《过渡元素化校》PPT课件.ppt

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1、92 过渡元素,21 过渡元素的定义和分类 1、定义：三种划分方法第一种：B共8个竖行25种元素，其原子电子层结构特点：有未充满的d电子亚层。电子构型：(n1)d19ns12。第二种：BB共9个竖行28种元素，电子结构特点：原子及其重要的氧化态有未充满的d亚层，电子构型：(n-1)d轨道部分充满。(n-1)d 1-10 ns 1-2第三种：BB共10个竖行31种元素。(n-1)d 1-10ns 1-2。这种划分，“过渡”的含义是指从活泼金属元素到非金属元素的过渡或由周期表 s区元素过渡到 p区元素。我们采用第三种说法，从B族到B族10个从行包括7个副族和1个族）共31种元素，称为过渡元素。一般

2、：镧系和锕系除了镧和锕以外，过渡元素常不包括其他的镧系和锕系元素。,第一、第二和第三过渡系总称为“主过渡元素”;f区元素称为“内过渡元素”。,2、分类,为了讨论的方便，可以根据过渡元素的综合化学性质进行分类:,前过渡元素：IVBVIIB，不包括Mn，位于d区前部，其特征是其高价离子在水溶液中常发生聚合作用。,后过渡元素：Mn到Cu，第一过渡系的后部，其特点是以水溶液化学和配位化学为其特征。,贵金属元素：的第五、六周期元素有：Ru、Rh、Pd，Os、Ir、Pt，再加上Ag、Au，特征：丰富的配位化学。,第四周期：第一过渡系，又称轻过渡元素；,第五、第六周期：第二、三过渡系，又称重过渡元素。,周期

3、表 位置,不同 周期,电子进 入轨道,在此我们只介绍根据元素在周期的不同的分类：第一过渡系（轻过渡系）：对应第四周期，从钪（Sc）锌（Zn）10种元素第二过渡系（重过渡系）：对应第五周期，从钇（Y）镉（Cd）10种元素第三过渡系（重过渡系）：对应第六周期，从镧（La）汞（Hg）10种元素,22 过渡元素的价电子层结构,过渡元素价电子层结构：(n-1)d 1-10 ns 1-2(Pd:4d105s0),为了便于学习和理解，我们又把过渡元素分成两大类：,（1）从B族族元素 其结构特点是：最后一个电子依次填充在次外层的d轨道上（d1-9）。因而他们都是d区元素，它们的最外层和次外层电子都没有填满，最

4、外层电子数只有1或2个，且保持不变。价电子层构型为：(n-1)d 1-9 ns 1-2（此n表示电子所处的电子层数）,（2）从B族B族的元素,其结构特点是：它们次外层的d轨道已经填满，最后一个电子依次填充在最外层的S轨道上（S1-2）。因而他们不是d区元素，但是，这些族中的某些元素的原子，它们的次外层上的d电子也参加成键；而且他们的氧化态时d轨道并没有排满，如：Cu2+外围电子构型为3d9，Au3+为5d8等，它们的性质与d区元素很相似所以我们把B族、B族统称为dS区。所以可以认为，过渡元素是d区元素和dS区元素的总称。由于过渡元素的最外层电子数比较少，只有1或2个，所以都属于金属，所以过渡元

5、素又称谓过渡金属价电子层构型为：(n-1)d 10 ns 1-2,1、过渡元素电子层结构的特点与成键情况：,（1）(n-1)d 轨道的能量与ns、np轨道比较接近，是参与成键的内层轨道，所以次外层也是价电子层。（2）d轨道比s、p轨道数目多，不但成键可能性大，而且成键的数目多。（3）d轨道未充满其空轨道可以接受孤电子，形成配位化合物（4）(n-1)d与 ns 轨道能级的高低：当3d轨道无电子时，4s轨道的能量小于3d轨道;（钻穿效应为主）当3d轨道有了电子之后，其能量下降;能量低于4s轨道。此时，3d电子就成了内层电子。（屏蔽效应为主）或者说：对于原子：4s3d4p 对于离子：3d4s4p,2

6、-3过渡元素结构特征与通性,2、原子结构特征,（1）原子半径和离子半径：,B B B B B B B,结论：1）与同周期碱金属和碱土金属相比，原子半径都较小。如：r（k）=203pm，r（Ca）=174pm，原因：电子层数没变，核电荷数增加,BB元素的原子半径/pm,2）从左到右原子半径先逐步减小，但接近d10时半径又稍增大（d电子屏蔽效应小，d电子充满后，屏蔽效应加强有关）。,3）同族元素的原子半径从上到下增大，但第二、三过渡系元素同族半径相差极小。（镧系收缩的缘故）。,4）离子半径的规律与原子半径相似，d5半充满有例外。,3、过渡元素的通性,过渡元素的通性主要表现为：(1)全部是金属(2)

7、有多变的氧化态(3)水溶液中的离子往往有颜色(4)易形成配合物,1）过渡元素都是金属,a、过渡元素最外层只有12个电子，所以都表现出金属性。因此过渡元素又称过渡金属。b、由于过渡元素的原子半径较小，但荷电荷数较大，所以金属性相对较弱。c、过渡元素的原子半径小且比较相近，所以可互熔成合金。d、过渡元素的原子半径较小，但荷电荷数较大，即有较小的原子体积和较大的原子量，所以表现出：密度大。如：Cs的密度为1.90g/cm3,Pt的密度为21.45g/cm3f、过渡元素的最外层S电子和次外层的d电子都参加成键，且堆积程度大所以表现出，晶体的熔点高，硬度大。如：铯（Cs）的熔点为28.59，钨（W）的熔

8、点为3380。,2）过渡金属的活泼性,a、过渡元素一般不与水反应，但第一过渡系的金属能与盐酸或硫酸作用，置换出H2，但活泼性逐渐减弱。这从它们的标准电动势较低可以得到反应。,第一过渡系元素的标准电极电动势（伏）,金属,电动势,电对,b、同族元素从上往下，它们的金属性是逐渐减弱的。如：B族的Cr、Mo、W，铬能与盐酸或硫酸反应置换出氢 气，钼不能，只能溶于煮沸的稀盐酸中，钨只能溶于氢氟 酸和硝酸的混合酸中。原因：核电荷数明显增大，但半径变化不大，原子核对价电子 的束缚力加强。这和主族元素的性质递变规律正好相反。,3）过渡元素的多变氧化态,过渡元素一般都有多变的氧化态。如：Fe有+2、+3、+6

9、三种氧化态（FeO、Fe2O3、Na2FeO4等）Cr有+2、+3、+6 三种氧化态（CrO、Cr2O3、CrO3等）Mn有+2、+3、+4、+6、+7 多种氧化态（MnO、Mn2O3、MnO2、K2MnO4、KMnO4等）,第一过渡系元素的常见氧化数,原因：过渡元素的最外S电子和次外层的d电子都可以成键。其稳定的氧化态表现的价态与稳定性有关。即当等价轨道处于全充满、半充满或全空时比较稳定。,4）过渡元素的化合物或其离子的水溶液往往显示一定的颜色,IIIB VIIB族：最高氧化态=族数 VIIIB族:最高氧化态 族数,过渡元素在水溶液中大都形成的水合配离子而显色（与s区、p区不同），原因是：过

10、渡金属离子d 轨 道一 般不充满，（据晶体场理论）在配体水的影响下，d轨道发生分裂，形成能量不同的两组，受到光照，不同d轨道上的 电子 会吸收能量产生 d-d 跃迁，d-d 跃迁吸收的能量一般在可见光范围，所以过渡金属水合离子就呈现其互补色。不同的过渡金属离子其电子发生d-d跃迁吸收的能量不同，因而显示不同的颜色。当最外层呈现d0或d10结构时，过渡金属离子一般不显示颜色。,Ti3+V2+V3+Cr3+Mn2+Fe2+Fe3+Co2+Ni2+紫红 紫 绿 蓝紫 肉色 浅绿 淡紫 粉红 绿,Mn(II)Fe(II)Co(II)Ni(II)Cu(II)Zn(II),过渡金属水合离子呈现的多种颜色,

11、未成对d电子发生跃迁,5）过渡元素容易形成配位化合物,过渡金属离子和某些过渡金属原子，由于存在空的nS、nP和部分甚至全空的 d 轨道，可以接受配体提供的孤对电子，形成配位键，形成配位离子和配位化合物。如：K4Fe(CN)6、K3Fe(CN)6、Ag(NH3)2OH、Cu(H2O)42+等 铂系元素由于原子半径小，d电子数较多，且易变形，更易形成配位化合物。如：H2 PtCl6。,其他还有：如许多过渡元素及其化合物具有独特的催化性能；多数过渡元素的原子或离子具有顺磁性，以及过渡金属氧化物的水化物的酸碱性的递变规律等，在以后介绍具体元素时再讨论，在此不介绍了。,3-1 铬 单 质,1、物理性质

12、铬是银白色、有光泽、硬度最大的金属但脆，熔点高，有延展性。铬由于有良好的光泽和很强的抗腐蚀性，所以广泛用于电镀工业，作金属的保护镀层。铬在形成金属键时提供6个电子,金属键较强,93 铬（Cr）,B族包括：铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）三个元素。铬的价电子构型：3d54S1 氧化态：+2、+3、+6。其中以+3和+6的化合物较常见。,铬在地壳中的丰度为：约0.018%，主要以矿物形式存在。如：铬铁矿：Fe(CrO2)2,归纳为：高熔点，高硬度，高强度，耐腐蚀性,铬元素电势图/伏,由铬的标准电极电位可见，铬具有较强的还原性，是比较活泼的金属，但由于表面易形成氧化膜而变为钝态，活泼性下降,2、化学

13、性质,（1）与非氧化性的无机酸反应如：与盐酸或稀H2SO4的反应,Cr+2HCl=CrCl2+H2 蓝色溶液,4CrCl2+4HCl+O2=4CrCl3+2H2O 空气中变绿,Cr2+(aq)Cr3+(aq),（2）与热的浓H2SO4的反应,2Cr+6H2SO4(浓)=Cr2(SO4)3+3SO2+6H2O,（3）冷的浓H2SO4、冷的HNO3无论浓稀都可以把铬钝化，甚至冷的王水也不能溶解铬。,铬也能发生置换反应把溶液中铜等置换出来。高温下能与卤素、氮、氧、碳等许多非金属反应。,3、用途（1）做各种不锈钢的器件，不锈钢中铬含量在12%14%（2）制造其它合金（3）做金属陶瓷(含77%的Cr,2

14、3%的Al2O3)（4）作金属表面的电镀保护层,3-2 铬的化合物 铬的化合物中氧化态有：+2、+3、+6。其中以+3 和+6 的化合物较常见。,1、Cr(III)化合物,常见的：Cr2O3、Cr(OH)3、Cr2(SO4)3和亚铬酸盐等,（1）Cr2O3(铬绿)微溶于水,具有-Al2O3的结构,制备,两性,亚铬盐（紫色）亚铬酸盐（绿色）,这和Al2O3的性质很相似,（2）Cr(OH)3,紫色 灰蓝色 绿色,在可溶性的铬（）盐溶液中加碱，得到灰兰色的胶状Cr(OH)3沉淀，Cr(OH)3显两性在溶液中存在下列平衡,Cr3+3OH-Cr(OH)3 Cr(OH)4-,OH-H+,OH-H+,当pH

15、 4.6时，Cr（）以简单阳离子Cr3+的形式存在，当pH1314时，就以Cr(OH)4-的形式存在。Cr(OH)4-通常可以写成CrO2-,（3）Cr(III)盐和亚铬酸盐,可见，在酸性介质中Cr3+相当稳定,只有很强氧化剂才能将其氧化,在碱性介质中CrO2-还原性较强，易被氧化为CrO42-,Cr3+在溶液中实际以d2sp3型配离子Cr(H2O)63+的形式存在。但Cl-或NH3可以取代水分子。如CrCl36H2O有三种异构体：Cr(H2O)6Cl3紫色，Cr(H2O)5ClCl2H2O淡绿色，Cr(H2O)4Cl2Cl2H2O暗绿色,2、Cr(VI)化合物,（1）在水溶液中存在下列平衡,

16、常见为含氧酸盐和对应酸:重铬酸盐、铬酸盐，重铬酸、铬酸。,黄色 橙色,加酸平衡右移，当pH6：溶液中以CrO42-为主,当加入Ba2+Pb2+Ag+等由于生成铬酸盐沉淀，平衡左移,2Ba2+Cr2O72-+H2O=2H+2BaCrO4(黄),Ag+Cr2O72-或 CrO42-Ag2CrO4(砖红色),Pb2+Cr2O72-或 CrO42-PbCrO4(黄色),分析化学中常用于检验这些离子,（2）重铬酸盐的强氧化性,如：Cr2O72-+14H+6I-=2Cr3+3I2+7H2O,用途 分析化学中用K2Cr2O7测定铁的含量,重铬酸盐氧化乙醇监测司机是否酒后开车,重铬酸盐在酸性溶液中是强氧化剂，

17、可以氧化H2S、H2SO3、HI、Fe2+等，加热时可以氧化浓盐酸逸出Cl2。,K2Cr2O7 指示剂,（3）三氧化铬：CrO3 酸酐,强氧化剂,K2Cr2O7+H2SO4=K2SO4+CrO3+H2O,是强氧化剂,棕红色逐渐变为绿色失效 想想为什么,重铬酸钾浓溶液中加入浓硫酸灰析出橙红色晶体CrO3,CrO3(s)+H2O=H2CrO4 H2CrO4强酸,酸性接近于硫酸，但H2CrO4只能在溶液中存在，无法分离出纯净的铬酸。,介绍 常用的洗液：K2Cr2O7饱和溶液+H2SO4（浓）,？,3、Cr()和Cr（）的鉴定,OH5C2 C2H5,过氧化物不稳定，在乙醚中可以形成稳定的加合物为兰色,

18、小结：,4-1 锰 单 质,1、制备：,2、物理性质,(1)块状锰为银白色,粉末状为灰色，锰的熔点较高（1247）硬度较大但脆。(2)锰在制合金有重要用途,9.4 锰（Mn）,Mn是B族元素，B族包括：锰（Mn）、锝（Tc）、铼（Re）三个元素。称锰族元素 锰的价电子构型：3d54S2 氧化态：+2、+3、+4、+6、+7。其中以+2、+4、+6和+7的化合物较常见。,锰在地壳中的丰度为：约0.085%，主要以矿物形式存在。如：软锰矿(MnO2xH2O)。锰是一种重要的金属元素，应用很广。,3、化学性质,（2）高温下与卤素、O2、S、C、P等非金属直接化合,（1）锰是活泼金属，呈强还原性,（3

19、）在氧化剂存在下与熔融的碱作用生成锰酸盐,锰元素电势图/伏,由电势图和电子层结构可知：（1）Mn2+很稳定，在酸性介质中，Mn2+还原性不强,与强氧化剂才能反应,4-2 锰(II)的化合物,说明：鉴定Mn2+常用NaBiO3或(NH4)2S2O8反应生成MnO4-溶 液显紫色 酸化时用HNO3不能用盐酸 C(Mn2+)很低时，也很灵敏,Mn（）的强酸盐都易溶于水,水溶液呈淡红色,（2）Mn()在碱性条件下不稳定(还原性强),如：MnSO4+2NaOH=Mn(OH)2(白)+Na2SO4,2Mn(OH)2+O2=2MnO(OH)2(棕色),Mn(OH)2+氧化剂 MnO2 或 K2MnO4,Mn

20、O2,（3）酸性介质中，显强氧化剂,4-3 锰(IV)的化合物,（1）黑色无定形粉末，不溶于水和稀酸（2）热不稳定性,（4）在强碱性介质中呈还原性，氧化产物为锰酸盐,绿色,1、K2MnO4,4-4 锰(VI)和锰(VII)的化合物,（1）暗绿色晶体；（2）强碱性溶液中能稳定存在（3）在酸性、中性、弱碱性介质中均自发歧化生成高锰酸盐和二氧化锰,强碱性介质中，锰酸盐能稳定存在的原因：MnO42-/MnO2电对的电极电动势受H+的影响大，而MnO4-/MnO42-电对的电极电动势的高低，不受H+的影响。熔碱+氧化剂+MnO2 MnO42-盐,K2MnO4在酸介质中歧化，得KMnO4和MnO2,2、K

21、MnO4,KMnO4是深紫色晶体,比较稳定；水溶液紫红色,光及MnO2对KMnO4的分解起催化作用,所以KMnO4溶液应保存于棕色瓶中,KMnO4的性质：不稳定性和强氧化性,（1）不稳定性,受热分解,（2）强氧化性,溶液的酸度不同，KMnO4被还原的产物不同,酸性溶液：,中性或微酸、弱减性：,强碱性：,KMnO4+H2SO4(浓、冷)Mn2O7,Mn2O7 呈绿色油状，强氧化性Mn2O7+有机物（例乙醇）爆炸、燃烧,MnO4-+5Fe2+8H+=Mn2+5Fe3+4H2O,3、应用 在分析化学中应用氧化还原法，用KMnO4测定铁等各种物质的含量。,生成,归纳（1）酸性介质中Mn2+稳定（2）中

22、性、弱碱性溶液中MnO2稳定（3）强碱性介质中MnO42-稳定,小 结,(黑褐),(白色),(肉色),(深肉色）,无O2+OH-,H+,KClO3+KOH,H+或CO2(歧化),H2O+SO32-,OH-(浓)+SO32-,H+或CO32-(歧化),紫色,暗绿,9-5 铁,VIII族包括：铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）9种元素。第一过渡系的Fe、Co、Ni的性质很相似，统称为铁系元素。第二过渡系、第三过渡系的Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt由于镧系收缩等原因，性质也很相似称为铂系元素；铂系元素是稀有元素，和金（Au）

23、、银（Ag）一起又称为贵金属。,铁系和铂系元素,我们主要介绍铁系元素中的铁。,铁系元素（铁、钴、镍）,铂系元素（钌、铑、钯、锇、铱、铂）,5-1 铁单质,铁系元素的基本性质,Fe3+的电子层结构为3d54s0，所以，Fe3+比Fe2+稳定。氧化数为+6的铁，主要存在于高铁酸盐中，如：高铁酸钠（Na2FeO4）。铁和钾、钙同属第四周期，由于铁的原子半径比钾、钙小很多，但核电荷数大于钾、钙，所以活泼明显降低。r(K):r(Ca):r(Fe)=2.35A:1.97A:1.26A,O O O,铁是自然界分布最广的金属元素之一。铁是迄今为止人类冶炼最多、应用最广泛的金属。铁在地壳中的含量约5%，在金属中

24、仅次于铝。在金属分类中，铁和铬、锰统称为黑色金属铁在自然界的存在：游离态:陨石中 化合态:矿石，如磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、褐铁矿(2Fe2O33H2O)、菱铁矿(FeCO3)。,1、铁的物理性质：,（）纯净的铁是银白色金属,有光泽（2）具有良好的延展性和坚韧性（3）是电和热的良导体（4）密度是7.86g/cm3，熔点：1535沸点是2750（5）特性:能被磁体吸引，在磁场作用下可以被磁化而具铁磁性 纯铁抗腐蚀力强，但通常铁都含有碳或其他元素，因而熔点降低，抗腐蚀力弱。,（1）与非金属反应（Cl2、Br2、I2、O2、S等),2、铁的化学性质：,2Fe+3Cl2 2FeCl3

25、 现象：褐色的烟,3Fe+2O2 Fe3O4,Fe+S FeS（黑色）,铁是比较活泼的金属，一定条件下能与许多非金属和某些化合物反应。,问：如何制取FeCl2？铁与Br2、I2反应的产物是什么？,如持续加热呢？,硫和碘的性质相似性，与铁反应都生成亚铁,（2）与某些盐溶液反应,Fe+CuSO4 FeSO4+Cu,（3）与酸反应：,(a)与非氧化性酸反应（置换反应）,Fe+2HCl 2FeCl2+H2,Fe+H2SO4(稀)FeSO4+H2,Fe+Fe2(SO4)3 3FeSO4,想想：上述两个反应在实际生产和实验室有哪些应 用 想想有哪些现象？,（b）与氧化性酸反应（HNO3、浓H2SO4）,常

26、温下与浓硝酸、浓硫酸产生钝化现象,加热时反应。,Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO+2H2O,想想：钝化是否没反应？哪些金属也有此性质,与稀硝酸不加热也反应，产物不是氢气,思考：加过量铁时产物会有什么变化？如何写方程式？,4、与水反应：,常温下通常不与水反应，高温时可以反应,从上述反应比较Fe与H2的还原性可得到什么启示？,5、不纯铁的电化腐蚀反应,反应式：4Fe+nH2O+3O22Fe2O3nH2O,想想铁的电化腐蚀实际是怎么进行的？,+：O2+2H2O+4e=4OH-：Fe 2e=Fe2+,Fe2+2OH-=Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,Fe(

27、OH)3Fe2O3XH2O 未配平,讨论题：1、把铁投入下列溶液中，铁与下列物质不反应的是（）A.HAc溶液 B.浓硝酸 C.浓硫酸 D.稀硝酸 E.氢氧化钠溶液 F.二氧化硫水溶液2、由两种金属组成的合金50克，与氯气完全反应，消耗氯气71克，则该金属的可能组成是（）A.Cu和Zn B.Na和Al C.Fe和Cu D.Mg和Ca,E,C,3、下列可用铁桶较长期盛装的是（）A.FeCl3(溶液)B.CuSO4(溶液)C.4mol/L HNO3(冷)D.18mol/L H2SO4(冷)E.AlCl3(溶液),D,4、将铁粉撒入下列溶液中充分反应后，溶液的质量增加但无气体放出的是（）A、CuCl2

28、 B、H2SO4 C、AgNO3 D、Fe2（SO4）,D,2、铁的化合物,铁是比较活泼的金属，在自然界主要以化合态和矿物形式存在。铁的化合物主要有：铁的氧化物 铁的氢氧化物 铁盐,氧化铁红,磁性氧化铁,黑色粉末,红棕色粉末,黑色晶体,碱 性 氧 化 物,都能与酸反应。如,（1）铁的氧化物：,色 态化合价水溶性类 型,（a）铁的氧化物性质比较,（b）铁的氧化物生成和相互转化,铁的氧化物生成 3Fe+4O2 2Fe3O4 2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O 铁的氧化物相互转化 Fe3O4 Fe FeO Fe2O3,点燃,CO,H2,O2,CO,H2,CO,H2,CO,H2,O2,将NaOH溶

29、液滴入FeCl3溶液 产生红褐色沉淀 将NaOH溶液滴到新制的FeSO4溶液中。产生白色沉淀灰绿色红褐色离子方程式和化学方程式：,（2）铁的氢氧化物：,Fe3+3OH-Fe(OH)3（红褐色）Fe2+2OH-Fe(OH)2（白色）4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,(a)铁的氢氧化物的制备,（b）铁的氢氧化物的主要性质,具有不溶性碱的共性热不稳定性 2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O具有碱性氢氧化物的性质，与酸等反应,（2）Fe（）盐 Fe能形成稳定的+3价简单盐，常见的是强酸盐；Fe(NO3)36H2O、FeCl36H2O、Fe2(SO4)312H2O。溶解性：都易溶于水

30、。盐中的Fe(H2O)63+（浅紫色），它也可存在于pH=0左右的强酸性溶液中。水解性：Fe()盐比Fe（）更易水解，使溶液呈黄色或红棕色。Fe(H2O)63+H2O Fe(OH)(H2O)52+H3O+Fe(OH)(H2O)52+H2O Fe(OH)2(H2O)4+H3O+,3.一些重要的铁盐（1）Fe()盐：强酸盐都易溶于水，并微弱水解，显示酸性；水合盐晶体及其水溶液呈现浅绿色：Fe(H2O)62+，如 FeSO47H2O:俗称绿矾，浅绿色 复盐(NH4)2SO4FeSO46H2O硫酸亚铁铵，俗称摩尔盐（它比FeSO4更稳定，常作分析化学中的还原剂）,水解及双水解反应如：FeCl3溶液呈酸

31、性与Na2CO3的双水解反应：2Fe3+3CO32-+3H2O 2Fe(OH)3+3CO2,Fe3+,CO32-,HCO3-,AlO2-等,Fe3+与S2-、I-、H2S等应该发生什么反应呢？,想想 Fe3+与下列微粒反应的离子反应和化学方程式 的书写,（a）FeCl3的化学性质与可溶碱的反应：如：氨水、烧碱等反应与某些盐的反应:如：硝酸银等的反应,强氧化性：与H2S、Fe、Cu、KI、S2-、I-等的反应 2Fe3+H2S S+2Fe2+2H+2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+Fe的配合物和Fe3+检验：（a）硫氰配合物 实验在FeCl3稀溶液中滴入数滴 KSCN溶液，溶液呈血红色；再加入少

32、量还原铁粉，红色褪去；取出上层液，再滴入氯水或H2O2，溶液又显红色,离子反应方程式：Fe3+nSCN-Fe(SCN)n(3-n)+6种配离子。（6种配离子溶于水均呈血红色）该反应十分灵敏，可检出微量Fe3+；常用于Fe3+的定性检验 2Fe(SCN)2+Fe 3Fe2+SCN-2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-Fe3+nSCN-Fe(SCN)n(3-n)+（血红色）,（b）氰配合物,向Fe3+溶液中加入六氰合铁（）酸钾（习惯称亚铁氰化钾-黄血盐）K4Fe(CN)6溶液，出现兰色沉淀称普鲁士蓝。用于检验Fe3+,反应式：K+Fe(CN)64-+Fe3+KFeFe(CN)6(普鲁士蓝),(b)

33、亚铁盐的化学性质与可溶碱的反应：如:氨水、烧碱等的反应较强的还原性：如:可以被氯水、溴水、双氧水、HNO3、KMnO4、K2Cr2O7、O2等氧化剂氧化,Fe(NO3)2的特殊性：在溶液Fe(NO3)2的中加入盐酸或硫酸有何现象,溶液变为棕黄色,如：6Fe2+Cr2O72-+14H+6Fe3+2Cr3+7H2O 空气中：4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O,Fe的配合物和Fe2+的检验：,向Fe3+溶液中加入六氰合铁（）酸钾（习惯称铁氰化钾-赤血盐）K3Fe(CN)6溶液，出现兰色沉淀称滕氏蓝。用于检验Fe2+,反应式：K+Fe(CN)63-+Fe2+KFeFe(CN)6(滕氏蓝),经结构

34、分析测定普鲁士蓝和滕氏蓝不但化学式相同都是：KFeFe(CN)6；而且结构也是一样的，都是内界为铁（）外界为铁（）。,铁还能形成其它配合物，如：Fe(CO)5五羰基合铁（0）（浅黄色液体）等。,练练Fe3+、Fe2+、Fe的相互转化的一些反应式,FeBr2+Cl2(逐滴至过量)FeI2+Cl2(逐滴至过量)，FeCl3+HI FeCl3+H2S Fe（少）+HNO3(稀)Fe(过量)+HNO3（稀）FeCl3+Na2CO3 FeCl3+NaHCO3 FeS+HNO3（稀）FeCl2+NaOH,（4）Fe2+、Fe3+的检验和确定存在,KSCN溶液 K4Fe(CN)6 NaOH溶液,Fe3+检验

35、,现象,溶液呈血红色,红褐色沉淀,Fe2+检验,NaOH溶液K3Fe(CN)6KSCN溶液 后，再加氯水或过氧化氢,白色沉淀灰绿色红褐色,先无现象，再加后溶液呈血红色,兰色沉淀,兰色沉淀,1、家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（）A.4Fe(OH)22H2OO24Fe(OH)3 B.2Fe2H2OO2 2Fe(OH)2 C.2H2OO24e OH D.Fe3e Fe3,D,讨论题,2、在稀盐酸中投入铜粉没有现象，在此溶液中加入下列物质，铜会溶解的是（）A.适量氯化铜溶液 B.适量氯化铁溶液 C.适量硝酸钠固体 D.适量银粉,BC,三、炼铁和炼钢,（一

36、）炼铁 1、铁合金（1）生铁：含碳量24.3%的铁合金 硬而脆 生铁中除含碳外，还含Si、Mn和少量S、P等。,根据碳在铁中存在的形态不同，生铁分为：,炼钢生铁（又称白口铁）铸造生铁（又称灰口铁）球墨生铁其他生铁：如硅铁、锰铁,生铁,2、钢 钢也是铁合金，含碳一般0.032%钢的性能：坚硬、有韧性、弹性，可锻造、延压、铸造。低碳钢：含碳量低于0.3%碳素钢 中碳钢：含碳量0.30.6%钢（普通钢）高碳钢：含碳量大于0.6%钨钢、锰钢：硬度大，可制刀具、履带等 合金钢 锰硅钢：韧性特别强，可制弹簧圈等（特种钢）钨铬钢：韧性好硬度大，制刀具、模具等 镍铬钢（不锈钢）：抗腐蚀、耐氧化，制 医疗器件、

37、餐具等,3、炼铁：,铁在地壳里以矿物形式存在称为铁矿石铁矿石主要有：磁铁矿石（主要成分：Fe3O4）：黑色或略带浅兰 色 晶体，有磁性。赤铁矿石（主要成分：Fe2O3）：暗红，含铁多 会呈黑色。褐铁矿石（主要成分：2Fe2O33H2O）：褐色、黄 褐色、黑褐色菱铁矿石（主要成分：FeCO3）：黄白、浅褐、深 褐色,（1）炼铁原理：利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂把矿石中的铁还原出来。,（2）炼铁设备：高炉高炉构造：5个部分组成：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸 5个口：进料口、进风口、出铁口、出渣口、高炉煤气出口,（3）炼铁原料：铁矿石、焦炭（还原剂）、石灰石（作熔剂）,炼铁高炉,（4）炼铁过

38、程和主要反应：反应：C+CO2 CO2+Q CO2+C 2CO Q Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2除脉石：CaCO3 CaO+CO2 CaO+SiO2 CaSiO3,产品：生铁主要用于炼钢炉渣作水泥、渣砖高炉煤气（CO、CO2、N2等）净化处理后作 气体燃料。,高温,高温,高温,（二）炼钢：,原理：利用氧化还原反应，把生铁中过多 的碳和其他杂质锰、硅、硫、磷等 杂质氧化成气体或炉渣除去。,目的：适当降低生铁里的含碳量，除去大 部分S、P等有害物质，调整钢里合 金元素的含量。,原料：生铁 氧化剂：O2（或空气）、氧化铁 造渣材料：生石灰（CaO）,主要反应：2Fe+O2 2FeO+Q Mn

39、+FeO MnO+Fe+Q Si+2FeO SiO2+2Fe+Q C+FeO CO+Fe+Q SiO2+FeO FeOSiO2 SiO2+MnO MnOSiO2 FeS+CaO FeO+CaS 2P+5FeO+3CaO 5Fe+Ca3(PO4)2 FeOSiO2+CaO CaOSiO2+FeO Si+2FeO 2Fe+SiO2 Mn+FeO MnO+Fe 2Al+3FeO 3Fe+Al2O3,高温,高温,高温,高温,高温,高温,高温,高温,高温,脱S脱P,高温,脱氧,调节成分,加工成钢渣磷肥,防止钢的热脆性制合金钢,思考题：,1、炼铁与炼钢的原理有哪些相同点和不同点？2、炼铁中的实际还原剂是什

40、么？在炼铁过程中为什么要加入石灰石？在炼钢时加入CaO它们各起什么作用？3、炼钢开始和结束都有FeO与Mn、Si、Al等的反应，它们的目的有什么不同？4、高炉煤气与水煤气的成分有什么不同？,相同点：都是利用了氧化还原反应不同点：还原炼铁，氧化（除杂）炼钢,炼铁：CO；作熔剂，除去脉石（SiO2)炼钢：造渣材料,开始是除去Si等杂质，结束是脱去FeO中的氧并调节成分,高炉煤气：CO、CO2、N2等，水煤气：CO、H2等,小结,5-1 铜 单 质,95 铜（Cu）,B族（称铜副族）主要包括：铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）三个元素。111Uun为放射性元素不讨论。价电子构型：(n-1)d10nS

41、1，铜是3d104S1。铜的氧化数：有+1、+2。其中以+2的化合物较多见。铜离子具有较强的极化力。易形成配合物。铜和钾都是第四周期的金属，最外层只有1个电子，但由于铜的次外层有18个电子比钾多了3d轨道10个电子，3d轨道离核较远，对原子核的屏蔽作用小，而铜元素的核电荷数大于钾，而原子半径铜（1.17A）比钾的原子半径（2.03A）小得多。标准电极电动势(Cu+/Cu)=+0.52伏,(K+/K)=-2.925伏。活泼性：kCu,铜是人类发现最早发现和使用的金属之一。主要以矿物形式存在，有黄铜矿(CuFeS2)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石Cu2(OH)2CO3、赤铜矿（Cu2O）等。地壳的含

42、量约万分之一。,o o,1、物理性质铜是有紫红色光泽，有较好的延展性，质较软的金属。熔点：1083，密度：8.92g/cm3。是热和电的良导体。铜有较好的耐腐蚀能力。铜常制成合金，如黄铜、青铜和白铜分别用作仪器部件等。,2、化学性质,铜是不太活泼金属，可形成+1，+2，氧化态的化合物，Cu(+2)较稳定。（1）在含CO2的潮湿空气中，铜可以生锈生成铜绿显绿色：,2Cu+H2O+CO2+O2 Cu2(OH)2CO3,（2）可溶于浓硫酸和浓硝酸中，Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+2H2O+SO2,（3）通氧下，铜可溶于加热的硫酸和盐酸 2Cu+2H2SO4+O2 2CuSO4+2H2O 2Cu

43、+8HCl（浓，热）2H3CuCl4+H2,（4）与非金属O2、卤素和硫等可以直接化合,5-2铜的重要化合物,1、氧化物和氢氧化物 Cu2O（砖红色）CuO（黑色）Cu(OH)2（兰色）性质：均难溶于水，有颜色。热稳定性：氧化物中CuO、Cu2O稳定性都高，但CuOCu2O 酸碱性：CuO和Cu(OH)2均为两性偏碱性的化合物。如CuO、Cu(OH)2易溶于酸，也能溶于浓的强碱中：,Cu(OH)2+2H+Cu2+2H2O Cu(OH)2+2OH-Cu(OH)42-（兰色）,Cu2O特殊性：易溶于稀硫酸，并立即歧化反应：Cu2O+2H+Cu2+Cu+H2O 但与盐酸反应得CuCl白色沉淀：Cu2

44、O+2HCl 2CuCl+H2O,与氨水的反应：Cu2O和CuO、Cu(OH)2均能溶于氨水。Cu2O+4NH3+H2O 2Cu(NH3)2+2OH-生成物不稳定在空气中易被氧化4Cu(NH3)2+O2+8NH3+2H2O 4Cu(NH3)42+4OH-Cu(OH)2+4NH3 Cu(NH3)42+2OH-,（深紫兰色）,2、盐类：（CuCl2、CuSO4）,（2）CuCl2：无水CuCl2为共价化合物，平面链状。棕黄色固体。性质：易溶于水和有机溶剂（如乙醇、丙酮）。配离子互变：Cu(H2O)42+4Cl-CuCl42-+4H2O（兰色）（黄色）所以CuCl2的浓溶液通常呈黄绿色或绿色。,（3

45、）CuSO4：CuSO45H2O实际为Cu(H2O)4SO4H2O 无水CuSO4为白色粉末，吸水性强，吸水后显兰色，可用于检验有机液体中的水分，也可作干燥剂。CuSO4是制铜盐的重要原料（CuSO4+石灰乳）波尔多液（农药之一）,3、Cu（）的配合物 Cu()与单齿配体一般形成配位数为4的正方形构型（dsp2杂化）如Cu(H2O)42+、CuCl42-、Cu(NH3)42+等，Cu(NH3)42+为深紫兰色。分析化学上，根据颜色深浅进行比色分析测Cu的含量。它还能溶解纤维，在所得纤维素溶液中加酸或水时，纤维又可析出，工业上因此用于制人造丝。Cu()还与一些有机螯合剂（如：乙二胺等）形成稳定的

46、螯合物。,4、Cu(I)与Cu()的相互转化 从Cu(I)结构（3d10）看，Cu(I)是稳定的，如自然界中有Cu2O和Cu2S的矿物存在。但在水溶液中Cu+易歧化，这是由于Cu2+的电荷比Cu+多，半径又小，所以Cu2+的水合焓（-2100kJmol-1）比Cu+的（-593 kJmol-1）小得多。水溶液中Cu2+比Cu+稳定。看电极电动势：Cu2+Cu+Cu 左 右，在酸性水溶液中，Cu+易歧化：2Cu+Cu2+Cu 如何在水溶液中使Cu()向Cu(I)转化呢？必须有还原剂，降低C(Cu+)，办法是使Cu(I)成为难溶物或难解离的配合物。,+0.159V,+0.52V,阳极：含杂质的铜 Cu-2e=Cu2+氧化阴极：纯铜薄片 Cu2+2e=Cu 还原电解液：CuSO4溶液原因：电解时含杂质的铜和金属活动顺序位于铜前的金属（如：Zn、Fe、Ni等）在阳极溶解，位于铜后的金属由于铜的存在，不会溶解。在阴极，Cu2+比它们易得电子还原成铜。溶液中Cu2+存在，这些离子氧化性弱于Cu2+，不会得电子析出金属。电解法精炼的铜纯度可达到99.99%以上。,（2）电解法精炼铜,（1）矿物的冶炼（根据Cu的矿石不同方法不同）,干法：氧化物矿直接用碳还原。湿法：,