13过渡I

第十三章过渡元素（Ⅰ）

本章重点

1 过渡元素的电子层结构及通性;

2 钛、钒、铬、钨、锰元素及其化合物的结构、性质、制法和用途。

3 过渡元素重要的离子反应。

钛的重要反应钒的重要反应

H2TiF6Ti3+NH4VO3

Ti TiCl4 Na3VO4 V2O5（红棕色）VOCl2

FeTiO3TOSO4TiO2 VO+2(黄)

[Ti(O2)OH(H2O)4]+ VO+（蓝）

(在稀酸或中性溶液中呈黄色)

V3+（绿）

V2+（紫）

铬的重要反应锰的重要反应

Cr

Cr2+

Mn2+Mn(OH)2MnO2 Cr(OH)-4Cr(OH)3 Cr3+

Fe(CrO2)2CrO42- Cr2O72-

MnO4-MnO42-

BaCrO4,PbCrO4,Ag2CrO4CrO5

练习题

1 最活泼的金属是(Cs)，导电性最好的金属是(Ag)，延展性最好的金属是(Au)，熔点最低的金属是(Hg)，熔点最高的金属是(W)；硬度最大的金属是(Cr)，熔沸点差别最大的金属是(Ga)，被誉为空间或亲生物金属是(Ti)；密度最大的是（Os），密度最小的金属是（Li）。

2 过渡元素电子层结构上的特点是什么？它们有何共同的性质？

(n-1)d1-9ns1-2.最外层1-2个电子，最外层和次外层均未充满；

都是金属、多变氧化态、易形成配合物、水合离子多呈现一定颜色。

3 过渡元素的金属活泼性在周期内从左到右（减弱），其最高氧化态的含氧酸的酸性（增强），氧化性（增强）；同族内金属性从上到下逐渐（减弱，除第三副族外），最高氧化态的稳定性逐渐（增强）；最高氧化态的含氧酸的酸性（减弱）；氧化性（减弱）。

4 指出下列水合离子的颜色：

Ti3+V2+V3+VO2+VO2+Cr3+Fe2+Fe3+Mn2+Mn3+ Co2+Ni2+

紫紫绿蓝黄蓝紫浅绿淡紫肉红紫红粉红绿

CrO2-Cr(OH)4-CrO42-Cr2O72-MnO42-MnO4-VO3-CoCl42-Fe(CN)63-Fe(CN)64-亮绿黄橙红绿紫红棕蓝红棕黄

5 工业上如何利用金红石或钛铁矿、铬铁矿、软锰矿、黑钨矿制取金属钛、重铬酸钾、高锰酸钾和金属钨？写出有关的方程式。

6 二氧化钛在现代社会中有着广泛的用途,其产量已成为衡量一个国家经济发展程度的重要标志。请回答下列问题：

（1）写出以钛铁矿为原料用硫酸法生产钛白粉的方程式；

FeTiO3 + 2H2SO4 == TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O

TiOSO4 (n+1) H2O == TiO2.n H2O + H2SO4

TiO2.n H2O == TiO2 + n H2O

（2）此法主要的副产品是什么？FeSO4

（3）此法生产中排放的废液对周围环境有哪些不利影响？

向环境排放大量废酸液；废液中含有大量硫酸亚铁在水系中消耗氧气变成硫酸铁，使

水中含氧量降低，影响水中生物的生存；废液中还会含有一些有毒的重金属离子。目

前多采用氯化法生产钛白粉。

（4）写出以金红石为原料用氯化法生产钛白粉的方程式；

TiO2 + C + 2Cl2 == TiCl4 + CO TiCl4 + O2 == TiO2 + 2Cl2

（5）比较硫酸法和氯化法的优缺点。

7

（1）在军舰上用TiCl4作烟幕弹；TiCl4 + 3H2O == H2TiO3↓+ 4HCl

(2)在VO2Cl的盐酸溶液中加入锌粒溶液由黄变蓝变绿，最后变成紫色；

2VO2+ (黄)+ 4H+ + Zn == 2VO2+ (蓝)+ Zn2+ + 2H2O

2VO2+ + 4H+ + Zn == 2V3+(绿) + Zn2+ + 2H2O

2V3+ + Zn2+ == 2V2+(紫) + Zn2+

（3）在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入过量的NaOH，开始出现灰蓝色沉淀，继而沉淀溶解，生成亮绿色溶液，然后再加H2O2，溶液逐渐变成黄色。将此黄色溶液煮沸后酸化，溶液又变成橙红色；

Cr3+ + 3OH- == Cr(OH)3↓

Cr(OH)3 + OH- == Cr(OH)4-

2Cr(OH)4- + 3H2O2 + 2OH- == 2CrO42- + 8H2O

2CrO42- + 2H+ == Cr2O72- + H2O

（4）柠檬黄可溶于浓盐酸而不溶于NaOH，铬黄既可浓盐酸又可溶于NaOH；

2BaCrO4 + 2H+ == Cr2O72- + Ba2+ + H2O

Cr2O72- + 6Cl- + 14H+ == 2Cr3+ + 3Cl2↑+ 7H2O

PbCrO4 == Pb2+ + CrO42-

Pb2+ + 2OH- == Pb(OH)2↓

Pb(OH)2 + 2OH- == PbO22- + 2H2O

PbCrO4 + 4NaOH == Na2PbO2 + Na2CrO4 + 2H2O

（5）酸性介质中用锌还原Cr2O72-时，溶液由橙红色经绿色变成蓝色，放置又变成绿色；

3Zn + Cr2O72- +14H+ == 3Zn2+ + 2Cr3+ + 7H2O

2Cr3+ + Zn == 2Cr2+ + Zn2+

4Cr2+ + O2 + 4H+ == 4Cr3+ + 2H2O

（6）交警用一种含K2Cr2O7的试纸检查司机是否酒后开车；

2C2H5OH + 2Cr2O72- + 16H+ == 4Cr3+ + 2CH3COOH + 11H2O

（7）在的K2Cr2O7酸性溶液中加入H2O2和乙醚，乙醚层呈现美丽的蓝色，水层不断有气泡产生；

Cr2O72- + 4H2O2 +2H+ == 2CrO5 + 5H2O

2CrO5 + 6H+ == 2Cr3+ + 2H2O + H2O2+ 3O2↑

总反应：Cr2O72- + 3H2O2 + 8H+ == 2Cr3+ + 7H2O + 3O2↑

(8) 在K2Cr2O7饱和溶液中加入浓硫酸并加热到2000C时，发现溶液呈蓝绿色，经检查溶液中

并无任何还原剂存在。

K2Cr2O7 + H2SO4 == 2CrO3 + K2SO4 + H2O

4CrO3 + 6H2SO4 == 2Cr2(SO4)3 + 6H2O + 3O2↑

(9) PbCrO4溶于热稀盐酸，得到橙红色溶液，当冷却时有一白色沉淀析出，加热后白色沉淀又

消失。2 PbCrO4 + 2H+ + 2Cl- == Cr2O72- + PbCl2↓+ H2O

(10) 向MnSO4溶液中加入NaOH溶液有白色沉淀生成，在空气中逐渐变为棕色；

Mn2+ + 2OH- == Mn(OH)2↓2Mn(OH)2 + O2 == 2MnO(OH)2

8 钒(Ⅴ)酸根离子随着溶液酸度的改变如何变化?

解答：VO43-为四面体构型，但V—O之间结合得并不牢固，其中的O2-可以同H+结合生成水，所以VO43-只存在于强碱性溶液中。随着溶液酸度的增加，VO43-中的部分O2-与H+结合生成钒氧比逐渐减小的一系列聚合度不同的多钒酸根离子，在强酸溶液中生成钒氧比最小的VO2+，说明钒（Ⅴ）酸具有一定程度的碱性。

9 在CrCl3和K2Cr2O7的混合溶液中加入过量的NaOH，溶液中的铬以何种形式存在？

答案：Cr(OH)4-、CrO42-

10 设计一个定量测定钛(Ⅳ)的方案。

解答：在钛（Ⅳ）的硫酸溶液中,在隔绝空气的情况下先用铝片将钛（Ⅳ）还原成钛(Ⅲ),然后以KSCN作为指示剂,用Fe3+的标准溶液滴定Ti(Ⅲ)。当溶液呈血红色时，即表示到达终

点。

11 如何分离溶液中的Cr3+和Zn2+、Cr3+和Al3+?

解答：可加入过量的氢氧化钠溶液并加热，Cr(OH)4-会分解成灰蓝色Cr(OH)3沉淀，Zn(OH)4-或Al(OH)4-则仍留在溶液中。

12 要洗净长期盛放高锰酸钾溶液的试剂瓶可用何种酸？(浓盐酸与MnO2反应)。

13 实验室如何配制洗液？洗液可洗去哪种类型的污垢？使用洗液时应注意什么问题？由于洗液

对环境会造成污染，可选用什么代用品?

答：洗液是重铬酸钾的饱和溶液与浓硫酸的混合液。可洗去油污等还原性物质。使用时不能稀释，重复使用，因强腐蚀性，不要溅在皮肤或衣物上，当洗液变成绿色时已经失效。可选用王水作为代用品。利用其氧化性、配合性和硝酸盐的易溶性。

14 重铬酸钾与氯化钡、氢氧化钾、浓盐酸、过氧化氢反应的产物是什么？写出有关的化学反应

方程式。