无机化学_20过渡元素概要.ppt

第20章 过渡元素（一） [教学要求] １、掌握过渡元素的价电子构型的特点及其元素通性的关系。 ２、掌握过渡元素钛、钒、铬、钼、钨和锰的单质及化合物的性质和用途，一般了解同多酸和杂多酸知识。 3、了解钛、钨的冶炼原理。 第一节 过渡元素的通性 一、过渡元素在周期表中的位置 d 区：(n-1)d1-9ns1-2 f 区：(n-2)f1-14 (n-1)d0-2ns2 第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系 按电子层结构划分 按周期划分 钇和镧系 又称为希 土元素 锕系全部 是放射性 元素 1-3 过渡元素的原子和离子半径 同族元素比较，第五、六周期元 素的原子或离子半径极为相近 ( 镧系收缩的结果)。 所以第五和第六周期的同付族 元素及其化合物，性质相似， 结构相似，以致给分离工作带 来了困难。 同周期元素比较，从左到右，原 子或离子半径一般变小，但变化 幅度很小，还出现个别反常现象 1-5 过渡元素化合物的一般性 过渡元素的氢氧化物的酸碱性变化与主族元素的变化规律基本是相同的，但其递变过程不如主族明显。 一、同周期元素比较，从左到右，碱性减弱，酸性增强。 二、同族元素比较，从上到下，碱性增强，酸性减弱。 三、同元素不同价态比较，高价态酸性较强，低价态碱性较强。 一、氢氧化物的酸碱性 二、离子的颜色 过渡元素的水合离子大部分都有一定的颜色，这是因为电子的跃迁能级一般在可见光的范围(d0结构的离子无色)： 水合离子 Ti3+ V2+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Fe3+ Co2+ Ni2+ 颜色 紫红 紫 绿 蓝紫 肉色 浅绿 浅紫 粉红 绿 三、容易形成配合物 过渡元素具有很强的配位能力，其原因是： １、过渡元素的价电子轨道多(5个d轨道，１个s轨道，3个p轨道)。 ２、空价电子轨道可以接受配体电子对形成σ配键。 ３、填满的d电子对可以与配体形成d-π反馈键。 第二节 钛分族 一、矿石的冶炼 Ti 主要矿物有金红石(TiO2)、钛铁矿(FeTiO3)，丰度为0.45%。 钛的冶炼 浓硫酸浸 取钛矿粉 还原除铁 浸取液水解 制H2TiO3 过滤灼烧 制TiO2 氯化制 TiCl4 金属还原 金属钛 下面以钛铁矿为 例分析各步反应 FeTiO3+3H2SO4＝Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4＝TiOSO4+FeSO4+2H2O Ti(SO4)2＋H2O＝TiOSO4＋H2SO4 TiOSO4＋2H2O＝H2TiO3↓＋H2SO4 △ H2TiO3 ＝ TiO2＋H2O △ TiO2＋2C＋2Cl2 ＝ TiCl4＋CO↑ TiCl4＋2Mg＝2MgCl2＋Ti 二、单质的性质 1、氧化态 价电子层 氧化态 E0A（MO2，H+/M） Ti 3d24s2 +3，+4 -0.86 3、化学性质 2Ti＋6HCl＝2TiCl3＋3H2↑ Ti+6HNO3＝[TiO(NO3)2]+4NO2 ↑+3H2O Ti+6HF =[TiF6]2- + 2H+ + 2H2↑ 2、物理性质 Ti4+无色 3d0 而Ti3+有颜色 3-2 钛的化合物 1、TiO2(俗称钛白) 二氧化钛溶于浓硫酸所得溶是酸 性的，但加热煮沸发生水解，得 到不溶于酸、碱的水合二氧化钛 沉淀，即型b钛酸，分子式也与成 H2TiO3 钛白不溶于水，溶于氢氟酸，浓硫酸等.重要白色颜料,纳米颗粒具有光催化作用. TiOSO4+2NaOH=TiO2稨2O+Na2SO4 TiO2＋6HF＝H2[TiF6]＋2H2O TiO2＋2H2SO4＝Ti(SO4)2＋2H2O TiO2＋H2SO4＝TiOSO4＋H2O 钛白是世界上最白的东西，1克钛白就可以把450平方厘米的面积涂得雪白，其遮盖性大于锌白，持久性大于铅白，是一种高级白色颜料。 2、TiCl4 TiCl4＋3H2O＝TiO2↓＋4HCl 发生水解： TiCl4＋H2O＝TiOCl2↓＋2HCl TiO2+的检验： TiO2+＋H2O2＝TiO(H2O2)2+ (弱酸中橙黄色，强酸中橙红色) TiCl4是分子型物质，无色液体，极易水解。由于 Ti4+离子电荷高，半径小，极化力极强，所以在酸性溶液中主要存在TiO2+ （钛酰离子） 三氯化钛 Ti3+为d1构型离子，呈紫色， 具有较强的还原性 TiCl3的制备 2TiCl4(无色)＋Zn＝2TiCl3(紫色)＋ZnCl2 2Ti＋6HCl＝2