素化学2012副族元素

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1、2021/7/16元素化学1五、过渡元素1.概述狭义：(n-1)d1~8ns1~2ⅢB~Ⅷ8列广义：(n-1)d1~10ns1~2ⅢB~ⅡB10列因在周期表中间于s区与p区元素，是从s区向p区的过渡，故称过渡元素，也称过渡金属。价电子构型为(n1)d1~10ns1～2(个别例外)。按不同周期，过渡元素分为三个过渡系列：第一过渡系第四周期Sc～Zn；第二过渡系第五周期Y～Cd；第三过渡系第六周期La(Lu)～Hg；在自然界储量以第一过渡系较多。过渡金属是金属元素性质最丰富多彩的：如硬度最大的Cr、熔点最高的W、熔点最低

2、的Hg、导电性最好的Ag、延展性最好的Au、密度最大的Os、最耐酸的Ta等等。2021/7/16元素化学2过渡元素的原子半径同族从上到下原子半径略增加第二、三过渡系基本接近ScTiVCrMnFeCoNiCu(●-●)YZrNbMoTcRuRhPdAg(■-■)LaHfTaWReOsIrPtAu(▲-▲)Why?第一过渡系第二过渡系第三过渡系2021/7/16元素化学3过渡元素的氧化态元素ScTiVCrMnFeCoNi+2+2+2+2+2+2+2+3+3+3+3+3+3+3+3氧化态+4+4+4+4+4+5+5+6+6+6+7

3、(横线为常见氧化态)左右氧化态先升高后降低上下同族高氧化态趋向稳定Fe+2、+3Ru+4Os+4、+6、+82021/7/16元素化学4d区元素的特性单质的相似性过渡金属外观多呈银白色或灰白色，有光泽。除钪和钛属轻金属外，其余均属重金属，其中以重铂组元素最重，锇、铱、铂的密度依次为22.57、22.42、21.45g·cm3。多数过渡金属(ⅡB族元素除外)的熔点、沸点高，硬度大。过渡金属导电、导热、延展性均较好。水合离子大多具有颜色过渡元素的水合离子大都具有颜色水合离子Ti3+V2+V3+Cr3+Mn2+Fe2+Fe3+C

4、o2+Ni2+颜色紫红紫绿蓝紫肉色浅绿浅紫粉红绿原因：d-d跃迁能量在可见光能量范围内。2021/7/16元素化学5容易形成配合物过渡元素的原子或离子具有部分空的(n1)d、ns、np轨道，可接受配体的孤对电子。过渡元素的离子一般具有较高的电荷、较小的半径，极化能力强，对配体有较强的吸引力。磁性及催化性原子或离子具有未成对电子而呈顺磁性，其中铁系元素(铁、钴、镍)还能强烈地被磁化而表现出铁磁性。许多过渡元素的金属及其化合物具催化活性。如：铁和钼是合成氨的催化剂。据认为,d区元素的高催化活性是因为它们的d亚层容易得失电子。d

5、区元素所有以上特征在不同程度上与价层d电子的存在有关，因而有人将d区元素的化学归结为d电子的化学。ⅣB钛Ti锆Zr铪Hf(n-1)d2ns2本族特征氧化态+42.钛分族(1)概述四川攀枝花钒钛铁矿(FeTiO3)探明储量约15亿吨。钛是未来的钢铁：质轻，抗腐蚀，硬度大，是宇航、航海、化工设备等的理想材料。钛合金有记忆功能(Ti－Ni合金)、超导功能(Nb－Ti合金)和储氢功能(Ti－Mn、Ti－Fe等)。钛能与骨骼肌肉生长在一起，称为“生物金属”。2021/7/16元素化学6TiOSO4Na2TiO3TiO2H2SO4NaO

6、H△BaCO3BaTiO3+CO2Ti4+极易水解:TiCl4+3H2OTiO2·H2O+4HCl具有氧化性：2TiCl4+Zn2TiCl3+ZnCl2鉴定：TiO2++H2O2[TiO(H2O2)]2+桔红色Ti3+含量测定：Fe3+标准溶液滴定(NH4SCN作指示剂)Ti3++Fe3++H2O=TiO2++Fe2++2H+稍过量的Fe3+即显[Fe(SCN)6]3的血红色。(2)主要性质2021/7/16元素化学7它属于简单四方晶系(a=b≠c，α=β=γ=90)。氧原子呈畸变的六方密堆积，钛原子占据一半的八面

7、体空隙，而氧原子周围有3个近于正三角形配位的钛原子，所以钛和氧的配位数分别为6和3。TiO2是钛的重要化合物，俗称钛白或钛白粉，由于它在耐化学腐蚀性，热稳定性、抗紫外线粉化及折射率高等方面所表现的良好性能，因而得到广泛应用。自然界中TiO2有三种晶型，金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，其中最重要的是金红石型。2021/7/16元素化学8Fe△H2TiO3TiO2+H2OFeTiO3+3H2SO4TiOSO4+FeSO4+3H2OFeO，Fe2O3+H2SO4FeSO4，Fe2(SO4)3TiOSO4+2H2OH2TiO3

8、↓+H2SO4钛铁矿H2O浓H2SO4Fe3+,Fe2+TiO2+,SO42Fe2+,TiO2+SO42冷却FeSO4·7H2O↓TiO2+,SO42－H2TiO3↓煅烧TiO2(3)钛铁矿制备TiO2缺点？副产物的利用及环境保护问题。2021/7/16元素化学9讨论：(4)金红石制取金