高中化學(xué)-過(guò)渡金屬(Ⅰ)競(jìng)賽課件

高中化學(xué)過(guò)渡金屬競(jìng)賽過(guò)渡金屬是化學(xué)競(jìng)賽中重要的內(nèi)容之一。這些元素具有獨(dú)特的性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用，例如催化、電池和顏料等。過(guò)渡金屬的定義和分類過(guò)渡金屬是指周期表中位于第3到第12族的元素。過(guò)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(dú)特的化學(xué)性質(zhì)。過(guò)渡金屬可以進(jìn)一步分為第一過(guò)渡系、第二過(guò)渡系和第三過(guò)渡系。金屬性和電子構(gòu)型金屬性過(guò)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(guò)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(guò)渡金屬的化學(xué)性質(zhì)。典型特征過(guò)渡金屬的電子構(gòu)型決定了其可變價(jià)態(tài)，參與形成多種氧化態(tài)，體現(xiàn)了過(guò)渡金屬的典型特征。d軌道電子排布過(guò)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(jí)較低的d軌道，然后才填充能級(jí)較高的d軌道。d軌道電子排布影響了過(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)過(guò)渡金屬的性質(zhì)金屬光澤過(guò)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(guò)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(diǎn)和沸點(diǎn)過(guò)渡金屬原子間存在強(qiáng)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(diǎn)和沸點(diǎn)。形成多種化合物過(guò)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(shí)放出氫氣，表現(xiàn)出還原性。33.多種價(jià)態(tài)錳的常見(jiàn)化合價(jià)有+2、+4、+6、+7價(jià)，不同的價(jià)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(hù)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?yàn)闈饬蛩?、硝酸具有?qiáng)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(jiàn)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(lán)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(jìn)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(qiáng)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(dú)特的紅色金屬光澤，在空氣中容易氧化形成氧化銅，表面會(huì)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(hù)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(dòng)性順序中位于氫之后，可以被強(qiáng)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(guò)渡金屬的單質(zhì)存在形態(tài)多種多樣。例如，鐵、鈷、鎳等過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)渡金屬的晶格結(jié)構(gòu)決定其物理性質(zhì)。常見(jiàn)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(shí)別晶粒大小、形狀、相分布等信息，幫助了解材料性能。過(guò)渡金屬化合價(jià)多變性過(guò)渡金屬可以形成多種化合價(jià)，例如鐵可以形成+2、+3價(jià)，而錳可以形成+2、+3、+4、+6、+7價(jià)。d軌道過(guò)渡金屬的多變化合價(jià)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(guò)渡金屬的化合價(jià)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(guò)渡金屬的化合價(jià)還受到其他因素的影響，例如配位環(huán)境、反應(yīng)條件等。過(guò)渡金屬的酸堿性過(guò)渡金屬氧化物過(guò)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(guò)渡金屬氫氧化物過(guò)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(guò)渡金屬鹽過(guò)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(guò)渡金屬的氧化還原性11.氧化還原電位過(guò)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(shì)。22.氧化態(tài)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)渡金屬離子的配位化合物定義過(guò)渡金屬離子與配體通過(guò)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(guò)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(guò)提供孤對(duì)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(kāi)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(jìn)行命名，例如水分子為“水合”，氨分子為“氨合”。舉例常見(jiàn)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(jī)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(dú)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(cè)定金屬離子的濃度或鑒定金屬離子的存在。過(guò)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(fù)責(zé)將氧氣輸送到全身各個(gè)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(jìn)植物生長(zhǎng)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(hù)機(jī)體正常功能。免疫系統(tǒng)和生長(zhǎng)發(fā)育鋅是人體必需的微量元素，參與免疫系統(tǒng)和生長(zhǎng)發(fā)育，缺乏鋅會(huì)導(dǎo)致免疫力下降和生長(zhǎng)遲緩。過(guò)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(guò)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(guò)渡金屬，提高鋼材的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性等。汽車制造汽車制造中廣泛使用過(guò)渡金屬。例如，車身材料中使用鋼材、鋁合金、銅合金等，發(fā)動(dòng)機(jī)中使用鎳合金等。電子產(chǎn)品制造過(guò)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(guò)渡金屬合金具有高強(qiáng)度、耐高溫等特性，被廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等。過(guò)渡金屬的污染和防治污染來(lái)源過(guò)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(guò)渡金屬，造成環(huán)境污染。環(huán)境影響過(guò)渡金屬污染會(huì)影響土壤、水體和空氣質(zhì)量。過(guò)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(qiáng)工業(yè)廢水、廢氣處理，減少過(guò)渡金屬排放。推廣清潔生產(chǎn)工藝，開(kāi)發(fā)環(huán)保型過(guò)渡金屬材料。過(guò)渡金屬離子的分離和測(cè)定1選擇性沉淀法利用不同金屬離子對(duì)不同試劑的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)分離2離子交換法利用離子交換樹(shù)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(dòng)相中的分配系數(shù)差異分離過(guò)渡金屬離子的分離和測(cè)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(cè)、食品安全、資源勘探等多個(gè)領(lǐng)域。常見(jiàn)的過(guò)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(cè)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(guò)渡金屬的回收和利用1資源枯竭過(guò)渡金屬資源有限，回收利用對(duì)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(guò)渡金屬。3冶金技術(shù)利用冶金技術(shù)，對(duì)廢金屬進(jìn)行提純和再加工，制備可用的金屬材料。過(guò)渡金屬競(jìng)賽題目分析競(jìng)賽題目類型競(jìng)賽題目通常涵蓋過(guò)渡金屬的性質(zhì)、反應(yīng)、應(yīng)用等方面。題目難度競(jìng)賽題目難度較高，需要深入理解過(guò)渡金屬的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。備考策略建議學(xué)生多做練習(xí)，熟悉常見(jiàn)題型，并注重知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系和運(yùn)用。過(guò)渡金屬競(jìng)賽題目訓(xùn)練基礎(chǔ)知識(shí)掌握過(guò)渡金屬的定義、分類、性質(zhì)等基礎(chǔ)知識(shí)。例如，過(guò)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(guò)渡金屬的常見(jiàn)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(yùn)用知識(shí)點(diǎn)、如何判斷答案等。真題演練通過(guò)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(shí)的考試環(huán)境，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，找出薄弱環(huán)節(jié)。過(guò)渡金屬知識(shí)點(diǎn)總結(jié)定義和分類過(guò)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(guò)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(guò)渡金屬具有多種化學(xué)性質(zhì)，如可變價(jià)態(tài)、形成配合物、催化活性等。這些性質(zhì)與它們獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)。應(yīng)用過(guò)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(guò)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(guò)程。它們是人體必需的微量元素，對(duì)于維持生命活動(dòng)至關(guān)重要。復(fù)習(xí)思考題本節(jié)內(nèi)容為過(guò)渡金屬的知識(shí)點(diǎn)總結(jié)，通