高考化学专题过渡元素课件

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1、2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 1 13.3.5 过 渡 元 素 的 通 性 广 义 ： ds区 ， d区 和 f区 ； 此 处 ： d区 III (3)BVIII(8)B族 8个 直 列， 24种 元 素1. 过 渡 元 素 的 结 构 特 点电 子 结 构 特 点 有 未 充 满 的 d轨 道 （ Pd除 外 4d10） ， 最 外 、 次外 两 个 电 子 层 都 未 充 满 ， 特 征 电 子 构 型 为 ： （ n-1） d19ns12性 质 特 点 各 元 素 间 从 左 到 右 的 水 平 相 似 性 ： 不 同 于 主 族 ， 周期 性 变 化 规

2、律 不 明 显 ， 原 子 半 径 、 电 离 能 随 原 子 序 数 增 加 ， 虽 变 但不 显 著 ，分 类 四 周 期 的 Sc到 Ni为 第 一 (轻 )过 渡 系 列 （ 见 下 页 表 ） ； 五 周 期 的 Y到 Pd为 第 二 过 渡 系 列 ； 六 周 期 的 La到 Pt为 第 三 过 渡 系 列 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 2 元 素 Sckang Ti V Cr Mn Fe Co Ni金 属 半径 /pm 161 145 132 137 137 124 125 128离 子 半径 /pm - 90 86 88 80 76 74 72第

3、一 电离 能 /（kJ/mol） 631 656 650 653 717 762 758 737 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 3 2. 单 质 的 物 理 性 质规 律 比 主 族 金 属 有 更 大 的 密 度 和 硬 度 ， 更 高 的 熔 点 和 沸 点。 除 钪 和 钛 外 ,密 度 均 大 于 5， 最 重 的 锇 为 22.48g/cm3； 硬 度 最 大 的铬 ， 莫 氏 硬 度 为 9； 熔 、 沸 点 最 高 的 是 钨 3410原 因 （ 略 ） 过 渡 金 属 d电 子 参 与 成 键 ， 使 成 键 价 电 子 数 较 多， 原 子 化

4、焓 较 大 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 4 元 素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni密 度 /（ g/cm3） 3.2 4.5 6.0 7.1 7.4 7.9 8.7 8.9莫 氏 硬 度 - 4 - 9 6 4.5 5.5 4熔 点 /K 1673 1950 2190 2176 1517 1812 1768 1728沸 点 /K 2750 3550 3650 2915 2314 3160 3150 3110原 子 化 焓 /（ kJ/mol） 378 470 514 397 281 418 425 430 2021-7-24 高 考 化 学 专 题

5、 过 渡 元 素 5 3. 单 质 的 化 学 性 质一 般 规 律 都 是 活 泼 金 属 ， 性 质 相 似 ， 都 能 从 酸 中 置 换 出 氢。 但 Ti、 V、 Cr因 表 面 钝 化 形 成 致 密 氧 化 物 膜 ， 有 抗 酸 碱 的 能 力过 渡 金 属 的 价 电 子 构 型 特 征 决 定 了 它 们 具 有 多 变 的 氧 化 态 ，如 Mn可 以 表 现 出 0、 +2、 +3、 +4、 +6和 +7等 氧 化 态 ， 特 殊 情 况 下 可有 负 氧 化 态 数 ， 如 KMn(CO)5中 Mn的 氧 化 态 为 -1由 于 空 d轨 道 的 存 在 ， 易 形

6、成 配 位 键 ， 产 生 配 位 化 合 物 ， 呈 不同 颜 色 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 6 13.3.6 稀 土 金 属 1. 结 构 与 性 能 概 况稀 土 金 属 Sc、 Y、 La和 镧 系 共 17种 元 素 。 Sc的 化 学 性 质 与 其它 16种 元 素 有 较 大 差 别 ， 与 碱 土 金 属 更 加 相 似 ， 故 稀 土 一 词 一 般 只包 括 钪 以 外 的 16种 元 素镧 系 元 素 （ Lanthanides） Ln 在 周 期 表 中 ， 与 镧 处 于 同 一 格 内 ，称 镧 系 元 素 范 围 包 括 铈 镧

7、 到 镥 （ 58771号 ） 加 上 镧 ， 共 145种 元 素 电 子 构 型 除 镧 外 ， 原 子 序 数 增 加 ， 新 增 电 子 依 次 进 入 4f轨 道 ， 又 称 内 过 渡 元 素 ， 电 子 构 型 通 式 ： 4f1145d016s2。 镧 系 元 素 的 外层 和 次 外 层 构 型 基 本 相 同 ， f轨 道 是 充 满 、 半 充 满 或 未 充 满 钪 21Sc 钇 39Y 镧 57La 镧 系5871 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 7 元 素 原 子序 数 相 对 原子 质 量 价 电 子构 型 氧 化 态 原 子 半 径/

8、pm 离 子 半 径(M3+)/ pm M3+/M）/VSc 21 44.956 3d14s2 +3 164.06 73.2 Y 39 83.905 4d15s2 +3 180.12 89.3 -2.37La 57 138.91 5d16s2 +3 187.91 106.1 -2.52Ce 58 140.12 4f15d16s2 +3, +4 182.47 103.4 -2.48Pr 59 140.90 4f36s2 +3, +4 182.79 101.3 -2.47Nd 60 144.24 4f46s2 +3 182.14 99.5 -2.44Pm 61 145 4f56s2 +3 (181

9、.1) (97.9) -2.42Sm 62 150.35 4f 66s2 +3, +2 180.41 96.4 -2.41Eu 63 151.96 4f76s2 +3, +2 204.18 95.0 -2,41Gd 64 157.25 4f75d16s2 +3 180.13 93.8 -2.40Tb 65 158.92 4f85d16s2 +3, +4 178.33 92.3 -2.39Dy 66 162.50 4f106s2 +3 177.40 90.8 -2.35Ho 67 164.93 4f116s2 +3 176.61 98.4 -2,32Er 68 167.26 4f126s2 +3

10、 175.66 88.1 -2.30Tm 69 168.93 4f136s2 +3, +2 174.62 86.9 -2.28Yb 70 173.04 4f 146s2 +3, +2 193.92 85.8 -2.27Lu 71 174.97 4f145d16s2 +3 173.49 84.8 -2.25 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 8 性 质 特 点 （ 1） 单 质 及 其 离 子 的 物 理 、 化 学 性 质 十 分 相似 ； （ 2） 随 核 电 荷 增 加 和 4f电 子 数 目 不 同 ， 半 径 变 化 ， 性 质 略 有差 异 ， 成 为 镧

11、系 元 素 得 以 区 分 和 分 离 的 基 础稀 土 元 素 的 电 子 特 征位 于 周 期 表 中 的 IIIB族 ， 特 征 氧 化 态 为 +3： 5d16s2据 洪 特 规 则 ， d或 f轨 道 全 空 、 全 满 或 半 满 时 ， 原 子 或 离 子有 特 殊 稳 定 性 ， Ce和 Tb失 去 4个 电 子 ， 4f轨 道 分 别 全 空 和 半 满 ，+4氧 化 态 较 稳 定 ； Pr和 Dy失 去 4个 电 子 时 ， 4f轨 道 接 近 全 空 和 半 满 ，所 以 也 可 存 在 +4氧 化 态 ； 同 理 ， Eu和 Yb失 去 2个 电 子 时 ， 4f轨

12、道分 别 处 于 半 满 和 全 满 ， 而 也 可 以 形 成 较 稳 定 的 +2氧 化 态 的 化 合 物 ，Sm和 Tm的 +2氧 化 态 化 合 物 稳 定 性 较 差 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 9 镧 系 收 缩 (Lanthanide contriction)现 象 从 La到 Lu， 原 子 半 径 和 +3离 子 半 径 随 原 子 序 数 增 加 逐 渐减 小原 因 镧 系 元 素 每 增 一 个 质 子 ， 一 个 电 子 进 入 4f轨 道 ， 4f电 子对 原 子 核 的 屏 蔽 作 用 与 内 层 电 子 相 比 较 小 ， 有 效

13、 核 电 荷 增 加 较 大 ，核 对 最 外 层 电 子 的 吸 引 力 增 强说 明 Eu和 Yb反 常 。 原 因 ： 半 充 满 4f7， 全 充 满 4f14， 较 大 屏 蔽意 义 因 为 镧 系 收 缩 ， 使 钇 的 离 子 半 径 （ Y 3+） 与 Tb3+、 Dy3+的 离 子半 径 相 近 ， 钇 在 矿 物 中 与 镧 系 金 属 共 生 使 BZr与 Hf， BNb与 Ta， BMo与 W半 径 几 乎 相 等 ， 三对 元 素 性 质 相 似 ， 形 成 共 生 元 素 对 ， 分 离 困 难 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 10 稀

14、土 金 属 的 性 质 和 应 用 自 学概 况 稀 土 金 属 呈 银 白 色 ， 较 软 ， 有 延 展 性 较 强 还 原 性 ， 标 准 电 极 电 势 与 镁 接 近 ， 性 质 似 碱 土 金 属 。 金 属的 活 泼 顺 序 由 ScYLa递 增 ， 由 La到 Lu递 减 。 易 与 其 它 非 金 属 形成 离 子 化 合 物 。 室 温 能 与 卤 素 反 应 生 成 卤 化 物 LnX3氧 化 物 加 热 （ 大 于 453K） 直 接 与 氧 反 应 可 以 得 到 碱 性 氧 化 物 Ln 2O3 Ce、 Pr、 Tb分 别 生 成 CeO2、 Pr6O11、 Tb4

15、O7。 这 些 氧 化 物 在 酸性 条 件 下 都 是 强 氧 化 剂 ， 可 与 卤 化 物 定 量 反 应 生 成 卤 素 单 质 。 在 适宜 的 条 件 下 也 可 被 还 原 成 Ln2O3 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 11 应 用 稀 土 氧 化 物 的 标 准 生 成 焓 高 于 Al2O3， 是 比 铝 更 好 的 还原 剂其 他 化 合 物 1275K时 ， 可 于 与 N2反 应 生 成 LnN； 与 沸 腾 的 硫生 成 Ln2S3； 与 H2反 应 可 生 成 非 整 比 化 合 物 LnH2， LnH3； 与 水 反 应生 成 Ln(

16、OH)3或 Ln2O3xH2O沉 淀 ,并 放 出 H2, 加 热 反 应 加 速应 用 示 例 镧 系 金 属 燃 点 低 ： Ce为 438K， Pr为 563K， Nd为 543K， 燃 烧时 放 出 大 量 的 热 ， 故 以 Ce为 主 体 的 混 合 轻 稀 土 长 期 用 于 民 用 打 火 石和 军 用 发 火 合 金 。 如 Ce为 50%， La和 Nd占 44%， Fe、 Al、 Ca、 C和 Si等 占 6%的 稀 土 引 火 合 金 可 用 于 子 弹 引 信 和 点 火 装 置 氧 化 物 Al2O3 Y2O3 La2O3标 准 生 成 焓 /（ kJ/mol） -

17、1617.8 1905.8 -1793.3 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 12 稀 土 金 属 及 其 合 金 具 有 吸 收 气 体 的 能 力 ， 吸 氢 能 力 最 强 ，可 作 储 氢 材 料 。 如 1kg的 LaNi5合 金 在 室 温 和 253kPa下 可 吸 收 相 当 于标 准 状 况 下 170L的 H2， 而 且 吸 收 和 释 放 H2可 逆 Gd具 有 4f7电 子 构 型 ， 可 实 现 电 子 只 朝 一 个 方 向 自 旋 的 状 态， 有 铁 磁 性 。 4f电 子 不 足 半 数 轨 道 的 轻 稀 土 有 顺 磁 性 。 稀

18、 土 及 其 化合 物 是 重 要 的 永 磁 材 料 ， 第 一 代 的 SmCo永 磁 体 ， 第 二 代 的Ln3(FeCo)17和 第 三 代 的 Nd-Fe-B化 合 物 等 永 磁 材 料 有 广 阔 应 用 前 景 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 13 稀 土 金 属 的 分 类 略 16种 稀 土 金 属 可 按 其 物 理 、 化 学 性 质 的 微小 差 异 和 稀 土 矿 物 的 形 成 特 点 ， 以 钆 为 界 ， 划 分 为 轻 稀 土 （ 铈 组 ：La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu） 和 重 稀 土 （ 钇 组 ：

19、Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu、 Y） 两 组 。 按 照 稀 土 金 属 的 分 离 工 艺 可分 为 三 组 ： 铈 组 、 铽 组 和 钇 组 ， 或 称 为 轻 、 中 和 重 稀 土 ， 分 界 线 因分 离 工 艺 不 同 而 稍 有 差 别镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钇 钬 铒 铥 镱 镥La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Y Ho Er Tm Yb Lu轻 稀 土 （ 铈 组 ） 重 稀 土 （ 钇 组 ）铈 组 （ 硫 酸 复 盐 难 溶 ） 铽 组 （ 硫 酸 复 盐 微 溶 ） 钇 组 （ 硫 酸 复 盐

20、不 溶 ）轻 稀 土 （ P204弱 酸 度萃 取 ） 中 稀 土 （ P204低 酸 度 萃 取 ） 重 稀 土 （ P204中 酸 度 萃 取 ） 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 14 2. 我 国 的 稀 土 资 源 自 学我 国 正 在 开 发 的 内 蒙 古 白 云 鄂 博 铁 矿 床 中 ， 稀 土 氧 化 物 的 储 量 达3600万 吨 。 加 上 其 它 地 区 已 经 开 采 或 尚 未 开 采 的 稀 土 矿 ， 我 国 稀 土矿 的 储 量 估 计 可 达 1亿 吨 之 多 ， 占 世 界 稀 土 总 储 量 的 70%以 上 。 我 国稀

21、土 矿 的 种 类 包 括 （ 略 ）3. 稀 土 冶 炼 工 艺 简 介从 矿 物 中 提 取 稀 土 金 属 包 括 三 步 ： 精 矿 的 分 解 、 化 合 物 的 分 离 和纯 化 、 稀 土 金 属 的 制 备 （ 略 ）4. 稀 土 的 应 用稀 土 金 属 及 其 化 合 物 在 农 作 物 生 产 、 石 油 化 工 、 原 子 能 工 业 、 生物 医 药 、 冶 金 工 业 和 功 能 材 料 领 域 有 广 泛 的 应 用 （ 略 ） 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 15 13.3.7 难 熔 金 属 概 况范 围 包 括 IVB、 VB、

22、VIB和 VIIB（ 除 Mn） 的 d区通 性 金 属 键 强 度 大 ， 熔 点 高 ， 在 1700 以 上 ， 其 中 W的 熔点 最 高 ， 为 3410 。 硬 度 大 ， Cr是 所 有 金 属 中 硬 度 最 大 的 ， 是 制造 耐 磨 、 耐 热 和 耐 腐 蚀 材 料 的 理 想 金 属钛 22Ti 钒 23V 铬 24Cr 锆 40Zr 铌 41Nb 钼 42Mo 锝 43Tc铪 72Hf 钽 73Ta 钨 74W 铼 75Re 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 16 1. 钛 (Titanium)， 锆 （ zirconium） 和 铪 （

23、hafnium） 分 布钛 我 国 丰 产 ， 大 部 分 分 散 ， 主 要 矿 物 有 金 红 石 （ TiO2） 、钛 铁 矿 （ FeTiO3） 和 钒 钛 铁 矿 。 钛 资 源 丰 富 ， 冶 炼 困 难锆 比 铜 、 锌 和 铅 总 量 还 多 ， 但 分 布 非 常 分 散铪 自 然 界 于 锆 共 生 ， 存 在 于 锆 英 石 中钛 、 锆 和 铪 都 归 入 稀 有 金 属 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 17 （ 1） 钛 的 性 质 和 用 途 物 理 性 质 和 用 途 高 熔 点 ， 轻 ， 抗 腐 蚀 ， 承 受 超 低 温 广 泛

24、应 用 于 航 天 飞 机 、火 箭 、 导 弹 、 潜 艇 、 轮 船 和 化 工 设 备 ， 制 备 盛 放 液 氮 和 液 氧 的 器 皿有 生 物 相 容 性 接 骨 和 人 工 关 节 ， 誉 为 “ 生 物 金 属 ”氢 反 应 形 成 非 整 比 氢 化 物 ， 作 为 储 氢 材 料 化 学 性 质 自 学钛 标 准 电 极 电 势 为 -1.63V， 在 空 气 中 迅 速 与 氧 生 成 致 密 的 氧化 物 膜 而 钝 化 ， 其 在 室 温 下 不 与 水 、 稀 酸 和 碱 反 应钛 能 生 成 配 合 物 TiF 62-而 可 溶 于 氢 氟 酸 或 酸 性 氟 化

25、 物 溶 液Ti + 6HF = TiF62- + 2H+ + 2H2 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 18 钛 能 溶 于 热 的 浓 盐 酸 ， 生 成 绿 色 的 TiCl36H2O2Ti + 6HCl = 2TiCl3 +3H2钛 在 高 温 下 可 与 碳 、 氮 、 硼 反 应 生 成 碳 化 钛 TiC、 氮 化 钛 TiN和 硼 化 钛 TiB。 它 们 硬 、 难 熔 、 稳 定 ， 成 为 金 属 陶 瓷 ， 氮 化 钛 为 青铜 色 ， 涂 层 能 仿 金 。 钛 与 氢 反 应 形 成 一 类 非 整 比 的 氢 化 物 ， 可 作 为储 氢

26、 材 料 。 钛 与 氧 反 应 生 成 TiO2 TiO 2TiCTiNTiH1.72.0TiO2 TiBTiCl4 Ti 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 19 （ 2） 金 属 钛 的 制 备 TiCl4的 金 属 热 还 原 法 自 学将 TiO2或 天 然 金 红 石 和 碳 粉 混 合 加 热 至 1000K1100K， 进 行 氯化 处 理 制 备 TiCl4， 氯 化 反 应 不 能 直 接 由 TiO2氯 化 制 得 ， 必 须 有 碳 粉的 参 与用 金 属 镁 或 钠 在 1070K， 氩 气 氛 中 还 原 得 到 钛1000K1100K Ti

27、O2(s)+2Cl2(g)+2C(s= TiCl4(g)+2CO(g) 1070K， Ar TiCl4(l)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl2(S) 过 量 的 Mg和 MgCl2用 稀 盐 酸 处 理 除 去 ， 得 到 “ 海 绵 钛 ” 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 20 （ 3） 钛 的 重 要 化 合 物 TiO 2晶 型 金 红 石 型 和 锐 钛 型 两 种性 质 TiO2是 白 色 粉 末 ， 不 溶 于 水 和 稀 酸 ， 溶 于 氢 氟 酸 和 热 的浓 硫 酸 TiO2 + 6HF = H2TiF6 + 2H2OTiO2 + H2SO4

28、 = TiOSO4 + H2O应 用 TiO2俗 称 钛 白 ， 是 优 良 的 白 色 颜 料 ， 折 射 率 高 ， 着 色 力和 遮 盖 力 强 ， 化 学 稳 定 性 好 ， 是 制 备 高 级 涂 料 和 白 色 橡 胶 的 重 要 原料 ； 造 纸 和 人 造 纤 维 消 光 剂 ； 功 能 陶 瓷 BaTiO 3的 重 要 原 料 。 纳 米TiO2有 极 好 的 光 催 化 性 能 ， 在 有 机 污 水 处 理 领 域 有 广 阔 应 用 前 景 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 21 （ 4） 锆 和 铪 的 性 质 和 用 途（ 略 ）锆 和 铪

29、 主 要 用 于 原 子 能 工 业 ， 锆 主 要 用 作 核 反 应 堆 中 核 燃 料 的 包 套材 料 。 铪 具 有 特 别 强 的 热 中 子 吸 收 能 力 ， 主 要 用 于 军 舰 和 潜 艇 原 子反 应 堆 的 控 制 棒 。 锆 合 金 强 度 高 ， 宜 作 反 应 堆 结 构 材 料 。 铪 合 金 特难 熔 ， 具 有 抗 氧 化 性 ， 用 作 火 箭 喷 嘴 、 发 动 机 和 宇 宙 飞 行 器 等 。 锆不 与 人 体 的 血 液 、 骨 骼 及 各 组 织 发 生 作 用 ， 已 用 作 外 科 和 牙 科 医 疗器 械 ， 并 能 强 化 和 代 替

30、骨 骼 。 它 们 还 可 用 于 化 工 设 备 和 电 子 管 的 吸气 剂 等 。 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 22 2. 钒 (Vanadium), 铌 (Niobium)和 钽 (Tantalum)自 学分 布 B， 价 电 子 构 型 是 (n-1)d4ns1或 (n-1)d3ns2钒 在 地 壳 中 的 丰 度 为 136ppm， 是 银 的 1000倍 ， 在 所 有 元 素 中 排第 23位 ， 但 它 的 分 布 极 广 且 很 分 散 。 钒 的 主 要 矿 物 为 绿 硫 钒 VS2或V2S5， 铅 钒 矿 （ Pb5(VO4)3Cl）

31、等 。由 于 镧 系 收 缩 ， 铌 和 钽 性 质 相 似 ， 在 自 然 界 共 生 ， 其 矿 物 可 以通 式 Fe(MO3)2表 示钒 、 铌 、 钽 均 是 稀 有 金 属 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 23 （ 1） 金 属 钒 及 其 化 合 物性 质 和 用 途钒 是 银 灰 色 具 有 延 展 性 的 金 属 ， 不 纯 时 硬 而 脆钒 是 活 泼 金 属 ， 易 呈 钝 态 ， 常 温 下 不 与 水 、 苛 性 碱 和 稀 的 非氧 化 性 酸 作 用 ， 但 可 溶 于 氢 氟 酸 、 强 氧 化 性 酸 和 王 水 中 ， 也 能 与

32、 熔融 的 苛 性 碱 反 应 。 在 高 温 条 件 下 可 与 大 多 数 非 金 属 反 应 ， 比 钛 还 易与 氧 、 碳 、 氮 和 氢 化 合 ， 所 以 制 备 纯 金 属 很 难 。 常 用 金 属 （ 如 钙 ）热 还 原 V 2O5得 到钒 有 金 属 “ 维 生 素 ” 之 称 ， 含 钒 百 分 之 几 的 钢 ， 具 有 高 强 度、 高 弹 性 、 抗 磨 损 和 抗 冲 击 性 能 ， 广 泛 应 用 于 结 构 钢 、 弹 簧 钢 、 工具 钢 、 装 甲 钢 和 钢 轨 。 对 汽 车 工 业 和 飞 机 制 造 业 有 重 要 意 义 2021-7-24

33、高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 24 V2O5 钒 的 最 重 要 的 化 合 物 。 它 是 难 溶 于 水 的 棕 黄 色 固 体 ，可 由 偏 钒 酸 铵 热 分 解 制 备 ， 是 重 要 的 催 化 剂873K， 2NH4VO3 = V2O5 + 2NH3 + H2OV2O5是 两 性 氧 化 物 ， 既 溶 于 酸 也 溶 于 碱 ， 且 有 一 定 的 氧 化 性 ， 与浓 盐 酸 反 应 可 得 到 Cl2。V2O5 + 6HCl = 2VOCl2 + Cl2 +3H2O钒 具 有 多 种 氧 化 态 （ +5、 +4、 +3、 +2、 0） 2021-7-24 高 考

34、 化 学 专 题 过 渡 元 素 25VCl3 V2O5 VO3- VO43-VO2+ V（ 粉末 ）+ O2， + H2，V2O3V(H2O)6 3+ OH-H+V(H2O)6 2+H2OZn/浓 HCl I-/H+VO2+Zn/HClZn/HCl 强 碱稀 酸弱 碱稀 酸 或铵 盐 加 热浓 酸 +Cl2VCl4H 2O H 2O 紫 色绿 色蓝 棕 黄 色黄 色 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 26 (2) 铌 和 钽（ 略 ） 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 27 3. 铬 (Chromium)、 钼 (Molybdenum)和

35、钨 (Tungsten, Wolfram ) 分 布VIB， 价 电 子 构 型 是 (n-1)d5ns1或 (n-1)d4ns2铬 在 自 然 界 存 在 非 常 广 泛 ， 主 要 矿 物 为 铬 铁 矿 FeOCr2O3或FeCr2O4， 是 普 通 元 素钼 和 钨 是 稀 有 金 属 。 主 要 矿 物 有 辉 钼 矿 （ MoS2） 、 钼 酸 钙 矿（ CaMoO4） 和 钼 酸 铁 矿 （ Fe2(MoO4)3nH2O） ； 白 钨 矿 CaWO4和 黑钨 矿 (Fe,Mn)WO 4。 钼 和 钨 是 我 国 的 丰 产 元 素 ， 其 储 量 居 世 界 首 位 ，辽 宁 杨

36、 家 杖 子 的 辉 钼 矿 闻 名 于 世 ， 江 西 大 庾 岭 的 钨 最 为 丰 富 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 28 （ 1） 铬 的 性 质 和 用 途铬 极 硬 、 银 白 色 、 脆 性 金 属 ， 常 温 下 极 易 形 成 致 密 的 氧 化 物保 护 膜 而 被 钝 化 ， 在 硝 酸 、 磷 酸 或 高 氯 酸 中 呈 惰 性 ， 广 泛 用 作 电 镀保 护 层 及 不 锈 钢铬 是 活 泼 金 属 ， 其 标 准 电 极 电 势 为Cr2+ + 2e = Cr = - 0.90VCr3+ + 3e = Cr = - 0.74V铬 能

37、溶 于 稀 盐 酸 和 稀 硫 酸 ， 生 成 蓝 色 的 Cr 2+水 合 离 子 ， 而 后被 空 气 氧 化 为 Cr3+的 绿 色 溶 液Cr + 2HCl = CrCl2 + H24CrCl2 + 4HCl +O2= 4 CrCl3 + 2H2O 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 29 铬 的 氧 化 态 有 +6、 +3、 +2， +3最 稳 定 ， +2氧 化 态 的 有 还 原 性， +6氧 化 态 的 有 氧 化 性 ， +3氧 化 态 的 离 子 可 以 形 成 配 位 化 合 物铬 的 化 合 物 最 重 要 的 是 重 铬 酸 钾 ， 是 分

38、析 化 学 的 重 要 试 剂（ 2） 钼 和 钨 自 学钼 和 钨 性 质 极 相 似 何 故 。 都 是 银 白 色 高 熔 点 金 属 ， 在 常 温 下很 不 活 泼 ， 与 除 F2的 非 金 属 单 质 不 发 生 反 应 。 在 高 温 下 易 与 氧 、 硫、 卤 素 、 碳 及 氢 反 应 。 钼 和 钨 不 与 普 通 的 酸 碱 作 用 ， 但 钼 可 被 浓 硝酸 和 浓 硫 酸 所 浸 蚀 。 它 们 都 溶 于 王 水 和 HF与 HNO 3混 合 物 ， 在 熔 融的 碱 性 氧 化 剂 中 迅 速 被 腐 蚀钼 和 钨 用 于 制 造 合 金 钢 ， 提 高 耐

39、 高 温 强 度 ， 耐 磨 性 和 抗 腐 蚀性 等 。 钼 钢 和 钨 钢 可 做 刀 具 、 钻 头 等 ； 钼 合 金 在 武 器 制 造 和 导 弹 、火 箭 等 尖 端 领 域 有 重 要 地 位 。 钨 丝 还 用 于 制 造 灯 丝 和 高 温 发 热 元 件。 钼 丝 、 带 、 片 和 棒 在 电 子 工 业 有 广 泛 应 用 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 30 M 非氧化性酸MoO3， W不作 用 + Cl2， 加 热 MoCl3， WCl6N2， 加 热M 2NMN间 充化 合 物 浓 硝 酸 或 浓 硫酸 不 反 应Na2MO4 氧 化

40、 剂 熔 融 碱 MoO3加 热 ，O2或 空 气C， 加 热 M2CMC间 充化 合 物 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 31 4. 锝 (Technetium)和 铼 (Rhenium)（ 略 ） 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 32 13.3.8 铁 族 分 布 铁 族 包 括 锰 、 铁 、 钴 和 镍 ， 锰 位 于 VIIB族 ， 铁 、 钴 、 镍 是VIIIB族 。 锰 和 铁 为 黑 色 金 属 ， 钴 和 镍 是 有 色 金 属 ； 锰 归 入 铁 族 是因 为 它 们 的 金 属 单 质 性 质 相 似 ， 与 铁

41、可 以 形 成 各 种 合 金 材 料 ， 统 称黑 色 金 属 材 料 。 锰 和 铁 的 价 电 子 构 型 分 别 是 3d54s2， 3d64s2锰 在 地 壳 中 有 广 泛 的 分 布 ， 在 海 底 存 在 有 大 量 的 锰 结 核铁 是 丰 产 元 素 。 主 要 矿 物 有 赤 铁 矿 （ Fe 2O3） 、 磁 铁 矿 （ Fe3O4） 和 黄 铁 矿 （ FeS2）钴 和 镍 是 我 国 的 丰 产 元 素 ， 甘 肃 金 川 市 被 誉 为 镍 都 锰 25Mn 铁 26Fe 钴 27Co 镍 28Ni 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 33

42、 性 质 和 用 途 自 学锰 是 硬 而 脆 的 银 白 色 金 属 。 在 空 气 中 极 易 生 成 氧 化 物 保 护 膜 而钝 化铁 、 钴 和 镍 是 具 有 铁 磁 性 的 银 白 色 金 属都 是 是 活 泼 金 属 ， 与 水 反 应 生 成 难 溶 于 水 的 氢 氧 化 物 M(OH)2而阻 止 反 应 继 续 进 行 , 与 强 稀 酸 反 应 生 成 M（ +2） 盐 和 氢 气 。 可 被 浓硫 酸 、 浓 硝 酸 钝 化 。 加 热 时 可 与 卤 素 、 氧 、 硫 、 氮 、 碳 和 硅 等 生 成相 应 的 化 合 物 ， 但 不 能 直 接 与 氢 化 合

43、金 属 锰 的 最 重 要 用 途 是 生 产 金 属 合 金 材 料 ： 锰 钢 坚 硬 、 耐 磨 、抗 冲 击 ， 应 用 于 制 造 钢 轨 、 钢 甲 和 破 碎 机 等 ， 代 替 Ni制 造 不 锈 钢 （16%20%Cr， 8%10%Mn， 0.1%C） ， 铝 锰 合 金 具 有 良 好 的 抗 腐 蚀性 能 和 机 械 性 能 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 34Fe(OH2)63+ Fe(OH2)5OH2+ Fe2O3xH2OFeCl3 FeFe(OH2)42+ Fe(OH)2FeCl2 Fe3O4KFeFe(CN) 6FeSFe(NCS)2+

44、 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 35 铁 及 其 合 金 是 基 本 的 金 属 结 构 材 料 ， 钢 铁 的 产 量 为 一 个 国 家工 业 化 程 度 的 标 志 之 一 。 铁 钴 镍 都 是 重 要 的 合 金 元 素 ， 能 形 成 多 种多 样 、 性 质 各 异 的 金 属 合 金 材 料 。 如 不 锈 钢 （ 18%Cr， 9%Ni） ， 钴钢 可 制 永 磁 铁 ； 白 钢 耐 高 温 、 抗 腐 蚀 和 氢 脆 ； 镍 铬 合 金 做 电 热 丝 ；镍 铁 合 金 制 录 音 机 磁 头 ； 超 硬 合 金 生 产 钻 头 、 模 具 和

45、 高 速 刀 具 ， 等等 。 镍 易 吸 附 氢 ， 是 一 种 氢 化 催 化 剂 ， 在 有 机 合 成 中 有 重 要 应 用 。镍 还 因 为 其 较 稳 定 而 作 为 金 属 镀 层 及 制 造 熔 碱 坩 埚铁 族 金 属 丰 富 多 彩 的 化 合 物 和 配 合 物 ， 最 重 要 的 有 KMnO4，MnCl 2xH2O， MnO2； FeCl3， (NH4)2Fe(SO4)2, Fe(C5H5)2等铁 族 金 属 在 维 持 生 命 活 动 着 发 挥 重 要 作 用 ， 锰 是 植 物 光 合 作用 不 可 少 的 微 量 元 素 ； 铁 是 血 红 蛋 白 的 构

46、成 元 素 ； 维 生 素 B12是 钴的 配 合 物 。 1974年 证 实 了 镍 是 动 物 和 人 必 需 的 微 量 元 素 ， 存 在 于DNA和 RNA中 ， 成 人 每 日 摄 入 量 0.3 mg 0.5mg 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 36 13.3.9 贵 金 属 自 学 分 布 贵 金 属 包 括 价 电 子 构 型 为 (n-1)d10ns1的 IB铜 族 铜 、 银 、 金 等 普 通 元素 和 VIIIB的 钌 、 铑 、 钯 和 锇 、 铱 、 铂 等 铂 系 稀 有 元 素 ， 它 们 都 是 有色 金 属 铜 29Cu钌 44

47、Ru 铑 45Rh 钯 46Pa 银 47Ag锇 76Os 铱 77Ir 铂 78Pt 金 78Au 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 37 1. 铜 族 存 在铜 、 银 、 金 是 人 类 发 现 最 早 的 单 质 态 矿 物 。 金 主 要 以 单 质 形 式 存在 于 岩 石 或 沙 砾 中 。 铜 和 银 还 有 硫 化 物 、 氯 化 物 矿 ， 铜 还 有 碳 酸 盐矿 ， 有 货 币 金 属 (Currency metals)之 称 性 质物 理 性 质 铜 银 金 有 特 征 颜 色 ， 分 别 为 ： 紫 红 、 银 白 、 金 黄。 铜 银 金

48、 很 柔 软 ， 有 极 好 的 延 展 性 和 可 塑 性 ， 金 尤 其 如 此 。 1g金 可碾 压 成 只 有 230个 原 子 厚 度 ， 约 1m 2的 薄 片 ， 拉 成 20 m直 径 长 达 165m的 金 线 。 它 们 都 是 热 和 电 的 良 导 体 ， 银 在 所 有 金 属 中 具 有 最 佳 导 电性 ， 所 以 都 是 电 子 和 电 气 工 业 的 重 要 物 资 。 铜 质 合 金 ， 如 黄 铜 、 青铜 和 白 铜 分 别 用 作 仪 器 零 件 和 刀 具 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 38 化 学 性 质 铜 族 元

49、素 都 是 不 活 泼 金 属 ， CuAgAu活 泼 性 递 减都 可 形 成 +1， +2， +3氧 化 态 的 化 合 物 ， Cu(+2)最 稳 定 , Ag(+1)和Au(+1)最 稳 定常 温 不 与 非 氧 化 性 酸 反 应 ， 铜 和 银 溶 于 浓 硫 酸 和 浓 硝 酸 中 ， 金只 溶 于 王 水 ， 通 氧 下 ， 铜 可 溶 于 加 热 的 硫 酸 和 盐 酸Cu + 2H2SO4 （ 浓 ） = CuSO4 + 2H2O + SO23Ag + 4HNO 3 = 3AgNO3 + 2H2O + NOAu + 4HCl + HNO3 = HAuCl4 + 2H2O +

50、NO2Cu + 2H2SO4 + O2 = 2CuSO4 + 2H2O2Cu + 8HCl（ 浓 ， 热 ） = 2H3CuCl4 + H2 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 39 铜 在 空 气 中 加 热 时 可 与 氧 发 生 反 应 生 成 黑 色 氧 化 铜 ， 而 金 、 银加 热 也 不 与 氧 作 用 。 铜 在 潮 湿 的 空 气 中 可 以 生 锈 ：2Cu + H2O + CO2 + O2 = Cu2(OH)2CO3铜 银 金 它 们 都 能 与 CN等 简 单 配 体 形 成 稳 定 配 合 物 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过

51、渡 元 素 40 2. 铂 系 金 属 自 学 分 布铂 系 金 属 按 照 密 度 大 小 分 为 两 组 ， 钌 、 铑 、 钯 密 度 约 为12g/cm3， 称 轻 铂 系 元 素 ； 锇 、 铱 、 铂 密 度 约 为 22g/cm3， 称 重 铂 系元 素 。 它 们 性 质 非 常 相 似 ， 在 自 然 界 共 生 ， 统 称 铂 系 元 素它 们 在 自 然 界 可 以 游 离 态 存 在 ， 如 铂 矿 和 锇 铱 矿 ， 也 可 共 生于 铜 和 镍 的 硫 化 物 中 ， 在 电 解 精 练 铜 和 镍 后 ， 铂 系 金 属 和 金 银 常 以阳 极 泥 的 形 式

52、存 在 于 电 解 槽 中铂 系 金 属 原 子 的 价 电 子 构 型 分 别 是 ： Ru： 4d 75s1； Rh： 4d85s1； Pd： 4d10； Os： 5d66s2； Ir： 5d76s2； Pt： 5d96s1与 核 外 电 子 排 布 规 律 不 完 全 一 致 。 原 因 ： 4d和 5s及 5d和 6s能 级 差与 3d和 4s相 比 更 小 ， 更 易 发 生 能 级 交 错 ， 导 致 原 子 最 外 层 电 子 有 从ns进 入 （ n-1） d的 更 强 趋 势 ， 这 种 趋 势 随 原 子 序 数 增 大 而 增 强 2021-7-24 高 考 化 学 专

53、题 过 渡 元 素 41 性 质 和 用 途除 锇 呈 蓝 灰 色 ， 其 余 均 呈 银 白 色 。 熔 沸 点 高 ， 密 度 大 ， 钌 锇硬 而 脆 ， 其 余 韧 性 、 延 展 性 好吸 收 气 体 ， 特 别 氢 气 和 氧 气 。 优 良 的 催 化 剂 ： 铂 是 烯 烃 和 炔烃 氧 化 和 氨 氧 化 合 成 硝 酸 的 催 化 剂 ； 钌 是 苯 氢 化 作 用 的 催 化 剂化 学 惰 性 ， 在 常 温 下 不 与 氧 、 氟 、 氮 等 非 金 属 反 应 ， 具 有 极高 的 抗 腐 蚀 性 能 。 Ru、 Rh、 Ir和 块 状 的 Os不 溶 于 王 水 。

54、 Pd和 Pt相 对较 活 泼 ， 可 溶 于 王 水 ， Pd可 溶 于 浓 硝 酸 和 浓 硫 酸 。 在 有 氧 化 剂 如KNO 3、 KClO3存 在 时 ， 铂 系 金 属 与 碱 共 熔 可 转 化 成 可 溶 性 化 合 物铂 可 做 蒸 发 皿 、 坩 埚 和 电 极 ； 铂 及 其 铂 铑 合 金 可 制 热 电 偶 ，铂 铱 合 金 可 制 造 金 笔 的 笔 尖 和 国 际 标 准 米 尺 。 铂 的 配 合 物 顺 铂 顺 -Pt(NH3)2Cl2是 重 要 的 抗 癌 药 物 。 Pt(NH3)4PtCl4n和Pt(NH3)2Cl2 Pt(NH3)2Cl4n是 很

55、有 发 展 前 途 的 半 导 体 材 料 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 42 13.3.10 易 熔 金 属 分 布IIB族 的 锌 Zn、 镉 Cd、 汞 Hg； IIIA族 的 镓 Ga、 铟 In、 铊 Tl；IVA族 的 锗 Ge、 锡 Sn、 铅 Pb九 种 元 素Zn、 Cd、 Hg价 电 子 构 型 分 别 为 3d104s2， 4d105s2 和 4f145d106s2, 稳 定 氧 化 态 为 +2， 汞 可 以 Hg2+2的 形 式 ， 呈 +1氧 化 态锌 30Zn 镓 31Ga 锗 32Ge镉 48Cd 铟 49In 锡 50Sn汞 80

56、Hg 铊 81Tl 铅 82Pb 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 43 性 质 和 用 途汞 是 常 温 下 唯 一 的 液 态 金 属 ， 且 在 273K473K之 间 体 积 膨 胀系 数 很 均 匀 ， 不 润 湿 玻 璃 ， 用 来 制 造 温 度 计 。 汞 的 密 度 很 大 （13.55g/cm3） ， 蒸 汽 压 低 ， 用 于 制 造 压 力 计 ， 还 可 用 于 高 压 汞 灯 和日 光 灯 。 汞 有 剧 毒 Zn Cd Hg熔 点 /K 692.73 594.1 234.28沸 点 /K 1180 1038 629.73原 子 化 焓 /

57、 （ kJ/mol） 130.73 112.01 61.32 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 44 汞 能 溶 解 许 多 金 属 ， 如 钠 、 钾 、 银 、 金 、 锌 、 镉 、 锡 、 铅 和铊 等 而 形 汞 齐 （ amalgam） 。 NaHg齐 反 应 平 稳 ， 是 有 机 合 成 的 常用 还 原 剂 ， 银 、 锡 、 铜 汞 齐 做 牙 齿 的 填 充 材 料 。 铊 汞 齐 在 213K才 凝固 ， 可 做 低 温 温 度 计锌 和 镉 主 要 用 于 电 镀 镀 层 、 电 池 工 业 和 催 化 剂锌 、 镉 、 汞 的 活 泼 性

58、由 ZnCdHg依 次 递 减 。 锌 和 镉 能 与 稀酸 反 应 放 出 氢 气 ， 汞 不 与 非 氧 化 性 酸 作 用 ， 但 可 溶 于 硝 酸 。 锌 不 同于 镉 和 汞 ， 还 可 与 强 碱 反 应 生 成 Zn(OH)42-。 在 干 燥 的 空 气 中 ， 它们 都 很 稳 定 ， 当 加 热 到 足 够 温 度 时 ， 锌 和 镉 可 以 在 空 气 中 燃 烧 ， 生成 氧 化 物 ， 而 汞 氧 化 很 慢 。 它 们 都 具 有 形 成 各 种 配 合 物 的 能 力 2021-7-24 高 考 化 学 专 题 过 渡 元 素 45 锌 是 人 体 必 须 的

59、微 量 元 素 ， 镉 和 汞 有 剧 毒镓 铟 铊 和 锗 都 是 稀 散 元 素 ， 具 有 低 熔 点 和 半 导 体 特 性 ， 在 电 子工 业 领 域 有 重 要 应 用锡 是 我 国 的 丰 产 元 素 。 云 南 锡 矿 闻 名 于 世 。 锡 和 铅 都 是 重 要 的低 熔 点 合 金 元 素 ， 如 青 铜 时 代 的 青 铜 就 是 锡 锌 铜 合 金 ， 印 刷 业 的 铅字 也 是 锡 铅 锑 合 金 。 锡 还 大 量 用 于 制 造 马 口 铁 。 铅 还 大 量 用 于 制 造铅 蓄 电 池 和 电 缆 皮 ， 另 外 由 于 它 密 度 大 ， 且 对 放 射 性 稳 定 而 做 放 射性 防 护 材 料 作 业1、 金 属 可 分 为 哪 8类 ， 各 包 括 哪 些 元 素2、 何 为 镧 系 收 缩 ， 对 元 素 的 性 质 有 哪 些 影 响 3、 P708 12