第2-10过渡元素

40 Zr 41 Nb 42 Mo 43
第二过渡 系元素
Ac-Lr
杜 钅 喜 钅 钅 卢 钅 麦 Uun 波 钅 黑 钅
过渡系元素
第三过渡 系元素
过渡元素的原子半径
ý ¹ É ¶ ª Ô Ø Ë ­ Ô Ó ×ë °¶ ¾ 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 20
无保护膜的铬较活泼：Cr+2HCl(稀)==CrCl2(蓝)+H2↑ 4CrCl2(蓝色)+4HCl+O2(空气)===4CrCl3(绿色)+2H2O Cr与浓硫酸生成三价盐，但不溶于浓硝酸(钝化)， Mo只溶于浓硝酸及王水，W只溶于HF和硝酸的混酸。W 的熔点是金属中最高的。
铬的特殊物理性质
1.银白色(美观) 2.坚硬(闻名于金属界) 3.钝化(高温也有保护作用)
钛能溶于热的浓HCl 2Ti+6HCl===2TiCl3+3H2↑ 钛更易溶于HF+HCl(H2SO4) Ti+6HF===2TiF62-+2H++2H2↑ 锆和铪也有上面配合反应的性质。
一、存在 钛在地壳中的储量相当丰富(0.45%)，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 钛合金 锆伴生且分离困难。 二、单质的性质和用途 钛抗腐蚀性强、密度小、亲生物及有记忆性的金 蓝 属，用于化工、海上设备，医疗、卫星等。锆和铪的 宝 性质极相似 ,硬度较大、导电不良、外表类似不锈钢。 石 | 钛能溶于热的浓 HCl 2Ti+6HCl===2TiCl3+3H2↑ 含 钛更易溶于HF+HCl(H2SO4) 钛 钛 2+ Ti+6HF===2TiF6 +2H +2H2↑ 刚 玉 锆和铪也有上面配合反应的性质。
Cr+6
强氧化剂
W+6 稳定
2、性质:银白色,坚硬,氧化膜,不锈钢.(含12%的铬) 铬的硬度是所有金属单质中最高的。
铬金属表面的保护性氧化膜使其对空气和湿气十 分稳定，而且表现出极好的抗腐蚀性能，常温下甚至不 溶于王水，因此成为一种重要的合金元素，不锈钢中含 铬量12~14%，同时被用于电镀、金属陶瓷。
此法可用于鉴定钒。
如果向酸性的V2+溶液中滴加高锰酸钾溶液,颜色? 紫色-----绿色-----蓝色-----绿色-----黄色
铬分族
Cr Mo W
一、存在 Cr的矿物有铬铁矿FeCr2O4(FeO· Cr2O3)、Mo有辉 钼矿MoS2、W有黑钨矿(Fe, Mn)WO4、白钨矿CaWO4。 二、单质的性质和用途 1、价电子结构： Cr、Mo的价电子构型为(n-1)d5ns1，W的价电子构 型为5d46s2，它们中的6个电子都可以参加成键。 按Cr、Mo、W的顺序最高氧化态的稳定性增强， 低氧化态的稳定性减弱。(与主族变化趋势相反).d电子 钻穿效应减弱的影响.

性质特征

同周期元素递变不突出,表现出许多相似性
为什么?
通性
IIIB IVB VB VIB VIIB 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn VIII 26 Fe 27 Co 28 Ni
45 Rh 46 Pd
第一过渡 c 44 Ru
39
钇 锆 铌 钼 锝 钌 铑 钯 57-71 72 Hf 73 Ta 74 W 75Re 76 Os 77 Ir 78 Pt Lu 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂 La 89 -103 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108 Hs 109Mt 110
钛分族
二、钛的单质的性质和用途 四大特点
1 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 机械强度高,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。 4.耐高温,比重小.
第十章 过渡元素
d区 从ⅢB族___第Ⅷ族 结构特点 (n-1)d1-9ns1-2 1. (n-1)d轨道末充满 2.(n-1)d 和ns轨道能量相近,电子可以全部或 部分参与成键

结构决定

性质
1.具有较高的熔点和硬度(都是金属)

2.有变价
3.易形成配合物 4.离子大多有颜色

Sc Ti V Cr Y Zr Nb Mo La Hf Ta W
Mn Tc Re
Fe Co Ru Rh Os Ir
Ni Pd Pt
30 Cu(●-● ) Ag(■-■)
同 族 从 上 到 下 原 子 半 径 略 增 加
5~6
周 期 基 本 接 近
¾ /pm °¶ ×ë Ô Ó ­
Au(▲-▲)
过渡元素的氧化态
(2 )易配合 在浓HCl中生成H2[TiCl6]
TiCl4+2HCl=H2[TiCl6] 加NH4+生成黄色沉淀
用锌处理四氯化钛的盐酸溶液，可得紫色的三氯化 钛TiCl3 . (3)与碱反应 Ti(OH)4↓
(白色)
TiCl4+4NaOH=H4TiO4↓+4NaCl (如何解释)
3、Ti2(SO4)3：三价钛(紫色)的还原性比(Sn2+)稍强 Ti2(SO4)3+Fe2(SO4)3===2Ti(SO4)2+2FeSO4 4、钛酸钡：是最重要的电陶瓷材料（做电容器） 如果将钡离子与四价钛共沉淀为草酸盐或酒石酸盐，然 后煅烧可以制备高纯度的钛酸钡BaTiO3
元 素 Sc +3 氧化态 Ti +2 +3 +4 V +2 +3 +4 +5 Cr +2 +3 Mn +2 +3 +4 Fe +2 +3 Co +2 +3 +4 Ni +2 +3 +4
+6
+6 +7
+6
(划横线表示常见氧化态)
左 Fe +2、+3 Ru +4 Os +4、+6、+8
氧化态先升高后降低 右 上 同族 高氧 化态 趋向 稳定 下
5、钛的配合物：
四价钛离子具有较高的正电荷和较小的离子半径，极 化力强。水溶液中不存在简单的水合离子。 在四价钛的溶液中加入双氧水：强酸性-显红色，
稀酸或中性-显橙黄色，用于比色分析。
钒分族(了解)
一、存在 钒的主要矿物有：绿硫钒矿VS2或V2S5，钒铅矿 Pb5[VO4]3Cl等。 Nb和Ta因性质相似，在自然界中共生，矿物为 Fe[(Nb,Ta)O3]2如果Nb的含量多就称铌铁矿，反之为 钽铁矿。 二、单质的性质和用途 电子构型为(n-1)d3ns2价态有+V、+IV、+III、+II, V、Nb、Ta以+V价最稳定，V的+IV价也较稳定。 它们的单质容易呈钝态、都溶于硝酸和氢氟酸的 混合酸中，钽不溶于王水。
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。
TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O
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。
金属离子中有未成对d电子
对应化合物就一定有颜色
如: [Ti(H2O)6]3+ 紫色 d电子数?
[Fe(H2O)6]2+
[Ti(H2O)6]4+
浅绿
无色
d电子数?
为什么 ?
过渡元素水合离子大多有颜色
由于含有 d 电子且轨道未充满 ; d 电子可吸收可 见光发生电子跃迁使其显示出互补色.
Ti
Zr
Hf____ⅣB
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。
2、钒酸盐和多钒酸盐 偏钒酸盐MIVO3、正钒酸盐M3IVO4、焦钒酸盐 M4IV2O7和多钒酸盐M3IV3O9、M6IV10O28等。 VO43-+2H+2HVO42-V2O74-+H2O(pH≥13) 2V2O74-+6H+2V3O93-+3H2O(pH≥8.4) 10V3O93-+12H+3V10O286-+6H2O(8>pH>3) 若酸度再增大，则缩合度不变，而是获得质子。 V10O286-+H+HV10O285若pH<1时则变为淡黄色的VO2+。 在钒酸盐的溶液中加过氧化氢,若溶液是弱碱性、 中性或弱酸性时得黄色的二过氧钒酸离子, [VO2(O2)2]3-,

用途:(1) 保护和装饰性镀膜 (2) 制不锈钢材料(含12%铬的钢)
3.铬单质的性质:
1) 2Cr+3Cl2=2CrCl3
4Cr+3O2=2Cr2O3
反应说明了什么?
2)Cr+2HCl=CrCl2+H2 ↑ (为什么先兰后绿)
3)2Cr+6H2SO4(浓)=Cr2(SO4)3+3SO2+6H2O Cr3 + 为绿色
3、制备： FeCr2O4 + 4C ==Fe + 2Cr + 4CO 这种方法制得的是铬铁，产物用于制造特种合金钢。 钢铁工业要求较高的铬/铁比（>2 . 5），耐火材料要求 Al2O3和Cr2O3的总量大于60%。
Cr2O3 + 3C ==2Cr + 3CO Cr2O3 + 2Al == 2Cr + Al 2O3（铝热法） 此外，电解铬明矾或电解三氧化铬，用途不同 方法不同。
三、铬的化合物 +3 +6 1、Cr（+3）的化合物 (1)Cr2O3和Cr(OH)3 (NH4)2Cr2O7===Cr2O3+N2↑+H2O Na2Cr2O7 +C== Cr2O3+ Na2 CO3 +CO2 Cr2O3具有两性: Cr(OH)3也有两性 Cr2O3+3H2SO4==Cr2(SO4)3(绿色)+3H2O Cr2O3+2NaOH =2NaCrO2+H2O(亚铬酸钠) CrO2-在碱性条件下有强还原性 CrO4 2- +2H2O = CrO2- +4OH- -0.13V Cr3++3OH-=Cr(OH)3↓
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 (1)易水解（在空气中发白烟）为偏钛酸 H2TiO3↓及HCl↑（烟雾弹） TiCl4+H2O= TiOCl2 +2HCl
TiCl4+3H2O= H2TiO3 +4HCl↑
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只可 得海棉钛.再经熔融制得钛锭。 TiCl4+2Mg===2MgCl2+Ti
+ V(OH)4
1.0 VO + 0.34 V3 + -0.26 V2 + -1.18 V 2 Nb2O5 0.05 Nb3 + -1.1 Nb Ta2O5 -0.75 Ta
三、钒的化合物 V(+5)具有较大的电荷半径比，所以在水溶液中不 存在简单的V5+离子，而是以钒氧基(VO2+、VO3+)或钒 酸根(VO3-,VO43-)等形式存在。同样，氧化态为+IV的 钒在水溶液中以VO2+离子形式存在。 颜色:V 2+紫色, V 3+绿色, VO 2+蓝色, VO2+淡黄色, VO43-无色, V5O14 3-红棕色, V10O28 6-橙红色 1、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