《復(fù)旦元素化學(xué)課件：第9章 過渡元素》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《復(fù)旦元素化學(xué)課件：第9章 過渡元素（36頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、B鈦 Ti鋯 Zr鉿 Hf(n-1)d2ns2本族特征氧化態(tài)本族特征氧化態(tài) +49.1 鈦分族9.1.1 概述 四川攀枝花釩鈦鐵礦（FeTiO3）探明儲量約15億噸。鈦是未來的鋼鐵：質(zhì)輕，抗腐蝕，硬度大，是宇航、航海、化工設(shè)備等的理想材料。第九章 過渡元素（一） 鈦合金還有記憶功能（ TiNi合金）、超導(dǎo)功能 （NbTi合金）和儲氫功能（TiMn、TiFe等）。鈦能與骨骼肌肉生長在一起，稱為“生物金屬”。TiHFH2TiF6 + H2濃濃HClTiCl3(紫紅紫紅)+H2Cu2+TiO2+CuClTiO2H2SO4TiOSO4NaOHNa2TiO3BaCO3BaTiO3+CO2TiCl4 +
2、H2O =TiO2H2O + HClTiCl4+ Zn =TiCl3 + ZnCl2TiO2+ + H2O2 =桔紅色桔紅色，用來鑒定，用來鑒定TiTiO(H2O2)2+9.1.2 主要性質(zhì) 它屬于簡單四方晶系（a = bc，= 90）。氧原子呈畸變的六方密堆積，鈦原子占據(jù)一半的八面體空隙，而氧原子周圍有3個近于正三角形配位的鈦原子，所以鈦和氧的配位數(shù)分別為6和3。 TiO2是鈦的重要化合物，俗稱鈦白或鈦白粉，由于它在耐化學(xué)腐蝕性，熱穩(wěn)定性、抗紫外線粉化及折射率高等方面所表現(xiàn)的良好性能，因而得到廣泛應(yīng)用。 自然界中TiO2有三種晶型，金紅石型、銳鈦礦型和板鈦礦型，其中最重要的是金紅石型。鈦鐵鈦
3、鐵礦礦濃濃H2SO4FeTiO3+3H2SO4 =TiOSO4+FeSO4+3H2OFeO，F(xiàn)e2O3 + H2SO4 =FeSO4，F(xiàn)e2(SO4)3Fe3+ Fe2+TiO2+ SO42FeFe2+ TiO2+ SO42冷卻冷卻FeSO47H2OTiO2+SO42H2OH2TiO3TiOSO4+2H2O = H2TiO3+H2SO4煅燒煅燒TiO2 H2TiO3 = TiO2+H2O缺點缺點？9.1.3 鈦鐵礦制備TiO2副產(chǎn)物的利用及環(huán)境保護問題。TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C =TiCl4+2COAr MgMgCl2+Ti討論：討論：(1)(1)不加碳不加碳, ,可行否可
4、行否? ? TiO2(s)+2Cl2(g) = TiCl4(l)+O2(2)(2)直接用直接用C C還原可行否？還原可行否？ TiO2+2C = Ti(s)+2CO(g)9.1.4 金紅石制取金屬鈦(氧化法)不加不加C： H=141 kJmol 1 S=39.191 JK1mol1， 在標準態(tài)下的任何溫度反應(yīng)都不能自發(fā)進行。在標準態(tài)下的任何溫度反應(yīng)都不能自發(fā)進行。 加入加入C： H=72.1 kJmol 1 S=220 JK1mol1， 任何溫度均自發(fā)，實際溫度任何溫度均自發(fā)，實際溫度11731273K。 熱力學(xué)是可行的，但溫度高：Ti + C = TiC( (3)3)為什么在為什么在MgMg
5、還原時要在還原時要在ArAr氣氛中？氣氛中？如果在空氣中，高溫Ti、Mg均與空氣中O2、N2作用(4)Ti(4)Ti與與MgMg如何分離如何分離？(5)(5)工業(yè)上從鈦鐵礦制備工業(yè)上從鈦鐵礦制備TiClTiCl4 4中，含有中，含有FeClFeCl3 3、SiClSiCl4 4、 AlClAlCl3 3、VOClVOCl3 3、VOClVOCl2 2副產(chǎn)物，如何分離？副產(chǎn)物，如何分離？ TiCl4 FeCl3 SiCl4 AlCl3 VOCl3 VOCl2b.p/K 409 583 329 453 400 423但TiCl4與VOCl3接近，分餾困難，還原為四價易于分離：2VOCl3 + Cu
6、 = 2VOCl2 + CuCl2真空蒸餾利用沸點差別或加入稀鹽酸Mg溶解用分餾方法分離9.2 釩分族 VB V 釩 3d34s2 Nb 鈮 4d45s1 Ta 鉭 5d36s2釩鋼堅硬，韌性好，抗腐蝕性好V V2 2O O5 5是工業(yè)重要催化劑是工業(yè)重要催化劑V2O5NaOHNa3VO4H2SO4(VO2)2SO4V2O5+6HCl = 2VOCl2+Cl2+H2O離子色彩豐富離子色彩豐富：V2+紫、紫、 V3+綠綠 、VO2+蘭、蘭、 VO2+、 VO3黃黃酸根極易聚合酸根極易聚合：V2O7 4 、V3O9 3 、V10O286 pH下降，聚合度增加，顏色從黃色黃色深紅，深紅，酸度足夠大時
7、為VO2+9.3 鉻分族B鉻 Cr 3d54s1 鉬 Mo 4d55s1鎢 W 5d46s2鉻在自然界存在 FeOCr2O3或FeCrO4鉻鐵礦輝鉬礦MoS2(Fe、Mn)WO4黑鎢礦CaWO4白鎢礦9.3.1 存在 0.13V 1.1V 1.4VEB： CrO42- Cr(OH)3Cr(OH)2Cr 1.2V | CrO2 酸性介質(zhì)氧化性強，堿性介質(zhì)還原性強 1.33V 0.41V 0.91VEa： Cr2O72-Cr3+Cr2+Cr Cr()：Cr2+ Cr()：Cr 3+（酸性介質(zhì)酸性介質(zhì)） CrO2 、Cr(OH)4 （堿性介質(zhì)堿性介質(zhì)） Cr()：Cr2O72 （酸性介質(zhì)酸性介質(zhì)）
8、CrO42 （堿性介質(zhì)堿性介質(zhì)）9.3.2 鉻的氧化態(tài)與形態(tài)變化Cr3+OHCr(OH)3灰藍灰藍OHCrO2Cr(OH)4H+H+Cr2O7氧化劑還原氧化劑CrO42H2O2 OH + H2O 2H+ + 2 H+ 酸酸性性介介質(zhì)質(zhì)Cr3+S2O82Cr2O72 + SO4 2MnO 4+H+Cr2O72 + Mn 2+堿堿性性介介質(zhì)質(zhì)CrO2H2O2CrO42+H2OBr2CrO42+BrAg+Cr2O72+H+IH2SH2SO3Fe2+ClNO2Cr3+ I2 + H2OCr3+ S+ H2OCr3+ + SO42Cr3+ + Fe3+Cr3+ + Cl2Cr3+ + NO3Cr2O72
9、+ C2H5OH Cr3+ + CH3COOH8.3.3 鉻的難溶鹽 Ag+Cr2O72 + Ba2+ Pb2+Ag2CrO4磚紅磚紅BaCrO4黃黃PbCrO4黃黃H+Ag+ + Cr2O728.3.4 Cr(VI)的檢驗 乙醚或戊醇乙醚或戊醇Cr2O72 +4H2O2+2H+ = =2CrO5+5H2O8.3.5 Cr(VI)的綜合治理Cr()SO2或FeSO4Cr()控制pH=6Cr(OH)3Cr2O3鉻綠鉻綠O O | O | Cr | O O9.3.6 同多酸與雜多酸 H3P(Mo12O40) 十二鉬磷酸十二鉬磷酸 12MoO42+3NH4+HPO42+23H+ = (NH4)3P(
10、Mo12O40)6H2O+6H2O7H2MoO4 = H6Mo7O24+4H2O(仲鉬酸仲鉬酸) (NH4)6Mo7O244H2O是一種微量化學(xué)肥料是一種微量化學(xué)肥料同多酸：由兩個或兩個以上簡單含氧酸分子縮水而形成的酸雜多酸：由兩種或兩種以上不同含氧酸分子縮水而形成的酸仲仲鉬鉬酸酸根根P(Mo12O40)3 多酸化學(xué)已有百年的歷史，該領(lǐng)域相當(dāng)活躍，不斷合成出 新的化合物，是無機固體化學(xué)方向之一。 抗腫瘤 ：Mo7O246、XMo6O24z (X=I,Pt,Co,Cr) 具有體內(nèi)抗腫瘤活性且無細胞毒性酸度越大，聚合性度越大酸度越大，聚合性度越大基本結(jié)構(gòu)單元：基本結(jié)構(gòu)單元：MoO6 ,WO6八面體
11、八面體H4Si(W12O40)H5B(W12O40)9.4 錳分族 B 錳 Mn 锝 Tc 錸 Re (n-1)d5ns2 錳最重要礦是軟錳礦；近年來在深海發(fā)現(xiàn)大量的錳礦錳結(jié)核。9.4.1. 概述 所有鋼都含有所有鋼都含有Mn作用：凈化劑 Mn + S = MnS 防止生成防止生成FeS鋼變脆鋼變脆 Mn + O2 = MnO 防止冷卻鋼形成氣泡或沙孔防止冷卻鋼形成氣泡或沙孔 增加鋼的硬度：錳鋼錳鋼(12%15%) Mn是生物生長的微量元素，是人體多種酶的核心成分，是植物光合作用的不可缺少的部分。茶中錳的含量較豐富。9.4.2 錳的元素電勢圖 0.564 0.60 0.20 0.1 1.55E
12、B MnO4MnO42MnO2Mn(OH)3Mn(OH)2Mn1. MnO42(墨綠墨綠)，Mn3+(櫻桃紅櫻桃紅)可以發(fā)生歧化，酸性介質(zhì)中傾向大 反歧化反應(yīng)：3Mn2+ + 2MnO4 = 5MnO2 + 4H+2. EA與EB相差大：酸性介質(zhì)：氧化劑， 堿性介質(zhì)：把低價態(tài)氧化為高價 1.507 0.564 2.26 0.95 1.51 1.19EA MnO4MnO42MnO2Mn3+Mn2+Mn 1.695 1.239.4.3 Mn(II)的反應(yīng) H+Mn 2+ MnO4 氧化劑用MnCl2是否好？不，Cl可被氧化，一般用MnSO4介質(zhì)用什么酸？H2SO4 、 HNO3常用氧化劑：S2O8
13、2 、NaBiO3 、PbO2S2O82 ( NaBiO3, PbO2) + H+ + Mn2+ = MnO4 + SO42(Bi3+,Pb2+)9.4.4 MnO2性質(zhì)及應(yīng)用1. 1.性質(zhì)性質(zhì)MnCl2+Cl2+ 2H2O2Mn2(SO4)3 + 6H2O + O22. 2.用途用途(MnIII可被HCl H2SO4還原為MnII) 383K4MnO2+ 6H2SO4 =2MnO2 + 4KOH + O2 = 2K2MnO4 + 2H2O玻璃中作為脫色劑 ；在錳-鋅干電池中用作去極劑。MnO2 + 4HCl(濃) = 9.4.5 Mn(VII) 的性質(zhì) 2KMnO4 = K2MnO4 + M
14、nO2 + O2 4MnO4 + H+ = 4MnO2+ 3O2+ 2H2O 冷冷2KMnO4+H2SO4(濃濃) = K2SO4+Mn2O7+2H2O 油狀油狀綠色綠色介質(zhì)不同，還原產(chǎn)物不同介質(zhì)不同，還原產(chǎn)物不同MnO4 +C2O42(Fe2+、SO32) H+ Mn2+CO2(Fe3+,SO42) MnO2 + CO2(Fe3+,SO42)H2OOHMnO42 +CO2(Fe3+,SO42)氧化劑，還原劑加入順序不同，產(chǎn)物也不同氧化劑，還原劑加入順序不同，產(chǎn)物也不同（點擊右圖標，觀看動畫點擊右圖標，觀看動畫）MnO2+O2+O39.4.6 由軟錳礦制備KMnO4軟錳礦軟錳礦粉碎粉碎氧化劑氧
15、化劑OH K2MnO4墨綠色墨綠色 2MnO2+4KOH+O2 = 2K2MnO4+2H2O3MnO2+6KOH+KClO3 = 3K2MnO4+KCl+3H2O MnO2+K2CO3+KNO3 = K2MnO4+KNO2+CO2常用的氧化劑有O2、KNO3和KClO3。反應(yīng)介質(zhì)為KOH或K2CO3。CO2或HAc酸化促進歧化反應(yīng)： 3K2MnO4+2CO2 = 2KMnO4+MnO2+2K2CO3電解： 陽極： 2MnO42 2e2MnO4 陰極： 2H2O+2eH2+2OH 總反應(yīng)：2K2MnO4+2H2O = 2KMnO4+2KOH+H2Cl2或NaClO氧化： 2K2MnO4+ Cl2
16、 = 2KMnO4 + 2KCl有三種方法使K2MnO4 轉(zhuǎn)化為KMnO4：9.5 鐵系元素 Fe Co Ni 3d64s2 3d74s2 3d84s2價態(tài)：+2 +3 (+6) +2 +3 (+5) +2 +3 (+4) 鐵、鈷、鎳在+2、+3氧化態(tài)時，半徑較小，又有未充滿的d軌道，使它們有形成配合物的強烈傾向，尤其是Co()形成配合物數(shù)量特別多。許多鐵、鈷、鎳合金是很好的磁性材料。9.5.1 概述9.5.2 氫氧化物OH6Cl2MCl)HCl(62M(OH)Cl2M(OH)OHClO2M(OH)2223322濃M = Co,NiO3HFeCl3HClFe(OH)4Fe(OH)O2HO4Fe
17、(OH)2333222Fe(OH)2 Co(OH)2 Ni(OH)2 還原能力逐漸減弱Fe(OH)3 Co(OH)3 Ni(OH)3 氧化能力逐漸增加9.5.3 鹽類1. 1. 存在存在 Fe2+、Fe3+均穩(wěn)定 FeCl3在蒸氣中雙聚(FeCl3)2 Co3+在固體中存在，在水中還原成Co2+。 Ni3+氧化性很強，難存在；Ni2+穩(wěn)定。2. 2. CoClCoCl2 2 6H6H2 2O + HO + H2 2SiOSiO3 3變色硅膠。變色硅膠。CoCl2 6H2O粉紅色粉紅色CoCl2 2H2O 紫紅紫紅 325KCoCl2藍色藍色393KCoCl2 H2O 藍藍紫紫363K3. Fe
18、3. Fe3+3+的氧化性及水解性的氧化性及水解性Fe3+ +CuSn2+Cu2+ Fe2+Sn4+ + Fe2+Fe(H2O)6 3+(淡紫淡紫)+H2OFe(H2O)5(OH) 2+ + H3O+K1=103+H2OFe(H2O)4(OH)2+ + H3O+K2=106.3同時發(fā)生縮合同時發(fā)生縮合 OH2 H OH2 H2O | O | OH2 Fe Fe H2O | O | OH2 OH2 H OH2水解是分散電荷方式水解是分散電荷方式 鮑林的電中性原理鮑林的電中性原理-穩(wěn)穩(wěn)定的分子是每個原子的凈電定的分子是每個原子的凈電荷接近于零，或荷接近于零，或+11之間。之間。4. 4. 高鐵酸鹽
19、的制備及應(yīng)用高鐵酸鹽的制備及應(yīng)用 FeOFeO4 42- 2- 2Fe(OH)3+3ClO+4OH = 2FeO42+3Cl+5H2O (溶液中溶液中) Fe2O3+3KNO3+4KOH = 2K2FeO4+3KNO2+2H2O (熔融熔融) 共熔共熔2FeO42+10H+ =2Fe3+(3/2)O2+5H2O 高鐵酸鹽在強堿性介質(zhì)中才能穩(wěn)定存在，是比高錳酸鹽更強的氧化劑。是新型凈水劑，具有氧化殺菌性質(zhì)，生成的Fe(OH)3對各種陰陽離子有吸附作用，對水體中的CN去除能力非常強。 9.5.3 配合物Fe2+NH3H2OFe(OH)2不溶解不溶解Co2+Co(OH)ClCo(NH3)62+O2C
20、o(NH3)63+Ni2+Ni2(OH)2SO4Ni(NH3)62+Cl2Ni(NH3)63+Co(H2O)62+穩(wěn)定性大于Co(H2O)63+, Co(NH3)62+穩(wěn)定性于Co(NH3)63+NH3H2ONH3H2ONH3H2ONH3H2ONH3H2O1. NH1. NH3 3 配合物配合物Fe3+NH3H2OFe(OH)3不溶解不溶解NH3H2OFe2+CNFe(CN)2CNFe(CN)64 (黃血鹽黃血鹽)Cl2Fe(CN)63 (赤血鹽赤血鹽)2. CN2. CN- -配合物配合物K+ + Fe2+ + Fe(CN)63K+ + Fe3+ + Fe(CN)64KFeFe(CN)6滕氏
21、藍滕氏藍普魯士藍普魯士藍Co2+CNCo(CN)2CNCo(CN)64 Co(CN)63+H2Ni2+CNNi(CN)2CNNi(CN)42平面正方形平面正方形dsp2雜化，穩(wěn)定雜化，穩(wěn)定6CN(s)Fe(OH)OH3Fe(CN)6CN(s)Fe(OH)2OHFe(CN)336246ClFe(CN)Cl21Fe(CN)36246H2O3. 3. 羰基配合物羰基配合物 通常金屬價態(tài)較低如：Ni(CO)4 , Fe(CO)5, HCo(CO)4、 Fe(CO)2(NO)2 Fe系金屬與羰基成鍵特征見8.2.1 很多過渡金屬均可形成羰基化合物，除單核外，還可形成雙核、多核。見8.2.1V Cr Mn
22、 Fe Co Ni Cu ZnNb Mo Ru Rh Pd Ag CdTa W Re Os Ir Pt Au Hg多數(shù)羰基化合物可直接合成： 325K Ni+4CO = Ni(CO)4 (液態(tài)液態(tài)) 2.02104kPa 其他方法： 2CoCO3+2H2+8CO = Co2(CO)8+2CO2+2H2O 高壓高壓 373473KFe+5CO Fe(CO)5 (液態(tài)液態(tài)) 101.32kPa 羰基化合物熔、沸點低，易揮發(fā)，受熱易分解成金屬與CO。 此性質(zhì)用于提純金屬： 使金屬形成羰基化合物揮發(fā)，與雜質(zhì)分離，再加熱分解得到金屬。 羰基化合物有毒，Ni(CO)4吸入體內(nèi)后，CO與血紅素結(jié)合，膠體鎳隨
23、血液進入全身器官。4. 4. 其他配合物其他配合物Fe3+SCNFe(NCS)n3n n=36，鑒定Fe3+的靈敏反應(yīng)Co2+SCNCo(NCS)42戊醇,丙酮等有機相穩(wěn)定，可鑒定Co2+ Fe3+與F和PO43的配合物FeF63和Fe(PO4)23常用于分析化學(xué)中對Fe3+的掩蔽。 Fe ()與環(huán)戊二烯基生成夾心式化合物Fe (C5H5)2，稱為環(huán)戊二烯基鐵（俗稱為二茂鐵。二茂鐵為橙黃色固體，易溶于有機溶劑。 Ru Rh Pd釕釕 銠銠 鈀鈀Os Ir Pt鋨鋨 銥銥 鉑鉑9.5.1 特點1. 惰性，多以單質(zhì)形式存在。2. 熔點通常較高 (Os：3318K Pd：1825K)。3. 強的催化
24、性能，合成氨用Ru催化劑。4. 強的吸氫能力，1體積Pt可溶1千體積H2， Pd也是吸氫能手。5. 多變氧化態(tài)， Pt：+2、+4， Os：+6、+8。9.5 鉑系元素9.5.2 重要化合物1. 1. 鹵化物及配合物鹵化物及配合物3Pt + 4HNO3+18HCl = 3H2PtCl6+4NO+8H2OPtF6：強氧化劑PtF6 + O2 = O2+PtF6 Xe + PtF6 = Xe+PtF6（橙黃色）（橙黃色） 第一個稀有氣體化合物第一個稀有氣體化合物 Na2PtCl6 橙紅色晶體易溶于水和酒精橙紅色晶體易溶于水和酒精(NH4)2PtCl6、K2PtCl6 黃色晶體難溶于水黃色晶體難溶于
25、水PdCl2PdCl2是常用的催化劑是常用的催化劑PdCl2+CO+H2O = Pd+CO2+2HCl2. 鉑鉑()()乙烯配位化合物乙烯配位化合物有關(guān)詳細內(nèi)容見 8.2.3K2PtCl4 + 2NH4Ac = cis-Pt(NH3)2Cl2 + 2HAc + 2KClH3N Cl Pt 反式反式 Cl NH3Cl NH3 Pt 順式順式 治療癌癥治療癌癥 Cl NH32K2PtCl6 +N2H22HCl = 2K2PtCl4 + 6HCl + N23. 3. 氨配合物氨配合物PtCl2(NH3)2為反磁性物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)為平面正方形。 淡黃色 = 0 0.0366 g/100gH2O 棕黃色 0 0.2577g/100gH2O 合成路線有多種，其中一種如下：合成路線有多種，其中一種如下：
復(fù)旦元素化學(xué)課件：第9章 過渡元素
