过渡金属元素介绍

3、制备： 、制备：
Mo＋ MoO3＋2Al== Mo＋Al2O3 (△) 4FeWO4＋4Na2CO3＋O2==4Na2WO4＋2Fe2O3＋4CO2 6MnWO4＋6Na2CO3＋O2==6Na2WO4＋2Mn3O4＋6CO2 Na2WO3＋2HCl==H2WO4↓＋2NaCl H2WO3 == WO3＋H2O↑ (△) ==M＋ W） MO3＋3H2==M＋3H2O （△）（M＝Mo, W）
本章介绍重点： 本章介绍重点：
d区过渡元素中的Ti、V、Cr、 Ti、 Cr、
Mn、Mo、W，其它元素的性质 Mn、Mo、 掌握。 应与本族元素对比掌握。
第一过 渡系
第二过 渡系 第三过 渡系
ⅣB
Ti
Zr Hf
一、单质的性质和用途
1、Ti的物理性质 、 的物理性质
主要矿物有 金红石 (TiO2)、钛铁 、(FeTiO3)， 矿 制法 丰度为0.45% 0.45%。 丰度为0.45%。
3、 Ti（Ⅳ）配合物 Ti（
Ti 4+离子具有较高的正电荷和较小的半径， 离子具有较高的正电荷和较小的半径， 易形成配合物。 易形成配合物。
思考： 思考： 为什么Ti 4+所形 成的配合物都没 则可形成有色的配合物， 在Ti(Ⅳ）与H2O2则可形成有色的配合物， Ⅳ 有颜色？？ 有颜色？？
强酸溶液中显红色稀酸或中性溶液显橙 色配合物[TiO(H2O2)]2+: 色配合物 TiO2+ + H2O2 == [TiO(H2O2)]2+ 可利用此反应测定钛。 可利用此反应测定钛。
二、单质的性质和用途
钒族元素单质的化学性质较活泼，常温下呈钝化态， 钒族元素单质的化学性质较活泼，常温下呈钝化态， 不与H ，空气，苛性碱及非氧化性的酸作用 的酸作用。 不与 2O，空气，苛性碱及非氧化性的酸作用。但可 以溶于HF酸 浓的H 硝酸和 以溶于 酸、浓的 2SO4、硝酸和水中，在高温下 可与一些非金属反应。 可与一些非金属反应。 钒的主要用途在于冶炼特种钢， 钒的主要用途在于冶炼特种钢，钒钢具有很大的强 度、弹性以及优良的抗磨和抗冲击的性能，用于制 弹性以及优良的抗磨和抗冲击的性能， 造结构钢、弹簧钢、装甲钢和钢轨等， 造结构钢、弹簧钢、装甲钢和钢轨等，是汽车和飞 机的优良原料钢。 机的优良原料钢。
钛白不溶于水，溶于氢氟酸，浓硫酸等： 钛白不溶于水，溶于氢氟酸，浓硫酸等： 6HF＝ TiO2＋6HF＝H2[TiF6]＋2H2O TiO2＋2H2SO4＝Ti(SO4)2＋2H2O
新制备的α型钛酸，它溶于酸和碱而具有两性。 新制备的α型钛酸，它溶于酸和碱而具有两性。
TiO2·H2O+2NaOH=Na2TiO3.2H2O H
Ti的密度 的密度4.54g.cm-3，强度高，耐高温，硬度 强度高，耐高温， 的密度 和钢差不多，易形成致密的保护膜； 和钢差不多，易形成致密的保护膜；易形成合 是亲生物金属。 金；是亲生物金属。
2、化学性质
不与水、空气、稀酸等反应。 不与水、空气、稀酸等反应。钛能与热浓盐酸或热 硝酸中， Zr和Hf则不溶 它们最好溶剂是氢氟酸。 则不溶， 硝酸中，但Zr和Hf则不溶，它们最好溶剂是氢氟酸。
四、铌和Ta的化合物 铌和 的化合物
一样， 半径， 与Zr、Hf一样，Nb 、Ta半径，性质非常 、 一样 半径 相似。 氧化态的化合物最稳定。 相似。Nb 、Ta+5氧化态的化合物最稳定。 氧化态的化合物最稳定 NbCl5＋1/2O2==NbOCl3＋Cl2 2NbOCl3＋(n+3)H2O==Nb2O5.nH2O＋6HCl 想一想： 想一想：K2NbF7、K2TaF7它们是 用什么性质来分离的？ 用什么性质来分离的？
思考： 思考： (SO ) +Cr (SO ) +K SO +7H O 3Fe2 4 3 2 4 3 2 4 2 在分析化学中 2K2Cr2O7+3C2H5OH+8H2SO4 = Cr2O72-可用 3CH3COOH+2Cr2(SO4)3+2K2SO4+11H2O 来检测什么含 量？
但β钛酸不溶于酸和碱。 钛酸不溶于酸和碱。
TiO2＋BaCO3＝BaTiO3＋CO2 ↑
2、四氯化钛（TiCl4） 四氯化钛（
是分子晶体，无色液体，极易水解。 TiCl4是分子晶体，无色液体，极易水解。
TiCl4＋3H2O＝H2TiO3↓＋4HCl 发生部分水解： 发生部分水解： TiCl4＋H2O＝TiOCl2↓＋2HCl 2TiCl4＋H2＝2TiCl3＋2HCl Zn＝ 2TiCl4＋Zn＝2TiCl3＋ZnCl2 易被还 原剂还 原。
V2O5＋2NaOH ==2NaVO3＋H2O V2O5＋H2SO4＝(VO2)2SO4＋H2O V2O5＋6HCl浓==2VOCl2＋Cl2＋3H2O
思考： 思考： VO43的结构 是怎样 的？
2、钒酸盐和多钒酸盐 、
钒酸盐： 钒酸盐：偏钒酸盐 正钒酸盐 多钒酸盐：焦钒酸盐 多钒酸盐：
3VO4
W是黑钨矿[(Fe,Mn)WO4]和白钨矿（CaWO4）， 是黑钨矿[(Fe,Mn)WO 和白钨矿（ 丰度为0.000155% 0.000155%。 丰度为0.000155%。
2、性质 、
铬分族较活泼， 铬分族较活泼，但由于钝化现象常温下不 与空气水、酸等作用。 与空气水、酸等作用。 铬分族的物理性质见P 20铬分族的物理性质见P953表20-7，显著特征是 沸点高，其中W的弱点是金属中最大的Cr 熔、沸点高，其中W的弱点是金属中最大的Cr 是硬度最大的金属。 是硬度最大的金属。 想一想： 想一想： 为什么W、 可溶解在浓的 可溶解在浓的H 为什么 、Mo可溶解在浓的 3PO4或 HNO3-HF中？写出它们反应的方程式。 中 写出它们反应的方程式。
4-2
铬的重要化合物
一、铬(Ⅵ)化合物 (Ⅵ)化合物 1、 CrO42-、Cr2O72-在水溶液中的转化
H+ 2CrO42- + 2H+ (黄色 黄色) 黄色 OHCr2O72- + H2O (橙红色 橙红色) 橙红色
2、 CrO42-盐的溶解性
盐均溶， 碱金属的CrO42-盐均溶，碱土金属的 CrO42-盐随原子序数的增大而减小。 盐随原子序数的增大而减小。
Ti+6HF =[TiF6]2- + 2H+ + 2H2↑
2Ti＋6HCl＝2TiCl3＋3H2↑ ＋ ＝
加热时可与S、 等反应， 加热时可与 、N2、O2、X2等反应， 甚至与C反应 反应： 甚至与 反应：
Ti＋C＝TiC（2000 C） ＋ ＝ （ ）
。
3、制取： 制取：
①、FeTiO3+2H2SO4＝TOSO4+FeSO4+2H2O 或FeTiO3+3H2SO4＝Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O
1.0 黄
H+ →
H+反极化 2.0~1.0 作用 红棕
+ →
VO43-
H+ →
多钒酸盐， 且聚合度↑ 多钒酸盐， 且聚合度↑ H V2O5↓
VO2+
强碱性溶液 无 V5+ , 也无 V(H2O)x5+ !
二氧基钒阳离Biblioteka Baidu 强酸性溶液
[VO2(O2)2]3-＋6H+==[V(O2)]3+＋H2O2＋ 2H2O 在分析化学中 可用于鉴定。 可用于鉴定。 在酸性介质中VO 是一个强氧化剂： 在酸性介质中VO2+是一个强氧化剂： VO2+＋Fe2+＋2H+==VO2+＋Fe3+＋H2O 2VO2+＋H2C2O4＋2H+==2VO2+＋2CO2↑＋2H2O 该法可用于氧化还 原容量法测定钒。 原容量法测定钒。
三、钒的化合物
V 的价电子构型为：4s23d3，主要化合价 的价电子构型为： +2、+3、+4、+5最常见的是 ，存在形 最常见的是+5， 、 、 、 最常见的是 式VO2+ 、 VO43-
1、钒的氧化物
黑色） 黑色） 深兰色） 深红色） VO（黑色）、V2O3（黑色）、VO2（深兰色）、V2O5（深红色）
碱性
两性
两性偏酸
V2O5制备
①、2NH4VO3==V2O5＋2NH3↑＋H2O↑ （△） ②、V2O5＋2NaCl ＋1/2O2==2NaVO3＋Cl2（△） NaVO3 H+ V2O5 .H2O △ V2O5
③、2VOCl3＋3H2O==V2O5＋6HCl
性 质
砖红色，无臭，无味，有毒，针状晶体， 砖红色，无臭，无味，有毒，针状晶体， 微溶于水，两性片酸性氧化物，易溶于碱。 微溶于水，两性片酸性氧化物，易溶于碱。
→
H+
4V2O7
→
H+
3V3O9
6→ V 10O28
H+
pH 颜色 pH 颜色
要求记忆： 要求记忆：
＞13.0 无
H+ →
13.0~8.4 无
H+ →
8.4~8.0 黄
8.0~3.0 红棕
H+ →
[H2V10O28]43.0~2.0 红棕
V2O5 (s)
VO2+（aq）
有哪些难溶的盐？ 有哪些难溶的盐？它们的 想一想 颜色又是怎样的？ 颜色又是怎样的？ 3、 Cr2O72 -的氧化性 、
Cr2O7 2-+3SO32-+8H+=2Cr 3++3SO4 2- +4H2O
1.33 V
EA0
Cr2O72- ————Cr3+
-0.13 V
EB0 CrO42-———Cr(OH)3 K2Cr2O7+6FeSO4+7H2SO4 =
浸取液水解 制H2TiO3
过滤灼烧 制TiO2 氯化制 TiCl4
流 程图
金属钛
金属还原
二、钛的化合物
俗称钛白) 1、TiO2(俗称钛白)
思考： 思考： 试比较钛白、 试比较钛白、锌 白、铅白它们各 自的优缺点？ 自的优缺点？
制 取
想一想
a、TiCl4＋O2＝TiO2＋Cl2 b、参见Ti的制备 参见Ti的制备 Ti 用何种方法来检验溶液 中的Ti（ 的含量？ 中的 （Ⅳ）的含量？
因此： 溶液很容易被空气和水氧化。 因此：Ti3+溶液很容易被空气和水氧化。
锆和Hf的化合物 四、锆和Hf的化合物
Zr和Hf在化合物总主要显+4价 Zr和Hf在化合物总主要显+4价，属d0构 在化合物总主要显+4 所以它们的盐几乎都是无色的。 型，所以它们的盐几乎都是无色的。 Zr和Hf原子离子半径很接近，性质相似， Zr和Hf原子离子半径很接近，性质相似， 原子离子半径很接近 难分离。 难分离。 思考： 思考： 有什么方法来 分离它们？ 分离它们？根 据什么性质？ 据什么性质？
ⅤB
V Nb Ta
一、存在和发现
V、Nb、Ta的元素主要存在于其矿物中如 、 、 的元素主要存在于其矿物中如 铁矿中， 它们的半径是相近的， 铁矿中， Nb、Ta它们的半径是相近的，在 、 它们的半径是相近的 自然界总是共生的。 自然界总是共生的。
V主要矿物有绿硫钒矿[VS2或V2S5]、 主要矿物有绿硫钒矿[VS 铅钒矿[Pb Cl等等 等等。 铅钒矿[Pb5(VO4)3Cl等等。存在丰 度为0.0015% 度为0.0015% Nb主要矿物是铌铁矿[Fe(NbO Nb主要矿物是铌铁矿[Fe(NbO3) 2] ， 主要矿物是铌铁矿 存在丰度为0.0024% Ta主要矿物 0.0024%。 存在丰度为0.0024%。Ta主要矿物 是钽铁矿[Fe(TaO 是钽铁矿[Fe(TaO3)2]，存在丰度为 2.0× 2.0×10-4%。
②、TiOSO4＋2H2O＝H2TiO3↓＋H2SO4
或Ti(SO4)2＋H2O＝TiOSO4＋H2SO4
煅烧） ③、H2TiO3==TiO2＋H2O（煅烧） 2C＋ ④、TiO2＋2C＋2Cl2==TiCl4＋CO↑（△）
⑤、TiCl4＋2Mg＝2MgCl2＋Ti （△） ＝
浓硫酸浸 取钛矿粉 还原除铁
注意： 注意： 在溶液中不存在简单 的Ti(H2O)64+，只存 在[Ti(OH)2(H2O)4]2-可简写 为[TiO(H2O)5]2+称为钛酰离子。 称为钛酰离子。
4、Ti（Ⅲ）的化合物 Ti（
TiO2+＋2H+＋e==Ti3+＋H2O
Ｅ°＝0.1V Ti2(SO4)3+Fe2(SO4)3=2Ti(SO4)2+2FeSO4
ⅥB 铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W) (Cr)、 (Mo)、 一、存在、性质和制备 存在、
1、存在 、
Cr主要矿物是铬铁矿(FeCr2O4)，丰度为0.01%。 主要矿物是铬铁矿( 丰度为0.01% 0.01%。 主要矿物是铬铁矿
Mo主要矿物是辉钼矿(Mos2)。丰度为0.00015%。 主要矿物是辉钼矿( 丰度为0.00015% 0.00015%。