过渡金属元素(I)

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2. 含量:金属元素第七位.(Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、Mn 3. 特性: 最亲生物金属,医学上有独特的应用,用它代替损坏的骨头,
它的密度很小,4.5g/cm3具有强抗腐蚀能力, 是航天金属. 因La系收缩后果Zr与Hf原子半径相似分离困难.
4.Ti的氧化数及元素电势图 5.化学性质 Ti与Al同.虽然活泼,但易产生致密的钝化性的氧化膜.
d4 Cr(H2O)62+ (t2g3eg0)天蓝色 d5 Mn(H2O)62+ (淡淡的粉红色) Fe(H2O)63+(淡淡 的紫色) (t2g3eg2)
d5
Mn(H2O)62+ (淡淡的粉红色)
Fe(H2O)63+(淡的紫色) (t2g3eg2)
d6 Fe(H2O)62+(t2g4eg2) (浅绿色)
4—1 概述 一.价电子结构及氧化数 d区 VIB (n-1) d5ns1 W 5d46s2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Cr: +6
+3
2-
+2
0
CrO4 CrO3 CrO2Cl2
Cr(CO) Cr3+ Cr2+(天兰色) 6 Cr(OH)3 Cr2O3 降低 。
W、Mo高氧化数化合物稳定 活泼性Cr—Mo—W
二. 性质 特性
⑦ 精制钛---碘化分解法
金属氧化物 + C + Cl2 → 无水氯化物 + CO ---------制备无水氯化物的方法 〈4〉TiO2的应用 :高级白色颜料,它兼有铅白Pb(OH)2· 2PbCO3 的掩盖性(即附着力强)和锌白(ZnO)的持久性.
2 . TiO2+——钛酰离子
由于Ti(Ⅳ)的离子半径小,正电荷高.它的离子极化
金红色 钛白它产量标志着一个国家国民经济发展 的程度. 〈1〉金红石是典型的晶体类型.Ti(+iv)的配位数为6, O2-的配位数为3
〈2〉钛白的制备
①钛酰液的制备: FeTiO3 + 2H2SO4
分4步
== TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O
②加入铁回收绿矾
③钛酰液水解: TiOSO4 + 2H2O === TiO2H2O + H2SO4 ④TiO2· 2O受热分解: TiO2H2O = TiO2 + H2O 2H ⑤ 制备TiCl4 ⑥制备海绵钛 TiO2 + 2C + 2Cl2 ==== TiCl4 + 2CO TiCl4 + 2Mg === Ti + 2MgCl2 Ti + 2I2 ==== TiI4 TiI4 === Ti + 2I2
1-2 过渡金属元素的重要特征 1.它们都是金属元素,均具有较强的还原能力 2. 同一种金属元素具有多变的氧化数 Cr +6,+3,+2,0 Mn +7,+6,+4,+3,+2,0. 另外:第四周期第一渡金属元素高氧化数的化合物 具有强氧化性,低氧化性稳定.
第二、三过渡金属高氧化数化合物稳定.
3. 水合离子或含氧酸根离子具有较深的颜 色 前者是d—d轨道跃迁.( La系元素是f—f轨道)跃 迁所致
在较强的极化效应,当这些含氧酸吸收部分可见 〈3〉性质 光后,集中在O一端的电子可向V5+跃迁,即产生 + 2+
所谓的电子跃迁,因此+5氧化数的化合物一般都
①两性偏碱性 V2O5 + 2H == 2VO
+ H2O
V2O5 +6OH- == 2VO43- + 3H2O 有颜色.同样V4+在水溶液中以兰色的VO2+形式存在.
因此在不同pH值下发生不同聚合作用.
注:强酸性溶液中,VO2+(黄色存在) , 强碱性条件下VO43-(近黄色)形式存在, 3- + 4H+ VO2+ + 2H2O 即:VO
4
(1)VO2+与Zn的应
在矾酸盐的酸性溶液中加入Zn粒可观察到溶液
颜色由黄色→兰色→绿色→紫色的变化.
(2)矾酸盐与H2O2的特征反应,
CrO42-(黄色)Cr2O72-(橙红色)Cr(OH)3(灰兰色胶状)
4—2 Cr的重要化合物
+3,+6氧化数 对应的化合物 从前面的Cr的元素电势图可以看出:
酸性溶液中Cr3+是最稳定具有很弱的还原性, Cr2O72-是强氧化剂; 碱性溶液中Cr3+、Cr(OH)4-具有强还原性, CrO42-弱氧化性
三 元素电势图
显然 (1)Cr3+在酸性条件下具有极弱的还原性, 很稳定,在碱性条件下具有强的还原性. (2)Cr2O72-在酸性条件下具有强的氧化能力, 但在碱性条件下,存在形式为CrO42-(黄色) 很弱的氧化性.
2CrO4 +
2-
2H+
Cr2O72- + H2O
K = 1014
四 成键特征
弱酸弱减或中性溶液时
酸盐溶液与H2O2进行转移过氧键的反应 形成黄色的[VO2(O2)2]3-, 在强酸性溶液中得到红棕色的V(O2)2+ (3).矾酸盐在酸性碱性中的存在形式 VO2+ + 2H2O VO43- + 4H+
§9—4 VIB族元素(Cr、Mo、W) (Chromium Subgroup)
d区 (n-1)1—9ns1—2 46 Pd 4d105s0.
共计25种元素外过渡金属元素
内过渡金属元素 f 区 4f1—145d0—16s2
共计30种元素(57—71)
IIIB---VIIIB Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni
第一过渡金属元素
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd 第二过渡金属元素 La Ac Hf Ta W Re Os Ir Pt 第三过渡金属元素 La系(57—71) La Ce Pr Nd Pm Sm Eu (64 4f75d16s2) Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
1. 形成有颜色的含氧化合物
Cr2O3(绿色)CrO3(暗红色)CrO2Cl2(红棕色) 这些颜色变化可用电荷转移跃迁来解释.
2.形成配合物(Cr3+) Cr3+ d3结构 易形成CN = 6的杂化的内轨型, 顺磁性八面体的配合物, 配合物往往具有颜色, 可用d—d轨道跃迁来解释。 Cr(H2O)63+(兰紫色), Cr(NCS)63-(兰紫红色) Cr(NH3)63+(黄色)
后者是电荷跃迁所致.何为电荷跃迁,它是如何形成 的?[问题1](极化效应) 4.过渡金属原子元素或离子易形成配合物 ——这是过 渡金属元素最重要的成键特征.
1-3. 过渡金属元素的离子半径和原子半径.
由于La系收缩现象的产生.使IIIB族中的Sc、Y
与15种La系元素共生一起组成 17种稀土元素
IVB族的Zn与Hf,VB族的Nb与Ta,VIB族的 Mo与W,VIIB族的 Tc与Re,VIIIB族的Ru与Os, Rh与Ir,Pd与Pt.原子半径离子半径相近, 性质相似.分离困难——这就是La系收缩的后果.
一.+3氧化数的化合物 1. Cr3+的结构特点
3d3结构(9—17)e-不规则构型, 离子半径64pm,正电性高,有空的价d轨道 2. Cr2O3制备
加热 (NH4)2Cr2O7 Cr2O3 + N2 + 4H2O
•3. Cr3+的性质 ①. 电离作用:这一点同Al3+、Fe3+ 注:Cr3+ 在酸性, 碱性溶液中均易发生水解 这是二者的区别亦是简单分离的方法之一
第九章 过渡金属元素(I)
§9—1
§9—2 §9—3
过渡金属元素的通性
IVB族元素(Ti Zr Hf)
VB族元素(V、Nb、Ta)
§9—4 VIB族元素(Cr、Mo、W) §9—5 VIIIB族(Mn Tc Re)
§9—1 过渡金属元素的通性
1-1 过渡金属元素在周期表中的位置及价电子层结构
d区 IIIB—VIIIB.过渡金属元素
④较强的配位作用
Cr3+与H2O、X-、 en、NH3、EDTA、en、NCS-、 C2O42-、CN-
结果.
3. V的氧化数及元素电势图.
3—2
V的重要化合物
1. V2O5
〈1〉颜色及状态:V2O5呈橙黄色至深红色 V5+比Ti4+离子具有更多的正电荷和更小的离子半 (冷时橙黄色,热时深红色)的晶体. 径,因而水溶液中如同难以存在简单的Ti4+离子,
(主要以TiO2+形式存在)一样亦难以存在简单的 〈2〉制备:离子,而以VOVO(强酸性条件下)及VO43-2O 2NH4 2+ 3 == V2O5 + 2NH3 + H V5+ (强碱性条件下)等形式存在.由于V—O之间存
主要是Ti与HCl与HF反应
Ti + HCl =TiCl3 + H2 Ti + HF(aq) = TiF62-+ H2
Ti、Sn、Fe etc与HCl反应得不到最高氧化数的氯化物,
但与Cl2反应即使单质过量亦生成其最高氧化数的氯化
物, 为什么?[问题4]
2—3 Ti的重要化合物
1. TiO2 俗名:
作用很大,溶液中不存在Ti(H2O)64+,而是以TiO2+的
形式存在. TiO2+的重要性质是H2O2的反应.(无色)
TiO2+ + H2O2 ==== TiO ( H2O2) 2+ 桔黄色
注意:强酸性溶液pH<1时溶液呈红色.在弱酸性或中性溶液
中呈橙红色.这是由于pH不同值条件下存在形式不同之故.
②较强的氧化剂
V2O5与浓HCl反应放出Cl2(g)
V2O5 + 6HCl(浓) == 2VOCl2 + Cl2 + 3H2O 那些氧化物与浓HCl反应放出Cl2? 2. 矾酸盐及多矾酸盐 VO43-如同ClO4-、SO42-、PO43-一样皆为四面体结构, 因离子中存在较弱的pπ—dπ反馈π配键,
. 1-4 过渡金属元素氧化物及水合物的酸碱性 过渡金属元素除IIIB族外,n ↑,金属的活泼性 ↓,
同一金属氧化物 氧化数↑ 酸性↑,碱性↓ 如.CrO3<CrO3(酸性)MnO<MnO2<Mn2O7 <Mn2O7 同族 n↑.氧化物的酸性↓如:CrO3 >MoO3>WO3对应 水合物的酸碱性变化规律是怎样的呢? 酸性:H2CrO4>H2MoO4>H2WO4 HMnO4>HTcO4>HReO4 酸性:Sc(OH)3<Ti(OH)4<HVO3<H2CrO4<HMnO4 酸性
§9—3 VB族元素(V、Nb、Ta) (Vadanium Subgroup)
3—1 VB族元素概述.
1. 存在、性质、用途——自学.
Ta是最难溶的金属之一, 它难溶解在王水中,可溶解在 HNO3——HF混合酸中. 可用来制造耐酸设备, 代替Pt来制造化学器皿. 2. Nb 与Ta原子半径相近,性质相似,分离困难 ——La系收缩的
Co(H2O)63+(t2g6eg1)(兰色) d7 Co(H2O)62+ 粉红色 (t2g5eg2) d8 Ni(H2O)62+ (t2g6eg2)亮绿色
d9 Cu(H2O)62+ (t2g7eg2)(浅兰色)
如何解释这些颜色?
§9—2 IVB族元素(Ti Zr Hf)
1 .存在 金红石 TiO2 FeTiO3钛铁矿——制备Ti的原料.
Cr硬度最大,W熔沸点最高
重点:Cr与HCl的反应:
Cr + 2HCl == CrCl2 + H2
•可用于除去体系中的微量O2 CrCl2强还原性, Cr与稀HCl酸的反应生成天蓝色溶液, 很快变为绿色溶液. 注:Cr2+的水溶液可以除氧. • Cr如同Al、Fe一样遇H2SO4(浓)HNO3

(浓)产生钝化现象.
3. TiCl4
无色液体,极易水解.(d3s杂化成键的四面体结构)打开塞子即 冒白烟.甚至自动溢出.
TiCl4 + 2H2O == TiO2 + 4HCl
2TiCl4 + Zn == 2TiCl3 + ZnCl2
TiCl3溶于水成紫红色[Ti(H2O)6]Cl3,乙醚中变 [Ti(H2O)5Cl]Cl2 H2O显绿色(两种异构体,水合异构体).
Cr(OH)3 (灰兰色) Al3+ Cr3+ OH-(过量) 加热煮沸 Al(OH)4-
② 酸性溶液中较弱的还原性φθCr2O72-/ Cr3+=1.33V
③ 碱性条件下较强的还原性 φθCrO42-/Cr(OH)4- = -0.13
碱性溶液中Cr(III)可被过氧化氢氧化为铬酸根
2Cr(OH)4- + 3H2O2 +2OH- == 2CrO42- + 8H2O
同 n左→右氧化物的酸性↑碱性↓如酸性V2O5<CrO3
1-5 水合离子及含氧酸根离子的颜色
1. 过渡金属元素的水合离子的颜色. d1 Ti(H2O)63+(t2g1eg0) 紫红色 V(H2O)63+绿色 . d2 V(H2O)62+(t2g2eg0)紫色
d3 Cr(H2O)63+ (t2g3eg0)蓝紫色
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