锰稀土元素学习.pptx

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1、13.1 金属元素通论第1页/共60页从矿石中提取金属的一般方法第2页/共60页从矿石中提取金属的一般方法1.矿石的预处理2ZnS+3O2ZnS+3O2 2 2ZnO+2SO 2ZnO+2SO2 2 BaSOBaSO4 4+4C BaS+4C BaS+4CO4CO BaSOBaSO4 4+4CO BaS+4CO BaS+4CO4CO2 2 由可溶性的由可溶性的BaS BaS 出发，可制备一系列钡的化合物。出发，可制备一系列钡的化合物。2BaS+2H2BaS+2H2 2O Ba(SH)O Ba(SH)2 2+Ba(OH)Ba(OH)2 2 Ba(SH)Ba(SH)2 2+CO+CO2 2+H+H

2、2 2O BaCOO BaCO3 3 +2H2H2 2S S BaCOBaCO3 3+2HCl BaCl+2HCl BaCl2 2+CO+CO2 2+H+H2 2OO第3页/共60页从矿石中提取金属的一般方法2.金属的提取 化合态的金属在矿石中均呈正氧化值，从中提取金属必须用化合态的金属在矿石中均呈正氧化值，从中提取金属必须用还原的方法。的方法。1 1）对于易还原的金属化合物（如）对于易还原的金属化合物（如HgOHgO，AgAg2 2OO等），只等），只 要加热即可完成金属的要加热即可完成金属的提取。提取。2HgS+3O2HgS+3O2 2 2HgO+2SO 2HgO+2SO2 2 2HgO

3、2Hg(g)+2HgO 2Hg(g)+OO2 2 2 2）对于中等活泼性的金属可用还原剂（如）对于中等活泼性的金属可用还原剂（如H H2 2，C C，COCO，NaNa，MgMg等）还原相应氧等）还原相应氧化物而得。化物而得。SnO+HSnO+H2 2 Sn+HSn+H2 2OO GeOGeO2 2+2H+2H2 2 Ge+Ge+2H2H2 2OO2PbO+C 2Pb+2PbO+C 2Pb+COCO2 2 FeO+CO Fe+COFeO+CO Fe+CO2 2 第4页/共60页从矿石中提取金属的一般方法 3 3）对于活泼金属，很难用化学法制得，）对于活泼金属，很难用化学法制得，可采用电化学方法

4、。如电解可采用电化学方法。如电解LiClLiCl制备制备LiLi时，可用时，可用KClKCl作助熔剂来降低电解温度，作助熔剂来降低电解温度，电解时电极反应为：电解时电极反应为：2Li2Li+2e+2e 2Li2Li 阴极：阴极：阳极：阳极：2Cl2Cl ClCl2 2+2e+2e 金属氧化物的艾林汉姆图金属氧化物的艾林汉姆图第5页/共60页主族金属元素 大科学家 戴维 戴维的首次成名是发现氧化亚氮戴维的首次成名是发现氧化亚氮(N(N2 2O)O)的的麻醉作用。麻醉作用。真正使戴维成为一代名家的是他在真正使戴维成为一代名家的是他在1807180818071808年间用电解法成功制备了年间用电解法

5、成功制备了S S区元素区元素钠钠、钾钾、镁镁、钙钙、锶锶和和钡钡，他是历史上发现化，他是历史上发现化学元素最多的一位化学家。在制取碱金属时，学元素最多的一位化学家。在制取碱金属时，金属和水剧烈反应引起的爆炸使他右眼失明。金属和水剧烈反应引起的爆炸使他右眼失明。戴维认为自己一生中最重要的发现是发现认为自己一生中最重要的发现是发现并培养了并培养了法拉第。第6页/共60页N N2 2O:O:俗称笑气，有麻醉的作用。俗称笑气，有麻醉的作用。第7页/共60页主族金属元素1.1.主族金属元素的原子结构与化学性质主族金属元素的原子结构与化学性质s区金属元素：2Na+O2 Na2O22Na+2H2O 2NaO

6、H+H2 Na2O2+2H2O 2NaOH+H2O2K+O2 KO22KO2+2H2O 2KOH+H2O2+O24KO2+2CO2 2K2CO3+3O2Ca+H2 CaH2CaH2+2H2O Ca(OH)2+2H23Mg+N2(g)Mg3N2 第8页/共60页主族金属元素p区金属元素：2Al+6HCl 2AlCl3+3H22Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2Sn+O2 SnO2Sn+2Cl2 SnCl4Sn+2HCl SnCl2+H23Sn+4HNO3+H2O 3H2SnO3+4NO 反应物反应物反应物反应物SbSbBiBi 反应物反应物反应物反应物SbSbBiBiOO2 2S

7、bSb2 2OO3 3BiBi2 2OO3 3S SSbSb2 2S S3 3BiBi2 2S S3 3ClCl2 2SbClSbCl3 3BiClBiCl3 3MgMgMgMg3 3SbSb2 2MgMg3 3BiBi2 2表表13-1 Sb13-1 Sb，BiBi的某些化学性质的某些化学性质第9页/共60页主族金属元素2.2.氧化物和氢氧化物的酸碱性氧化物和氢氧化物的酸碱性Al(OH)3+3H+Al3+3H2OAl(OH)3+NaOH NaAl(OH)4碱性碱性:SnO SnO PbO PbO 酸性酸性:SnO SnO2 2 PbOPbO2 2 Sn(OH)Sn(OH)4 4Pb(OH)P

8、b(OH)2 2Pb(OH)Pb(OH)4 4Sn(OH)Sn(OH)2 2酸性增强酸性增强酸性增强酸性增强碱性增强碱性增强第10页/共60页主族金属元素Sn(OH)Sn(OH)2 2+2HCl SnCl+2HCl SnCl2 2+2H+2H2 2OO Sn(OH)Sn(OH)2 2+2NaOH Na+2NaOH Na2 2Sn(OH)Sn(OH)4 4（或或NaNa2 2SnOSnO2 2，亚锡酸钠亚锡酸钠）Sn(OH)Sn(OH)4 4+4HCl SnCl+4HCl SnCl4 4+4H+4H2 2OO Sn(OH)Sn(OH)4 4+2NaOH Na+2NaOH Na2 2Sn(OH)S

9、n(OH)6 6（或或NaNa2 2SnOSnO3 3，锡酸钠锡酸钠）Pb(OH)Pb(OH)2 2+2HNO+2HNO3 3 Pb(NO Pb(NO3 3)2 2+2H+2H2 2OO Pb(OH)Pb(OH)2 2+NaOH NaPb(OH)+NaOH NaPb(OH)3 3（或或NaNa2 2PbOPbO2 2）演示实验亚锡酸盐的生成第11页/共60页主族金属元素 Sb Sb，BiBi的氧化物和氢氧化物的酸碱性变化规的氧化物和氢氧化物的酸碱性变化规律与相邻的律与相邻的SnSn，PbPb相似。相似。SbSb2 2OO3 3+6HCl 2SbCl+6HCl 2SbCl3 3+3H+3H2 2

10、OO SbSb2 2OO3 3+6NaOH 2Na+6NaOH 2Na3 3SbOSbO3 3+3H+3H2 2OO BiBi2 2OO3 3+6HNO+6HNO3 3 2Bi(NO 2Bi(NO3 3)3 3+3H+3H2 2OO 第13页/共60页主族金属元素3.3.金属元素及其化合物的氧化还原性金属元素及其化合物的氧化还原性SnSn4+4+2e SnSn2+2+Sn(OH)62-+2e Sn(OH)42-+2OH-SnSn4+4+Sn 2Sn+Sn 2Sn2+2+实验室一般将实验室一般将SnClSnCl2 2溶于盐酸溶液，并溶于盐酸溶液，并加入少量金属锡粒。加入少量金属锡粒。第14页/共

11、60页主族金属元素3.3.金属元素及其化合物的氧化还原性金属元素及其化合物的氧化还原性2Bi(OH)2Bi(OH)3 3+3Na+3Na2 2Sn(OH)Sn(OH)4 4 2Bi 2Bi+3Na+3Na2 2Sn(OH)Sn(OH)6 6 SnClSnCl2 2+2HgCl+2HgCl2 2 SnClSnCl4 4+Hg+Hg2 2ClCl2 2（白色白色）SnClSnCl2 2+Hg+Hg2 2ClCl2 2 SnClSnCl4 4 +2Hg +2Hg（黑色黑色）5PbO5PbO2 2+2Mn+2Mn2+2+4H+4H+2MnO 2MnO4 4-+5Pb+5Pb2+2+2H+2H2 2OO

12、 3NaBiO3NaBiO3 3+2Cr+2Cr3+3+4H+4H+Cr Cr2 2OO7 72 2+3Bi+3Bi3+3+3Na+3Na+2H+2H2 2OO 第15页/共60页 主族金属元素4.4.重要的盐类重要的盐类SnSSnS：棕色，碱性，碱性SnSSnS2 2：黄色，两性偏酸性，两性偏酸性PbSPbS：黑色，碱性，碱性SbSb2 2S S5 5：橙色，两性偏酸性，两性偏酸性BiBi2 2S S3 3：黑色，碱性，碱性SbSb2 2S S3 3：橙色，两性，两性1)硫化物第16页/共60页 主族金属元素 显酸性的显酸性的SnSSnS2 2可溶于碱性的可溶于碱性的NaNa2 2S S或或

13、(NH(NH4 4)2 2S S中，中，生成硫代锡酸盐。生成硫代锡酸盐。SnSSnS2 2+(NH+(NH4 4)2 2S (NHS (NH4 4)2 2SnSSnS3 3 SnSSnS3 32-2-+2H+2H+H H2 2SnSSnS3 3 SnSSnS2 2+H+H2 2S S 演示实验硫代锡酸盐的生成 显碱性的显碱性的SnSSnS不溶于不溶于(NH(NH4 4)2 2S S中，但可溶于多硫中，但可溶于多硫化铵化铵(NH(NH4 4)2 2S Sx x，SnS+SSnS+S2 22-2-SnS SnS3 32-2-第17页/共60页 主族金属元素SnSSnS2 2+6HCl+6HCl（浓

14、浓）H H2 2SnClSnCl6 6+2H+2H2 2S S 3SnS3SnS2 2+6NaOH 2Na+6NaOH 2Na2 2SnSSnS3 3+Na+Na2 2SnOSnO3 3+3H3H2 2OO 3SnS3SnS2 2+6NaOH 2Na+6NaOH 2Na2 2SnSSnS3 3+NaNa2 2Sn(OH)Sn(OH)6 6 或写成：或写成：PbS 能溶于浓能溶于浓HClHCl或或HNOHNO3 3：PbS+4HClPbS+4HCl（浓浓）H H2 2PbClPbCl4 4+H+H2 2S S 3PbS+8HNO3PbS+8HNO3 3 3Pb(NO 3Pb(NO3 3)2 2+

15、2NO+3S+2NO+3S+4H+4H2 2OO PbS 可与可与H H2 2OO2 2反应：反应：PbS+4HPbS+4H2 2OO2 2 PbSO PbSO4 4+4H+4H2 2OO 利用此反应，可用利用此反应，可用H H2 2OO2 2来洗涤油画上黑色的来洗涤油画上黑色的PbSPbS。第19页/共60页 主族金属元素SbSb2 2S S3 3+3(NH+3(NH4 4)2 2S 2(NHS 2(NH4 4)3 3SbSSbS3 3 SbSb2 2S S5 5+3Na+3Na2 2S 2NaS 2Na3 3SbSSbS4 4 2SbS2SbS3 33-3-+6H+6H+Sb Sb2 2S

16、 S3 3+3H+3H2 2S S 2SbS2SbS4 43-3-+6H+6H+Sb Sb2 2S S5 5+3H+3H2 2S S SbSb2 2S S3 3+6NaOH Na+6NaOH Na3 3SbOSbO3 3+Na+Na3 3SbSSbS3 3+3H+3H2 2OO SbSb2 2S S3 3+12HCl 2H+12HCl 2H3 3SbClSbCl6 6+3H+3H2 2S S BiBi2 2S S3 3+6HCl 2BiCl+6HCl 2BiCl3 3+3H+3H2 2S S SbSb，Bi Bi 硫化物也可溶于相应的酸碱溶液中：硫化物也可溶于相应的酸碱溶液中：演示实验-硫代锑

17、酸盐的生成第20页/共60页 主族金属元素2)碳酸盐 MCOMCO3 3(s)MO(s)+CO(s)MO(s)+CO2 2(g)(g)第22页/共60页过渡金属元素 位于周期表位于周期表d d区和区和dsds区的元素统称为过渡元素，区的元素统称为过渡元素，即从即从B B的钪分族到的钪分族到B B的锌分族。的锌分族。第23页/共60页 过渡金属元素过渡元素具有如下几方面的共同特性：1 1）具有）具有多种可变的氧化值多种可变的氧化值2 2）过渡元素及其各种化合物具有）过渡元素及其各种化合物具有各种不同的颜色各种不同的颜色3 3）过渡元素很多化合物具有）过渡元素很多化合物具有顺磁性顺磁性4 4）过渡

18、金属离子有）过渡金属离子有形成配合物形成配合物的倾向的倾向5 5）许多过渡金属和它们的化合物具有催化性能）许多过渡金属和它们的化合物具有催化性能第24页/共60页金属的腐蚀与防腐金属的腐蚀照片金属的腐蚀照片1 1）化学腐蚀2 2）电化学腐蚀1.金属腐蚀的原因2.2.金属的防腐第29页/共60页 13.2 铬及其化合物表表13-413-4：铬的一些重要化合物：铬的一些重要化合物第33页/共60页铬(III)和铬(VI)的酸碱性转化Cr(OH)3+NaOH NaCrO2+H2OCr(OH)3+3HCl CrCl3+3H2OCr3+3NaOH Cr(OH)3+3Na+紫色蓝灰色亮绿色绿色演示实验 氢

19、氧化铬的两性第34页/共60页铬(III)和铬(VI)的酸碱性转化演示实验 铬(VI)的酸碱转化CrO42-Cr2O72-+H+H+OH+OH-黄色橙红色2Ba2+Cr2O72-+H2O 2BaCrO4(黄色)+2H+4Ag+Cr2O72-+H2O 2Ag2CrO4(砖红色)+2H+2Pb2+Cr2O72-+H2O 2PbCrO4(黄色)+2H+第36页/共60页铬(III)和铬(VI)的氧化还原转化铬的元素电势图如下：铬的元素电势图如下：CrCr2 2OO7 72-2-CrCr3+3+CrCr+1.232V-0.744VCrOCrO4 42-2-Cr(OH)Cr(OH)3 3CrCr-0.1

20、3V-1.48V1 1）酸性介质）酸性介质2Cr2Cr3+3+3S+3S2 2O +7HO +7H2 2O CrO Cr2 2O +6SO +O +6SO +14H14H+AgAg+催化催化 CrCr2 2O +6FeO +6Fe2+2+14H+14H+6Fe6Fe3+3+2Cr+2Cr3+3+7H+7H2 2OO CrCr2 2O +3SO +8HO +3SO +8H+3SO +2Cr3SO +2Cr3+3+4H+4H2 2OO CrCr2 2O +14HClO +14HCl(浓盐酸浓盐酸)2Cr2Cr3+3+3Cl+3Cl2 2 +8Cl+8Cl-+7H+7H2 2OO 第38页/共60页

21、铬(III)和铬(VI)的氧化还原转化2 2）碱性介质）碱性介质 CrCr3+3+4NaOH+4NaOH CrO2-+4Na+2H2O2NaCrO2+3H+3H2 2OO2 2+2NaOH+2NaOH 2Na2CrO4+4H2O3 3）铬）铬(III)(III)和铬和铬(VI)(VI)的转化的转化第39页/共60页铬(III)和铬(VI)的氧化还原转化4 4）K K2 2CrCr2 2OO7 7 的制备的制备4Fe(CrO4Fe(CrO2 2)2 2+8Na+8Na2 2COCO3 3+7O+7O2 2 8Na 8Na2 2CrOCrO4 4+2Fe+2Fe2 2OO3 3+8CO+8CO2

22、2 煅煅 烧烧铬铁矿铬铁矿 将粉碎后的铬铁矿、纯碱、白云石、碳酸钙等混合均匀，在空气中进行氧化煅将粉碎后的铬铁矿、纯碱、白云石、碳酸钙等混合均匀，在空气中进行氧化煅烧，其主要反应为：烧，其主要反应为：2Na2Na2 2CrOCrO4 4+H+H2 2SOSO4 4 Na Na2 2CrCr2 2OO7 7+Na+Na2 2SOSO4 4+H+H2 2OO 浸出液调浸出液调pHpH后，用硫酸酸化：后，用硫酸酸化：NaNa2 2CrCr2 2OO7 7+2KCl K+2KCl K2 2CrCr2 2OO7 7+2NaCl+2NaCl红矾钾红矾钾第40页/共60页铬的配合物 Cr Cr3+3+离子外

23、电子层结构为离子外电子层结构为3d3d3 3(3d,4s,4p(3d,4s,4p亚层分亚层分别有别有2 2个、个、1 1个、个、3 3个空轨道个空轨道)，离子半径小，正电荷大，离子半径小，正电荷大，因此因此CrCr3+3+离子形成配合物的能力很强。成键过程中容离子形成配合物的能力很强。成键过程中容易进行易进行d d2 2spsp3 3杂化，形成稳定的内轨型配合物。杂化，形成稳定的内轨型配合物。1 1）水合配离子）水合配离子 Cr(H Cr(H2 2O)O)6 6ClCl3 3 CrCl(HCrCl(H2 2O)O)5 5ClCl2 2 H H2 2O CrClO CrCl2 2(H(H2 2O

24、)O)4 4ClCl 2H2H2 2OO 蓝紫色浅绿色绿色2 2）氨合配离子）氨合配离子第41页/共60页铬的配合物3 3）铬的其他配合物）铬的其他配合物Cr(NHCr(NH3 3)6 6 3 3+Cr(NHCr(NH3 3)4 4(H(H2 2O)O)2 2 3 3+蓝紫色蓝紫色Cr(HCr(H2 2O)O)6 6 3 3+Cr(NHCr(NH3 3)2 2(H(H2 2O)O)4 4 3 3+Cr(NHCr(NH3 3)3 3(H(H2 2O)O)3 3 3 3+紫红色紫红色浅红色浅红色橙红色橙红色黄色黄色二二 苯苯 铬铬CrCrCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCr(CO)

25、Cr(CO)6 6第42页/共60页 13.3 锰及其化合物表表13-513-5：锰的一些重要化合物：锰的一些重要化合物1 1）Mn(II)Mn(II)化合物化合物2 2）Mn(IV)Mn(IV)化合物化合物3 3）Mn(VI)Mn(VI)化合物化合物4 4）Mn(VII)Mn(VII)化合物化合物第43页/共60页高锰酸钾的制备方法1)1)锰酸钾歧化法锰酸钾歧化法2MnO2MnO2 2(s)+4KOH(s)+O(s)+4KOH(s)+O2 2 2K 2K2 2MnOMnO4 4+2H+2H2 2OO 软 锰 矿3K3K2 2MnOMnO4 4+2CO+2CO2 2 2KMnO 2KMnO4

26、4+MnO+MnO2 2+2K+2K2 2COCO3 3 2)2)氧化法氧化法2K2K2 2MnOMnO4 4+Cl+Cl2 2 2KMnO 2KMnO4 4+2KCl+2KCl 3)3)电解法电解法阳极：阳极：阴极：阴极：总反应：总反应：第51页/共60页13.4 稀土元素及其化合物第52页/共60页稀土元素的性质第53页/共60页 稀土元素一般呈银灰色，质地比较软。稀土元素一般呈银灰色，质地比较软。稀土金属稀土金属都是活泼金属都是活泼金属，其活泼性仅次于碱金属和碱土金属。，其活泼性仅次于碱金属和碱土金属。稀土元素在空气中易被氧化而生成氧化物，因此稀土稀土元素在空气中易被氧化而生成氧化物，因

27、此稀土金属需保存在石蜡或矿物油中，以防止氧化。稀土金金属需保存在石蜡或矿物油中，以防止氧化。稀土金属可与绝大多数非金属反应，如与卤素反应生成属可与绝大多数非金属反应，如与卤素反应生成REX3REX3（X X为为F F，ClCl，BrBr，I I）；与氮生成）；与氮生成RENREN（氮化物）；（氮化物）；与磷生成与磷生成REPREP（磷化物）；还能与碳生成（磷化物）；还能与碳生成RECREC2 2，RERE2 2C C3 3，RERE4 4C C3 3等碳化物。稀土金属能与水反应，尤其等碳化物。稀土金属能与水反应，尤其是与热水反应较剧烈，同时放出氢气。是与热水反应较剧烈，同时放出氢气。稀土元素的

28、性质第54页/共60页稀土元素的性质第55页/共60页稀土元素的分离P P204204-HCl-HCl体系萃取分离体系萃取分离轻、中、重稀土元素的主要工艺流程图轻、中、重稀土元素的主要工艺流程图第56页/共60页稀土元素的制备1)1)熔盐电解法熔盐电解法 熔盐电解法用于制取大量混合稀土金属或单一稀熔盐电解法用于制取大量混合稀土金属或单一稀土金属，常用无水土金属，常用无水REClRECl3 3和助熔剂和助熔剂NaClNaCl或或KClKCl组成电解组成电解液，或利用稀土氧化物溶解在氟化物（作为助熔剂）液，或利用稀土氧化物溶解在氟化物（作为助熔剂）组成电解液。组成电解液。2)2)金属热还原法金属热

29、还原法 对于对于 La，Ce，Pr，Nd 等轻稀土金属，常用金属等轻稀土金属，常用金属CaCa还原它们的氯化物来制备：还原它们的氯化物来制备：2RECl2RECl3 3+3Ca 2RE+3CaCl+3Ca 2RE+3CaCl2 2 对于对于 Tb，Dy，Y，Ho，Er，Tm，Yb 等重稀土等重稀土金属，可用金属金属，可用金属CaCa还原其氟化物来制备。还原其氟化物来制备。第57页/共60页Y-Ba-Cu-OY-Ba-Cu-O晶体晶体结构示意图结构示意图新技术中的稀土元素及其化合物第58页/共60页磁悬浮现象磁悬浮现象磁悬浮现象上海浦东的磁悬浮列车上海浦东的磁悬浮列车第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页