20过渡金属（Ⅰ）（课件）- 《无机化学》同步教学（高等教育出版社）

2024/1/14 1 §20 过渡金属（Ⅰ） §20-1 引言 §20-2 钛副族 §20-3 钒副族 §20-4 铬副族 §20-5 锰副族 §20-6 重铬酸钠的生产 §20-7 无机物的颜色 2024/1/14 2 §20-1 引言 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd La系 Hf Ta W Re Os Ir Pt Ac系 Sc、Y、La系-稀土元素（RE，17种） 过渡元素-具有部分充填d或f壳层电子的元素。 内过渡元素- La系、Ac系元素 外过渡元素- La系、Ac系外(包括La、Ac)元素 2024/1/14 3 §20-2 钛副族 一、概述 Ti Zr Hf 价电子层结构 3d24s2 4d25s2 5d26s2 主要氧化数 +3,+4 +4 +4 1.钛的主要矿物： 钛铁矿：FeTiO3 ; 金红石:TiO2 2.M(Ⅳ)化合物主以共价键结合,水溶液中以MO2+形式存在,且容易水解. 2024/1/14 4 3.因镧系收缩Zr4+(80pm),Hf4+(79pm)离子半径相近,化学性质相似,分离困难. 4.金属钛的性质、用途和制法 物理性质：银白光泽，熔点较高(1933±10),密度比钢小,比铝大(2.7<4.54<7.9),机械强度大(大于铝,与钢近似),是热和电的良导体,可塑性大,易形成合金.因表面有致密、钝性氧化物保护膜,抗腐蚀性强.新兴的结构材料,在航海和航空制造业上有广泛应用. 制法:TiCI4+2Mg=Ti+2MgCI2;TiCI4+4Na=Ti+4NaCI 2024/1/14 5 化学性质: 室温下稳定,不与稀酸、稀碱反应 ⑴高温下直接与许多非金属、金属反应 TiN、TiC、TiB、TiB2等 ⑵与热浓盐酸,热硝酸,热硫酸及氢氟酸等反应 2Ti+6HCI(浓)=2TiCI3+3H2↑ 2Ti+3H2SO4(浓)=Ti2(SO4)3+3H2↑ Ti+4HNO3=H2TiO3 ↓+4NO2↑+H2O Ti+6HF=TiF62-+2H++2H2↑ 2024/1/14 6 二、钛的重要化合物 1.TiO2(金红石、钛白) 性质:纯TiO2为白色,难溶于水的固体,两性偏碱. TiO2+H2SO4(浓)=TiOSO4（硫酸钛酰）+H2O TiO2+2NaOH(浓)=Na2TiO3+H2O TiO2+6HF=TiF62-+2H++2H2O 偏钛酸钡，具有压电性能（在机械应力作用下，内部正、负电荷中心相对位移，而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷）。 2024/1/14 7 * 制法：硫酸法 思考：使硫酸钛酰水解反应正向进行的条件？ 稀释，降低酸度，提高温度。 用途：化学性质相对稳定，覆盖能力强，折射率高，无毒-制高级白色油漆。 2024/1/14 8 2.TiCI4 制法：TiO2+2CI2+2C=TiCI4+2CO 性质：共价化合物，常温下为无色液体，易挥发，易溶有机溶剂，易水解，在潮湿空气中冒烟。 TiCI4+3H2O=H2TiO3↓+4HCI↑-制烟幕弹 TiCI4制其它化合物的原料。 2024/1/14 9 3.Ti(Ⅲ）化合物 2TiCI4+H2=2TiCI3 (紫）+2HCI 2TiCI4+Zn=2TiCI3（紫）+2ZnCI2 Ti3+具有还原性，易被空气氧化。 4Ti3++2H2O+O2= 4TiO2++4H+ 2024/1/14 10 4.钛（Ⅳ）的配合物 水溶液存在[Ti(OH)2(H2O)4]2+简写TiO2+(不存在) [Ti(OH)4(H2O)2 ]-- TiO2·4H2O OH- 晶体中也不存在TiO2+ TiO2+H2SO4(浓)=TiOSO4·H2O (TiO)n2n+ 2024/1/14 11 Ti(Ⅳ）的化合物一般无色 强酸中：红色 稀酸或中性溶液:橙黄色 比色分析 pH<1,单核有色配离子 :[Ti(O2)OH(H2O)4]+ pH=1-3,双核配离子:Ti2O52+ 显色原因:O22-离子变形性较强的缘故. 2024/1/14 12 §20-3 钒副族 一、概述 V Nb Ta 价电子层结构 3d34s2 4d35s2 5d36s2 主氧化数 +2,+3,+4,+5 +3,+5 +5 +5是钒族元素最稳定的氧化态 钒族金属都是强还原剂，但容易呈钝态，