无机化学课件--过渡元素
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浓HCl中生成H2[TiCl6]
钛
2、钛（+3价）化合物 Ti2(SO4)3：三价钛的还原性比(Sn2+)稍强
Ti2(SO4)3+Fe2(SO4)3===2Ti(SO4)2+2FeSO4
３、二价钛具有更强的还原性。
钒
一、概述 １、存在和发现 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、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。
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)
1000 ℃ ~1300℃ Na2CrO4(s)
H2O
Na2CO3 (s)
①
Fe2O3 (s)
浸取
Na2CrO4 (aq)
H2SO4 Na2Cr2O7
酸化
(aq)
②
③
Al
Cr2O3 ④ Cr
第22章
过渡金属(Ⅰ)
§22.1
§22.2
§22.3 §族22.4 族
引言 钛钒 铬副 锰副
22.1 引 言
什么是过渡元素？在周期表中的位置？分类？
具有部分充填d 或f 壳层电子的元素
§22.2 钛和钒
§22.2.1 钛及其化合物
钛的主要矿物是什么？ 从钛铁矿制取钛白的反应原理？ Ti3+的还原性？如Ti3+与Fe3+、Cu2+的反应？ TiCl4的水解性？ TiO2+离子与H2O2的反应？
① 4Fe(CrO 2 ) 2 + 8Na 2CO 3 + 7O 2 2Fe 2O 3 + 8Na 2CrO 4 + 8CO 2
② 2Na 2CrO 4 + H 2SO 4
Na 2Cr 2O 7 +Na 2SO 4+H 2O
③ Na 2Cr 2O 7 + 2C ④ 2Al + Cr 2O 3
Cr 2O 3 + Na 2CO 3 + CO
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。
钒
2、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。
V(OH)4+ 1.0 VO2+ 0.34 V3+ -0.26 V2+ -1.18 V Nb2O5 0.05 Nb3 + -1.1 Nb Ta2O5 -0.75 Ta
2Cr + Al 2O 3
单质
3.单质的物理性质 价电子数多，均可参与成键，金属键强
TiCl4+2Mg===2MgCl2+Ti
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
钛
3、加热煮沸Ti(SO4)2和TiOSO4 Ti(SO4)2+H2O===TiOSO4+H2SO4 Tiຫໍສະໝຸດ BaiduSO4+H2O===H2TiO3↓+H2SO4
4、分离煅烧 H2TiO3===TiO2+H2O
5、碳氯法 TiO2+2C+2Cl21=0=00=-=11=0=0KTiCl4+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。
同多酸和杂多酸及其盐
22.3.1 铬、钼、钨的
铬单分质族(VIB)： Cr
Mo
价W层电子构型：3d 54s1 氧化态：+3、+6
4d 55s1 +5、+6
5d +5、
1. 存在：
铬：铬铁矿 钼：辉钼矿 钨：黑钨矿
Fe(CrO 2 )2 或FeO Cr2O3
MoS2
(FeI , MnII)WO4 白钨矿 CaWO4
V10O286-+H+HV10O285若pH=1时则变为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,
3-
§22.3 铬副族 多酸和多酸 盐
22.3.1 22.3.2 22.3.3
铬、钼、钨的单质 铬的化合物 水溶液中离子及其反应
*22.3.4 钼、钨的化合 *物22.3.5 多酸型配合物
2NH4VO3====V2O5+2NH3+H2O V2O5+NaOH===Na3VO4+3H2O V2O5+6HCl===2VOCl2+Cl2+H2O VO2++Fe2++H+===VO2++Fe3++H2O 2VO2++C2O42-+4H+===2VO2++2CO2+2H2O
钒
2、钒酸盐和多钒酸盐
V
钛
一、概述 １、存在与发现 1791年，W.Gregor和1795年，M.H.Klaproth仅得 到二氧化钛；1910年, M.A.Hunter制得钛。 ２、丰度与分布 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， CaTiO3。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。 ３、提炼和用途 钛抗腐蚀性强、密度小、亲生物及有记忆性的金 属，用于化工、海上设备，医疗、卫星等。锆和铪的 性质极相似,硬度较大、导电不良、外表类似不锈钢。
钒
二、钒的重要化合物
V(+V)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。
1、五氧化二钒
V2O5：为两性偏酸性的氧化物，是一种重要的 催化剂。
钛
2、钛（+3价）化合物 Ti2(SO4)3：三价钛的还原性比(Sn2+)稍强
Ti2(SO4)3+Fe2(SO4)3===2Ti(SO4)2+2FeSO4
３、二价钛具有更强的还原性。
钒
一、概述 １、存在和发现 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、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。
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)
1000 ℃ ~1300℃ Na2CrO4(s)
H2O
Na2CO3 (s)
①
Fe2O3 (s)
浸取
Na2CrO4 (aq)
H2SO4 Na2Cr2O7
酸化
(aq)
②
③
Al
Cr2O3 ④ Cr
第22章
过渡金属(Ⅰ)
§22.1
§22.2
§22.3 §族22.4 族
引言 钛钒 铬副 锰副
22.1 引 言
什么是过渡元素？在周期表中的位置？分类？
具有部分充填d 或f 壳层电子的元素
§22.2 钛和钒
§22.2.1 钛及其化合物
钛的主要矿物是什么？ 从钛铁矿制取钛白的反应原理？ Ti3+的还原性？如Ti3+与Fe3+、Cu2+的反应？ TiCl4的水解性？ TiO2+离子与H2O2的反应？
① 4Fe(CrO 2 ) 2 + 8Na 2CO 3 + 7O 2 2Fe 2O 3 + 8Na 2CrO 4 + 8CO 2
② 2Na 2CrO 4 + H 2SO 4
Na 2Cr 2O 7 +Na 2SO 4+H 2O
③ Na 2Cr 2O 7 + 2C ④ 2Al + Cr 2O 3
Cr 2O 3 + Na 2CO 3 + CO
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。
钒
2、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。
V(OH)4+ 1.0 VO2+ 0.34 V3+ -0.26 V2+ -1.18 V Nb2O5 0.05 Nb3 + -1.1 Nb Ta2O5 -0.75 Ta
2Cr + Al 2O 3
单质
3.单质的物理性质 价电子数多，均可参与成键，金属键强
TiCl4+2Mg===2MgCl2+Ti
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
钛
3、加热煮沸Ti(SO4)2和TiOSO4 Ti(SO4)2+H2O===TiOSO4+H2SO4 Tiຫໍສະໝຸດ BaiduSO4+H2O===H2TiO3↓+H2SO4
4、分离煅烧 H2TiO3===TiO2+H2O
5、碳氯法 TiO2+2C+2Cl21=0=00=-=11=0=0KTiCl4+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。
同多酸和杂多酸及其盐
22.3.1 铬、钼、钨的
铬单分质族(VIB)： Cr
Mo
价W层电子构型：3d 54s1 氧化态：+3、+6
4d 55s1 +5、+6
5d +5、
1. 存在：
铬：铬铁矿 钼：辉钼矿 钨：黑钨矿
Fe(CrO 2 )2 或FeO Cr2O3
MoS2
(FeI , MnII)WO4 白钨矿 CaWO4
V10O286-+H+HV10O285若pH=1时则变为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,
3-
§22.3 铬副族 多酸和多酸 盐
22.3.1 22.3.2 22.3.3
铬、钼、钨的单质 铬的化合物 水溶液中离子及其反应
*22.3.4 钼、钨的化合 *物22.3.5 多酸型配合物
2NH4VO3====V2O5+2NH3+H2O V2O5+NaOH===Na3VO4+3H2O V2O5+6HCl===2VOCl2+Cl2+H2O VO2++Fe2++H+===VO2++Fe3++H2O 2VO2++C2O42-+4H+===2VO2++2CO2+2H2O
钒
2、钒酸盐和多钒酸盐
V
钛
一、概述 １、存在与发现 1791年，W.Gregor和1795年，M.H.Klaproth仅得 到二氧化钛；1910年, M.A.Hunter制得钛。 ２、丰度与分布 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， CaTiO3。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。 ３、提炼和用途 钛抗腐蚀性强、密度小、亲生物及有记忆性的金 属，用于化工、海上设备，医疗、卫星等。锆和铪的 性质极相似,硬度较大、导电不良、外表类似不锈钢。
钒
二、钒的重要化合物
V(+V)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。
1、五氧化二钒
V2O5：为两性偏酸性的氧化物，是一种重要的 催化剂。