元素,自上而下各元素相同氧化态的氧化物 及其水合物,通常是酸性减弱,碱性增强。 H2CrO4 HMOO H2WO4 中强酸 弱酸 两性偏酸性
氧化物及其水合物的酸碱性 同种元素，不同氧化态的氧化物，其酸碱性随氧 化数的降低酸性减弱，碱性增强。 Mn2O7 MnO3 MnO2 Mn2O3 MnO 强酸性 酸性 两性 弱碱性 碱性 这是由于其水合物中非羟基氧的数目减少。 同一过渡系内各元素的最高氧化态的氧化物及水 合物，从左到右碱性减弱，酸性增强。 Sc2O3 TiO2 CrO3 Mn2O7 强碱 两性 酸性 强酸 同族元素，自上而下各元素相同氧化态的氧化物 及其水合物，通常是酸性减弱，碱性增强。 H2CrO4 H2MoO4 H2WO4 中强酸 弱酸 两性偏酸性
、存在 钛分族 钛在地壳中的储量相当丰富(0.45%),处于第十位,但它是稀 有元素,它是亲氧元素,主要矿物是钛铁矿 FeTio3和金红石TO2 锆以斜锆矿ZrO2和锆英石 ZrSio4的形式存在,铪总是以锆的百分 之几的量和锆伴生且分离困难。 钛的单质的性质和用途 3d金属化合物中以钛的化合物最难被还原为金属。 1钛抗腐蚀性强、可以与铂相媲美,不但可以抗氯离子和抗热浓硫 酸,与硝酸作用也缓慢,成为航海设备和化工设备的理想材料。 2机械强度接近钢,但密度比钢小得多,成为新兴的结构金属,特 别是用于航空和航天器。 3亲生物及有记忆性的金属,医疗上用于制造人工关节以及代替受 损的骨骼。 钛能溶于热的浓HCl 2Ti+6HC==2Til3+3H2↑ 钛更易溶于HF+HCI(H2SO4) Ti+6HF===2TiF62-+2H++2H2t
一、存在 钛在地壳中的储量相当丰富(0.45%)，处于第十位，但它是稀 有元素，它是亲氧元素，主要矿物是钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2， 锆以斜锆矿ZrO2和锆英石ZrSiO4的形式存在，铪总是以锆的百分 之几的量和锆伴生且分离困难。 二、钛的单质的性质和用途 3d金属化合物中以钛的化合物最难被还原为金属。 1 钛抗腐蚀性强、可以与铂相媲美，不但可以抗氯离子和抗热浓硫 酸，与硝酸作用也缓慢，成为航海设备和化工设备的理想材料。 2 机械强度接近钢，但密度比钢小得多，成为新兴的结构金属，特 别是用于航空和航天器。 3 亲生物及有记忆性的金属，医疗上用于制造人工关节以及代替受 损的骨骼。 钛分族 钛能溶于热的浓HCl 2Ti+6HCl===2TiCl3+3H2↑ 钛更易溶于HF+HCl(H2SO4 ) Ti+6HF===2TiF6 2-+2H++2H2↑
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 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+3H20 FeTiO +2HSO===FeSo+TioSo+2Ho Feo+H2sO4==Feso4+H2o Fe203+3HS04-Fe2(so4)3+3H,O 2、加入单质铁把Fe3离子还原为Fe2离子,然后 使溶液冷却至273K以下使FeSO47H2O结晶析出
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。 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+3H2O FeTiO3+2H2SO4===FeSO4+TiOSO4+2H2O 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，然后 使溶液冷却至273K以下使FeSO4·7H2O结晶析出
3、加热煮沸Ti(SO)2和 TiOSO4 Ti(SO4)2+H,==TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+H2o-=H2TiO3l+H2SO4 4、分离煅烧 H2TIO3===Ti02+H,O 5、碳氯法 TiO2+2C+2C12=-TiC14+2CO 6、在1070K用熔融的镁在氩气氛中还原TC可得 海棉钛,再经熔融制得钛锭。 TiCl4+2Mg===2Mg cl,+Ti
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 TiO2+2C+2Cl2======TiCl4+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 1000-1100K
五、钛的化合物 1、TiO2:金红石、钛白,不溶于水及稀酸,可溶于 HF和浓硫酸中 TiO2+6HF=--H2ITiF6+2H20 T容易水解得到TO2离子钛酰离子。 新制得的热的二氧化钛是淡黄色的,冷却后呈白色。 且可缓慢溶解于强酸或强碱,但煅烧处理后则难溶。 TiO2是一种优良颜料(安全无毒,具有铅白的遮盖力和锌白的持久性)、催化 剂、纳米材料、造纸业作增白剂、纤维工业作消光剂
五、钛的化合物 1、TiO2：金红石、钛白，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。 新制得的热的二氧化钛是淡黄色的，冷却后呈白色。 且可缓慢溶解于强酸或强碱，但煅烧处理后则难溶。 TiO2是一种优良颜料（安全无毒，具有铅白的遮盖力和锌白的持久性）、催化 剂、纳米材料、造纸业作增白剂、纤维工业作消光剂
2、TiCl4:易水解(在空气中发白烟)为偏钛酸 H2TiO3及 LocI2,(烟雾弹) TiCL+HO= TiOC +2HCI TiC 4+3H20=H2TiO3 +4HCI 在浓HC中生成H2TiCl 用锌处理四氯化钛的盐酸溶液,可得紫色的三氯化 钛TC3,溶液中加入乙醚,并通入氯化氢,乙醚层 则呈现绿色 TiC3与CuC2的反应产物是什么? (TOCl2与CuC白色沉淀)
2、TiCl4：易水解（在空气中发白烟）为偏钛酸 H2TiO3及TiOCl2，（烟雾弹） TiCl4+H2O= TiOCl2 +2HCl TiCl4+3H2O= H2TiO3 +4HCl 在浓HCl中生成H2 [TiCl6 ] 用锌处理四氯化钛的盐酸溶液，可得紫色的三氯化 钛TiCl3 ，溶液中加入乙醚，并通入氯化氢，乙醚层 则呈现绿色。 TiCl3 与CuCl2的反应产物是什么？ （TiOCl2与CuCl白色沉淀）