高考化学二轮复习第20讲-重要的过渡金属元素及其化合物(学案)

第20讲－适度拓展：重要的过渡元素及其化合物一、考向分析1.与氧化还原反应联系(1)陌生氧化还原反应方程式书写①根据氧化还原反应规律确定产物②结合溶液环境，利用氧化还原反应配平的方法进行配平(2)电子转移数目有关的计算(3)指定产物的确定①氧化产物、还原产物的分析与判断；②电极反应产物的分析与判断2.复杂离子有关问题(1)过渡金属与氧形成的氧基离子：如TiO2＋、VO2＋、VO2＋、ZrO2＋等。

(2)过渡元素形成的络合离子：如Cu(NH3)42＋、Zn(OH)42－、PtCl62－、[Fe(CN)6]3－等。

(3)多酸根离子：如Cr2O72－、Cr3O102－、H3V2O7－、Mo7O246－、W7O246－等。

3.氧化物对应水化物的电离问题(1)沉淀的形成与K sp有关计算问题：①离子开始沉淀、完全沉淀的pH，②除杂控制pH范围等。

(2)氧化物、氢氧化物的两性问题：①两性氧化物如：V2O5、Cr2O3等，②两性氢氧化物如：Ti(OH)4、Nb(OH)5等。

(3)分步电离的复杂离子问题4.考查形式(1)选择题(2)填空题(3)化工流程题二、知识梳理过渡元素包括：ⅢB~ⅦB、Ⅷ、ⅠB和ⅡB的所有元素，又称过渡金属；也就是d区、f区和ds区的元素，而d区则是更典型的过渡元素。

第四周期过渡元素被称为第一过渡系元素，也叫轻过渡系元素；第五、六周期过渡元素被称为第二、第三过渡系元素，也叫重过渡系元素。

轻过渡系元素一般化学性质较活泼，而重过渡系元素一般化学性质较稳定，因为受到镧系收缩、锕系收缩的影响同一副族从上到下金属性逐渐减弱。

轻过渡系元素一般低价态化合物稳定性更高；重过渡系元素一般高价态化合物的稳定性更高。

第三过渡系金属的化学性质更稳定，反应难度大，化合物种类少，考查几率较小。

在高中化学教材中介绍了Fe 、Cu 的单质及其化合物的； Zn 、Hg 、Ag 的部分性质也有所涉猎；而Mn 、Cr 、Ti 、V 、Ni 等的部分化合物也有呈现。

在此只是简要介绍一下高中课本出现过的Mn 、Cr 、Ti 、V 、Ni 等的单质及部分化合物的性质。

Mn 元素：2KMnO 4===△K 2MnO 4＋MnO 2＋O 2↑MnO 2＋4HCl(浓)===△MnCl 2＋Cl 2↑＋2H 2OZn ＋2MnO 2＋2H 2O =====放电Zn(OH)2＋2MnOOH(碱性锌锰干电池)2KClO 3======MnO 2△2KCl ＋3O 2↑ 2H 2O 2======MnO 2△2H 2O ＋O 2↑ 补充：2KMnO 4＋16 HCl(浓)===2KCl+MnCl 2+5Cl 2↑+8H 2O2Mn 2＋＋5PbO 2＋4H ＋===2MnO 4－＋2H 2O ＋5Pb 2＋3MnO 42－+2H 2O ===2MnO 4－+MnO 2+4OH -2MnO 4－＋3Mn 2＋＋2H 2O ===5MnO 2↓＋4H ＋Mn+2H +===Mn 2++H 2↑2MnO 2＋2H 2SO 4(浓)===2MnSO 4＋2H 2O ＋O 2↑Cr 元素：2CrO 42－+2H ＋Cr 2O 72－＋H 2O 2K 2Cr 2O 7＋8H 2SO 4＋3H 3CH 2OH==3CH 3COOH ＋2Cr 2(SO 4)3＋11H 2O ＋2K 2SO 4补充：FeCr 2O 4(铬铁矿)＋4C=====高温Fe ＋2Cr ＋4COCr ＋2HCl==CrCl 2＋H 22Cr ＋6H 2SO 4(浓)===△Cr 2(SO 4)3＋3SO 2＋6H 2O （常温下“钝化”）Cr 2O 3＋3H 2SO 4==Cr 2(SO 4)3＋3H 2OCr 2O 3＋2NaOH==2NaCrO 2＋H 2O4Fe(CrO 2)2＋8Na 2CO 3＋7O 2==2Fe 2O 3＋8Na 2CrO 4＋8CO 2K 2Cr 2O 7＋H 2SO 4(浓)==K 2SO 4＋2CrO 3↓＋H 2OTi 元素：TiCl 4＋4Na =====熔融Ti ＋4NaCl 补充：TiCl 4＋3H 2O==H 2TiO 3↓＋4HCl(水解)TiOSO 4＋2H 2O ===△H 2TiO 3↓＋H 2SO 4H 2TiO 3===△H 2O ＋TiO 2TiCl 4＋2Mg==============1220K -1420K Ti ＋2MgCl 22FeTiO 3(s)＋7Cl 2(g)＋6C(s)====1173K 2TiCl 4(l)＋2FeCl 3(s)＋6CO(g)V 元素：2SO 2＋O 2催化剂 △2SO 3（催化剂：V 2O 5）补充：3V 2O 5＋10Al=====高温6V ＋5Al 2O 32NH 4VO 3=====高温V 2O 5＋2NH 3↑＋2H 2OV 2O 5＋6NaOH==2Na 3VO 4＋3H 2OV 2O 5＋6HCl==2VOCl 2＋Cl 2↑＋3H 2ONi 元素：CH 2=CH 2＋H 2――→Ni△CH 3CH 3 补充：NiO ＋2H ＋==Ni 2＋＋H 2O2Ni ＋2H 2SO 4＋2HNO 3==2NiSO 4＋NO 2＋NO ＋3H 2O(镍单质稳定)Ni 2O 3＋6H ＋＋2Cl －==2Ni 2＋＋Cl 2↑＋3H 2O2NiSO 4＋NaClO ＋4NaOH==2Na 2SO 4＋NaCl ＋2NiO(OH)＋H 2ONiC 2O 4＋3O 2==2Ni 2O 3＋8CO 2由于我们学习了选择性必修——《物质结构与性质》，所以对于轻过渡系金属元素并不陌生，加之它们的性质相对活泼，考查轻过渡系元素的几率也更大。

首先，我们来看几道考查轻过渡系元素及其化合物的例题。

【例1】与氧化还原反应联系(2021年山东卷)实验室中利用固体KMnO 4进行如下实验，下列说法错误的是A ．G 与H 均为氧化产物B ．实验中KMnO 4只作氧化剂C ．Mn 元素至少参与了3个氧化还原反应D ．G 与H 的物质的量之和可能为0.25 mol【答案】BD【解析】本题围绕KMnO 4受热分解及分解后的固体与足量浓盐酸反应为情境展开，情境相对比较简单，以含Mn 化合物的化学性质为载体考查了氧化还原反应的判断、相关概念及简单计算。

KMnO 4受热分解产生K 2MnO 4、MnO 2、O 2，其中O 2为氧化产物。

加热后所得固体除了含有K 2MnO 4、MnO 2外还可能含有剩余的KMnO 4，固体与足量浓HCl 反应最后所得溶液为MnCl 2溶液，说明它们均可与浓HCl 反应，根据化合价变化可知，MnCl 2为还原产物，生成的气体单质H 为Cl 2，为氧化产物。

A 项，由以上分析可知G 为O 2、H 为Cl 2均为氧化产物，A 项正确；B 项，KMnO 4受热分解时，它既是氧化剂又是还原剂，B 项错误；C 项，本题中涉及的反应有：①KMnO 4受热分解；②K 2MnO 4与HCl ；③MnO 2与HCl 。

若KMnO 4过量，则还会有④KMnO 4与HCl 的反应，这4个反应均为氧化还原反应，所以Mn 元素至少参与了3个氧化还原反应，C 项正确；固体气体单质H 4气体单质G 2D项，把整个过程当成一个整体来看，KMnO4和浓HCl是反应物，O2、Cl2为氧化产物，MnCl2为还原产物，K2MnO4和MnO2相当于中间产物。

整个过程中0.1 mol KMnO4做氧化剂得到0.5 mol e－，根据得失电子守恒n(O2)×4＋n(Cl2)×2 = 0.5，所以n(O2)＋n(Cl2)＜0.25 mol，D项错误。

【例2】复杂离子有关问题(2021年辽宁卷)从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如下：已知：pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]在空气中易被氧化。

回答下列问题：(1)Cr元素位于元素周期表第_______周期_______族。

(2)用FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为_______________________。

(3)常温下，各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lg c总(Ⅴ)]与pH关系如图1。

已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(Ⅴ)＝0.01 mol/L，“沉钒”过程控制pH＝3.0，则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为_______(填化学式)。

(4)某温度下，Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2。

“沉铬”过程最佳pH为_______；在该条件下滤液B中c(Cr3＋)＝_______mol/L【K W近似为1×10－14，Cr(OH)3的K sp近似为1×10－30】。

(5)“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为_____________________________。

(6)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为_________________。

【答案】(1)4；VIB (2)FeCl 3＋3H 2O △Fe(OH)3(胶体)＋3HCl (3)H 3V 2O 7－ (4)6.0；1×10－6 (5)Mn 2＋＋H 2O 2＋2OH －＝MnO 2＋2H 2O (6)防止pH 较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中氧气氧化，转化为MnO 2附在Cr(OH)3的表面，使产物不纯【解析】分析本工艺流程图可知，“沉钒”步骤中使用氢氧化铁胶体吸附含有钒的杂质，滤液中主要含有Mn 2＋和Cr 3＋，加入NaOH“沉铬”后，Cr 3＋转化为固体A 为Cr(OH)3沉淀，滤液B 中主要含有MnSO 4，加入Na 2S 2O 3主要时防止pH 较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中氧气氧化，Cr(OH)3煅烧后生成Cr 2O 3，“转化”步骤中的反应离子方程式为：Mn 2＋＋H 2O 2＋2OH －=MnO 2＋2H 2O ，据此分析解题。

(1)Cr 时24号元素，价层电子对排布式为：3d 54s 1，根据最高能层数等于周期序数，价电子数等于族序数，故Cr 元素位于元素周期表第4周期VIB 族，故答案为：4；VIB ；(2)用FeCl 3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为FeCl 3＋3H 2O =====煮沸Fe(OH)3(胶体)＋3HCl ，故答案为：FeCl 3＋3H 2O =====煮沸Fe(OH)3(胶体)＋3HCl ；(3)常温下，各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lg c 总(Ⅴ)]与pH 关系如图1。

已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c 总(Ⅴ)= 0.01 mol/L ，lg c 总(Ⅴ)=－2，从图中可知， “沉钒”过程控制pH=3.0，lg c 总(Ⅴ)=－2时，与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为H 3V 2O 7－，故答案为：H 3V 2O 7－；(4)某温度下，Cr(Ⅴ)、Mn(Ⅴ)的沉淀率与pH 关系如图2，由图中信息可知“沉铬”过程最佳pH 为6.0；则此时溶液中OH －的浓度为：c (OH －)=10－8mol/L ，在该条件下滤液B 中c (Cr 3＋)＝K sp [Cr(OH)3]c 3(OH －)＝1×10－30(10－8)3＝1×10－6 mol/L ，故答案为：6.0；1×10－6； (5)由分析可知，“转化”过程中生成MnO 2的离子方程式为Mn 2＋＋H 2O 2＋2OH －=MnO 2＋2H 2O ，故答案为：Mn 2＋＋H 2O 2＋2OH －=MnO 2＋2H 2O ；(6)由分析可知，“提纯”过程中Na 2S 2O 3的作用为防止pH 较大时，二价锰[Mn(Ⅴ)]被空气中氧气氧化，转化为MnO 2附在Cr(OH)3的表面，使产物不纯，故答案为：防止pH 较大时，二价锰[Mn(Ⅴ)]被空气中氧气氧化，转化为MnO 2附在Cr(OH)3的表面，使产物不纯。