高中化學(xué)-過渡金屬(Ⅰ)競賽課件

高中化學(xué)過渡金屬競賽過渡金屬是化學(xué)競賽中重要的內(nèi)容之一。這些元素具有獨特的性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用，例如催化、電池和顏料等。過渡金屬的定義和分類過渡金屬是指周期表中位于第3到第12族的元素。過渡金屬的原子具有部分填充的d軌道，導(dǎo)致它們具有多種氧化態(tài)和獨特的化學(xué)性質(zhì)。過渡金屬可以進一步分為第一過渡系、第二過渡系和第三過渡系。金屬性和電子構(gòu)型金屬性過渡金屬的金屬性隨周期數(shù)的增加而減弱，同一周期中，從左到右金屬性減弱。電子構(gòu)型過渡金屬的電子構(gòu)型一般為(n-1)d1-10ns1-2，外層電子構(gòu)型為ns1-2，決定了過渡金屬的化學(xué)性質(zhì)。典型特征過渡金屬的電子構(gòu)型決定了其可變價態(tài)，參與形成多種氧化態(tài)，體現(xiàn)了過渡金屬的典型特征。d軌道電子排布過渡金屬的d軌道電子排布決定了它們的性質(zhì)。d軌道電子排布遵循洪特規(guī)則和泡利不相容原理。電子首先填充能級較低的d軌道，然后才填充能級較高的d軌道。d軌道電子排布影響了過渡金屬的化學(xué)性質(zhì)、顏色、磁性等。元素電子構(gòu)型d軌道電子排布Sc[Ar]3d14s2↑Ti[Ar]3d24s2↑↑V[Ar]3d34s2↑↑↑Cr[Ar]3d54s1↑↑↑↑↑Mn[Ar]3d54s2↑↑↑↑↑Fe[Ar]3d64s2↑↑↑↑↑↓Co[Ar]3d74s2↑↑↑↑↑↓↑Ni[Ar]3d84s2↑↑↑↑↑↓↑↓Cu[Ar]3d104s1↑↑↑↑↑↓↑↓↑↓Zn[Ar]3d104s2↑↑↑↑↑↓↑↓↑↓離子化焓和原子半徑離子化焓(kJ/mol)原子半徑(pm)過渡金屬的離子化焓和原子半徑變化規(guī)律與元素周期律密切相關(guān)。從左到右，原子半徑逐漸減小，離子化焓逐漸增大。但是，由于d軌道的電子排布的影響，過渡金屬元素的離子化焓和原子半徑的變化規(guī)律并不完全一致。常見過渡金屬的性質(zhì)金屬光澤過渡金屬通常具有金屬光澤，這是由于它們表面能夠反射光線而產(chǎn)生的。良好導(dǎo)電性過渡金屬的電子結(jié)構(gòu)使它們能夠容易地傳導(dǎo)電流，這使得它們成為制造電線和電子設(shè)備的重要材料。高熔點和沸點過渡金屬原子間存在強的金屬鍵，需要較高的能量才能克服這些鍵，因此它們通常具有較高的熔點和沸點。形成多種化合物過渡金屬能夠形成多種不同類型的化合物，包括氧化物、鹵化物、硫化物和配合物，這些化合物具有廣泛的應(yīng)用。錳的化學(xué)性質(zhì)11.氧化性錳可以與鹵素、氧氣等非金屬反應(yīng)，生成相應(yīng)的鹵化物、氧化物。22.還原性錳也能與酸反應(yīng)，生成相應(yīng)的鹽類，同時放出氫氣，表現(xiàn)出還原性。33.多種價態(tài)錳的常見化合價有+2、+4、+6、+7價，不同的價態(tài)表現(xiàn)出不同的化學(xué)性質(zhì)。44.形成配合物錳的離子可以與許多配體形成穩(wěn)定的配合物，例如高錳酸鉀等。鐵的化學(xué)性質(zhì)與非金屬反應(yīng)鐵可以與氧氣反應(yīng)生成氧化鐵，常溫下生成氧化鐵薄膜保護鐵不被腐蝕，高溫下生成四氧化三鐵。鐵可以與鹵素反應(yīng)生成鹵化鐵，如與氯氣反應(yīng)生成氯化鐵。與酸反應(yīng)鐵可以與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)生成氫氣和相應(yīng)的鐵鹽，如與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣。鐵不能與濃硫酸、硝酸反應(yīng)，因為濃硫酸、硝酸具有強氧化性，能使鐵表面鈍化。鈷的化學(xué)性質(zhì)11.鈷的氧化態(tài)鈷的常見氧化態(tài)為+2和+3，+2氧化態(tài)穩(wěn)定，+3氧化態(tài)也有重要作用。22.與氧氣反應(yīng)鈷在空氣中加熱，生成CoO，在高溫下生成Co3O4，鈷粉在空氣中燃燒發(fā)出藍紫色火焰。33.與酸反應(yīng)鈷能溶于稀鹽酸、稀硫酸，生成鈷鹽，并放出氫氣。44.與鹵素反應(yīng)鈷能與鹵素反應(yīng)生成相應(yīng)的鹵化鈷，如CoCl2、CoBr2、CoI2等。鎳的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性鎳是一種比較穩(wěn)定的金屬，在空氣中表面形成致密的氧化膜，可以防止進一步氧化。與酸反應(yīng)鎳能溶于稀硝酸，但不能溶于稀鹽酸和稀硫酸。與堿反應(yīng)鎳與強堿反應(yīng)生成鎳酸鹽。與非金屬反應(yīng)鎳能與鹵素、硫、磷等非金屬反應(yīng)，生成相應(yīng)的化合物。銅的化學(xué)性質(zhì)金屬光澤銅具有獨特的紅色金屬光澤，在空氣中容易氧化形成氧化銅，表面會失去光澤。易生成銅綠銅在潮濕空氣中易生成銅綠（堿式碳酸銅），是一種綠色的化合物，具有保護作用。與酸反應(yīng)銅能與硝酸反應(yīng)生成硝酸銅，但不能與稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)。與氧氣反應(yīng)銅在加熱條件下能與氧氣反應(yīng)生成氧化銅，呈現(xiàn)黑色。銀的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性銀在常溫下不易與氧氣反應(yīng)，但可以與硫化氫和硫反應(yīng)生成黑色硫化銀。銀也能夠與鹵素反應(yīng)生成鹵化銀，但反應(yīng)速度較慢。還原性銀的還原性較弱，在金屬活動性順序中位于氫之后，可以被強氧化劑氧化。溶解性銀不溶于稀酸，但可以溶解于硝酸和熱的濃硫酸，形成銀離子。金的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性金在空氣中穩(wěn)定，不易被氧化。金不與非氧化性酸反應(yīng)，但能溶解在王水中。反應(yīng)金能與鹵素反應(yīng)生成鹵化金。金還可以與氰化物反應(yīng)生成氰化金離子。金與汞能形成合金，即汞齊。單質(zhì)存在形態(tài)與結(jié)構(gòu)過渡金屬的單質(zhì)存在形態(tài)多種多樣。例如，鐵、鈷、鎳等過渡金屬以金屬單質(zhì)的形式存在，而鉑、金等貴金屬則以單質(zhì)形式存在于自然界中。過渡金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)也多種多樣，主要包括體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)、密堆積結(jié)構(gòu)等。金屬晶格結(jié)構(gòu)對金屬單質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)有重要的影響。金屬晶格結(jié)構(gòu)和金相分析過渡金屬的晶格結(jié)構(gòu)決定其物理性質(zhì)。常見的晶格類型包括體心立方、面心立方和密排六方。金相分析是一種利用顯微鏡觀察金屬材料微觀結(jié)構(gòu)的技術(shù)，可以識別晶粒大小、形狀、相分布等信息，幫助了解材料性能。過渡金屬化合價多變性過渡金屬可以形成多種化合價，例如鐵可以形成+2、+3價，而錳可以形成+2、+3、+4、+6、+7價。d軌道過渡金屬的多變化合價主要與d軌道的電子排布有關(guān)，d軌道的電子可以參與成鍵，形成不同的化合物。氧化還原過渡金屬的化合價變化往往與氧化還原反應(yīng)相關(guān)，例如Fe2+可以被氧化為Fe3+，而MnO4-可以被還原為Mn2+。影響因素過渡金屬的化合價還受到其他因素的影響，例如配位環(huán)境、反應(yīng)條件等。過渡金屬的酸堿性過渡金屬氧化物過渡金屬氧化物通常表現(xiàn)為兩性氧化物，在酸性溶液中可以與酸反應(yīng)生成鹽和水。過渡金屬氫氧化物過渡金屬氫氧化物通常表現(xiàn)為兩性氫氧化物，在堿性溶液中可以與堿反應(yīng)生成配位化合物。過渡金屬鹽過渡金屬鹽的酸堿性取決于金屬離子的性質(zhì)和陰離子的性質(zhì)。過渡金屬的氧化還原性11.氧化還原電位過渡金屬元素的氧化還原電位與其電子構(gòu)型有關(guān)。d軌道電子數(shù)量和填充方式影響氧化還原反應(yīng)趨勢。22.氧化態(tài)過渡金屬元素通常表現(xiàn)出多種氧化態(tài)，這與d軌道電子填充情況有關(guān)。33.氧化還原反應(yīng)過渡金屬及其化合物在化學(xué)反應(yīng)中能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)，參與許多重要的化學(xué)過程。44.影響因素氧化還原電位受多種因素影響，包括溶液pH值、配體類型、溫度等。過渡金屬離子的配位化合物定義過渡金屬離子與配體通過配位鍵結(jié)合形成的化合物，稱為配位化合物。配位化合物是過渡金屬化學(xué)中重要的研究領(lǐng)域，在催化、材料科學(xué)和生物化學(xué)等方面具有廣泛的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)配位化合物通常包含中心金屬離子，周圍被配體包圍。配體可以是中性分子或陰離子，通過提供孤對電子與金屬離子形成配位鍵。命名配位化合物命名遵循一定的規(guī)則，以中心金屬離子的名稱開頭，后面接配體的名稱。配體的名稱根據(jù)其性質(zhì)和配位數(shù)進行命名，例如水分子為“水合”，氨分子為“氨合”。舉例常見的配位化合物包括四氨合銅（Ⅱ）離子，[Cu(NH3)4]2+，和六氰合鐵（Ⅱ）離子，[Fe(CN)6]4-。金屬配合物的性質(zhì)顏色金屬配合物通常具有鮮艷的顏色，這是由于金屬離子與配體之間的相互作用導(dǎo)致電子躍遷。溶解性許多金屬配合物可溶于水或有機溶劑，這取決于配體的性質(zhì)和金屬離子的電荷。反應(yīng)性金屬配合物可以參與各種化學(xué)反應(yīng)，包括配位交換反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等。結(jié)構(gòu)金屬配合物具有獨特的幾何結(jié)構(gòu)，這取決于配體的數(shù)目和金屬離子的配位數(shù)。金屬配合物的穩(wěn)定性11.穩(wěn)定常數(shù)穩(wěn)定常數(shù)越大，配合物越穩(wěn)定。穩(wěn)定常數(shù)是指在一定溫度下，金屬離子與配體形成配合物的平衡常數(shù)。22.配位體性質(zhì)配體的大小、電荷、電子云密度等性質(zhì)都會影響配合物的穩(wěn)定性。例如，配位體電荷越高，配合物越穩(wěn)定。33.金屬離子性質(zhì)金屬離子的電荷、半徑、電子構(gòu)型等性質(zhì)也會影響配合物的穩(wěn)定性。例如，金屬離子電荷越高，配合物越穩(wěn)定。44.溫度和溶劑溫度和溶劑的性質(zhì)也會影響配合物的穩(wěn)定性。例如，溫度升高，配合物的穩(wěn)定性會降低。金屬配合物的應(yīng)用催化劑金屬配合物作為催化劑在許多化學(xué)反應(yīng)中起著重要作用，例如烯烴的加成反應(yīng)和氧化反應(yīng)。染料和顏料一些金屬配合物具有鮮艷的顏色，可作為染料和顏料，用于紡織品、油漆和塑料等領(lǐng)域。醫(yī)藥一些金屬配合物具有抗菌、抗癌和抗炎等藥理活性，在醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。分析化學(xué)金屬配合物在分析化學(xué)中用于定量分析和定性分析，例如用于測定金屬離子的濃度或鑒定金屬離子的存在。過渡金屬的生物作用血液中的重要角色鐵是血紅蛋白的主要組成部分，負責(zé)將氧氣輸送到全身各個組織和器官。植物的光合作用鎂是葉綠素的中心原子，參與植物光合作用，促進植物生長和發(fā)育。酶的活性中心銅參與多種酶的組成，催化體內(nèi)重要的生化反應(yīng)，維護機體正常功能。免疫系統(tǒng)和生長發(fā)育鋅是人體必需的微量元素，參與免疫系統(tǒng)和生長發(fā)育，缺乏鋅會導(dǎo)致免疫力下降和生長遲緩。過渡金屬在工業(yè)中的應(yīng)用鋼鐵冶煉鋼鐵是重要的工業(yè)材料，過渡金屬鐵是其主要成分。鋼鐵生產(chǎn)中需要使用錳、鉻、鎳等過渡金屬，提高鋼材的強度、硬度、耐腐蝕性等。汽車制造汽車制造中廣泛使用過渡金屬。例如，車身材料中使用鋼材、鋁合金、銅合金等，發(fā)動機中使用鎳合金等。電子產(chǎn)品制造過渡金屬在電子產(chǎn)品制造中發(fā)揮著重要作用。例如，銅、金、銀等用于導(dǎo)線、芯片等，鈷用于制造鋰電池等。航空航天航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤髽O高，過渡金屬合金具有高強度、耐高溫等特性，被廣泛應(yīng)用于制造飛機、火箭、衛(wèi)星等。過渡金屬的污染和防治污染來源過渡金屬在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，例如冶金、化工和電子行業(yè)。廢水、廢氣和固體廢棄物中含有過渡金屬，造成環(huán)境污染。環(huán)境影響過渡金屬污染會影響土壤、水體和空氣質(zhì)量。過渡金屬在生物體內(nèi)富集，可能導(dǎo)致生物毒性，危害人類健康。防治措施加強工業(yè)廢水、廢氣處理，減少過渡金屬排放。推廣清潔生產(chǎn)工藝，開發(fā)環(huán)保型過渡金屬材料。過渡金屬離子的分離和測定1選擇性沉淀法利用不同金屬離子對不同試劑的反應(yīng)，實現(xiàn)分離2離子交換法利用離子交換樹脂分離不同金屬離子3溶劑萃取法利用金屬離子在不同溶劑中的溶解度差異分離4色譜法利用金屬離子在固定相和流動相中的分配系數(shù)差異分離過渡金屬離子的分離和測定在分析化學(xué)領(lǐng)域具有重要的意義，應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全、資源勘探等多個領(lǐng)域。常見的過渡金屬離子分離方法包括選擇性沉淀法、離子交換法、溶劑萃取法和色譜法。測定方法包括重量法、滴定法、光度法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法等。過渡金屬的回收和利用1資源枯竭過渡金屬資源有限，回收利用對于可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。2廢舊金屬回收從廢舊電子設(shè)備、電池、催化劑等中提取過渡金屬。3冶金技術(shù)利用冶金技術(shù)，對廢金屬進行提純和再加工，制備可用的金屬材料。過渡金屬競賽題目分析競賽題目類型競賽題目通常涵蓋過渡金屬的性質(zhì)、反應(yīng)、應(yīng)用等方面。題目難度競賽題目難度較高，需要深入理解過渡金屬的理論知識和實驗技能。備考策略建議學(xué)生多做練習(xí)，熟悉常見題型，并注重知識點的聯(lián)系和運用。過渡金屬競賽題目訓(xùn)練基礎(chǔ)知識掌握過渡金屬的定義、分類、性質(zhì)等基礎(chǔ)知識。例如，過渡金屬的定義、電子構(gòu)型、氧化還原性等。經(jīng)典題型熟悉過渡金屬的常見題型，例如配位化合物、氧化還原反應(yīng)、金屬配合物等。解題技巧學(xué)習(xí)解題技巧，例如如何分析題意、如何運用知識點、如何判斷答案等。真題演練通過大量真題演練，熟悉考試風(fēng)格，提高解題能力和應(yīng)試技巧。模擬考試參加模擬考試，模擬真實的考試環(huán)境，檢驗學(xué)習(xí)成果，找出薄弱環(huán)節(jié)。過渡金屬知識點總結(jié)定義和分類過渡金屬指周期表中d區(qū)元素，位于主族元素和副族元素之間。過渡金屬根據(jù)其性質(zhì)分為副族金屬和鑭系錒系。性質(zhì)過渡金屬具有多種化學(xué)性質(zhì)，如可變價態(tài)、形成配合物、催化活性等。這些性質(zhì)與它們獨特的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)。應(yīng)用過渡金屬在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，例如制備合金、催化劑、顏料和藥物等。重要性過渡金屬在生物體中扮演著重要的角色，參與各種重要的生化過程。它們是人體必需的微量元素，對于維持生命活動至關(guān)重要。復(fù)習(xí)思考題本節(jié)內(nèi)容為過渡金屬的知識點總結(jié)，通