高考化学反应原理、无机化工流程、无机实验热点金属钛、锰、铬、铜及其化合物性质总结.doc

高考热点——钛元素的性质总结1.钛单质：与浓盐酸和浓硫酸反应，均生成氢气：(1)2Ti ＋ 6HCl(浓) = 2TiCl3＋3H2↑(2)2Ti ＋3H2SO4(浓) = Ti2(SO4)3＋3H2↑2.单质钛的制备：(1)FeTiO3加H2SO4处理，同时加入铁屑，目的是防止Fe2＋被氧化：FeTiO3＋2H2SO4= TiOsO4＋FeSO4＋2H2O(2)加热使TiOsO4水解得到TiO2xH2O，脱水得到TiO2：TiO2＋ (x＋2)H2O (过量)TiO2xH2O↓＋4H＋(3)将TiO2与碳、氯气共热生成TiCl4，然后在Ar的气氛中，用Na或Mg还原成Ti，熔化铸成钛锭：TiO2＋2Cl2＋2CTiCl4＋2CO2Mg ＋ TiCl42MgCl2＋Ti3.TiO2的性质：典型的晶体叫做金红石，纯净的TiO2叫做钛白粉1)TiO2溶于H2SO4生成Ti(SO4)2：TiO2＋2H2SO4(浓) = Ti(SO4)2＋2H2O但从H2SO4溶液中析出的不是Ti(SO4)2，而是TiOsO42)TiO2不溶于碱，但能与熔融的烧碱反应生成偏钛酸盐，所以TiO2是两性氧化物例如：TiO2＋2NaOH(熔融) = Na2TiO3＋H2O4.四氯化钛常温，是一种无色发烟的液体，有刺激性气味。

若暴露在潮湿的空气中，会冒出白烟，部分水解生成钛酰氯，利用此性质，制备烟幕弹：TiCl4＋H2O = TiOCl2＋2HCl铬及其化合物的性质24Cr是第四周期第ⅥB族金属元素，铬的价电子构型为3d54s1，以＋3、＋6两种价态化合物最为重要铬单质是最硬的金属，与铁、镍能组成不锈钢可用铝热法由Cr2O3制备金属铬：Cr2O3＋2Al2Cr＋Al2O3含Cr3＋的溶液呈绿色，铬酸钾(K2CrO4)为黄色，重铬酸盐(K2Cr2O7)为橙色二者可以相互转化：2CrO42－＋2H＋Cr2O72－＋H2O加酸平衡向右移动c(Cr2O72－)增大，c(CrO42－)减小，溶液为橙红色；加碱平衡左移c(CrO42－)增大c(Cr2O72－)减小，溶液为黄色；中性时溶液为橙色与Al2O3、Al(OH)3相似，Cr2O3、Cr(OH)3具有两性，Cr(OH)3在溶液中存在两种平衡：Cr3＋＋3OH－Cr(OH)3H＋＋CrO2－Cr(OH)3既溶于酸，又溶于碱：Cr(OH)3＋3HCl==CrCl3＋3H2OCr(OH)3＋NaOH==NaCrO2＋2H2O在酸性溶液中，Cr2O72－是强氧化剂如加热的条件下，K2Cr2O7可以氧化浓盐酸制备氯气：K2Cr2O7＋14HCl(浓)2CrCl3＋2KCl＋3Cl2↑＋7H2O交警查酒驾，就是用重铬酸钾的酸性溶液，来检验酒精的含量：K2Cr2O7＋3CH3CH2OH＋4H2SO4=Cr2(SO4)3＋K2SO4＋3CH3CHO＋7H2O含铬废水中，以Cr(Ⅵ)的毒性最大。

我国规定工业废水含Cr(Ⅵ)的排放标准为01mgL－1含铬废水处理的基本原理就是将铬(Ⅵ)还原为铬(Ⅲ)，然后转化为Cr(OH)3沉淀除去现介绍两种中学化学常考到的方法：(1)化学还原法，可先将废水用硫酸调pH值至2~3，再加入FeSO4等还原剂，将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ):Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O然后用NaOH或Ca(OH)2调pH值至7~8，生成Cr(OH)3沉淀，再加混凝剂，使Cr(OH)3沉淀除去2)电解还原法电解还原法是用金属铁作阳极，Cr(Ⅵ)在阴极上被还原成Cr(Ⅲ)，在电解过程中阳极铁板溶解下来的Fe2＋(Fe－2e-=Fe2＋)也可将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)同时由于阴极板上析出H2，使废水pH值逐步上升，最后呈中性，此时Cr3＋、Fe3＋都以氢氧化物沉淀析出铬元素及其化合物性质解读单质铬铬是银白色有光泽的金属，纯铬有延展性，含杂质的铬硬而脆铬能慢慢地溶于稀盐酸、稀硫酸，而生成蓝色溶液与空气接触则很快变成绿色，这是因为先生成蓝色的Cr2＋，被空气中的氧进一步氧化成绿色的Cr3＋的缘故Cr ＋ HClCeCl2＋ H2↑4CrCl2＋ 4HCl ＋ O24CrCl3＋ 2H2O铬与浓硫酸反应，则生成二氧化硫和硫酸铬(Ⅲ)。

2Cr ＋ 6H2SO4Cr2(SO4)3＋ 3SO2＋ 6H2O但铬不溶于浓硝酸，因为表面生成紧密的氧化物薄膜而呈钝态在高温下，铬能与卤素、硫、氮、碳等直接化合　三氧化二铬Cr2O3是一种绿色的固体，微溶于水，熔点2708K，具有α－Al2O3结构Cr2O3呈现两性，不但溶于酸而且溶于强碱形成亚铬酸盐Cr2O3＋ 3H2SO4Cr2(SO4)3＋ 3H2OCr2O3＋ 2NaOH2NaCrO2＋ H2O经过灼烧的Cr2O3不溶于酸，但可用熔融法使它变为可溶性的盐如Cr2O3与焦硫酸钾在高温下反应：Cr2O3＋ 3K2S2O73K2SO4＋ Cr2(SO4)3　氢氧化铬氢氧化铬Cr(OH)3可由铬(Ⅲ)盐溶液与氨水或氢氧化钠溶液反应而制得Cr2(SO4)3＋ 6NaOH2Cr(OH)3↓＋ 3Na2SO4氢氧化铬是灰蓝色的胶状沉淀，它具有两性，既可溶于酸，又可溶于碱：Cr(OH)3＋ 3H＋Cr3＋＋ 3H2OCr(OH)3＋ OH－CrO2－＋ 2H2O氢氧化铬在溶液中有如下的平衡：Cr3＋(紫色)＋3OH－Cr(OH)3(灰蓝色)H2O＋HCrO2H＋＋CrO2－(绿色)＋H2O加酸时，平衡向生成 Cr3＋离子的方向移动，加碱时平衡移向生成 CrO2－离子的方向。

可见氢氧化铬具有两性，与氢氧化铝相似　铬(Ⅲ)盐和亚铬酸盐一：铬(Ⅲ)盐最重要的铬(Ⅲ)盐是硫酸铬和铬矾将Cr2O3溶于冷硫酸中，则得到紫色的Cr2(SO4)318H2O此外还有绿色的Cr2(SO4)6H2O和桃红色的无水Cr2(SO4)3硫酸铬(Ⅲ)与碱金属的硫酸盐可以形成铬矾，如铬钾矾K2SO4Cr2(SO4)324H2O可用SO2还原重铬酸钾的酸性溶液而制得K2Cr2O7＋ H2SO4＋ 3SO2K2SO4Cr2(SO4)3＋ H2O它在鞣革、纺织等工业上有广泛的用途在酸性溶液中Cr3＋的还原性很弱，相应的标准电极电势为：Cr2O72－＋ 14H＋＋ 6e-2Cr3＋＋ 7H2O ψθ=1.33V因而只有象过二硫酸铵、高锰酸钾等很强的氧化剂才能将Cr(Ⅲ)氧化成Cr(Ⅵ)2Cr3＋＋ 3S2O82－＋ 7H2OCr2O72－＋ 6SO42－＋ 14H＋10Cr3＋＋ 6MnO4－＋ 11H2O5Cr2O72－＋ 6Mn2＋＋ 22H＋ 二：亚铬酸盐亚铬酸盐是由Cr(OH)3与过量的NaOH反应制得它在碱性溶液中的标准电极电势为：CrO42－＋ 2H2O ＋ 3e-CrO2－＋ 4OH－ψθ=－0.13V可见，在碱性溶液中Cr(Ⅲ)有较强的还原性。

因此，在碱性溶液中，亚铬酸盐可被H2O2或Na2O2氧化，生成铬(Ⅵ)酸盐2CrO2＋ 3H2O2＋ 2OH－2CrO42－＋4H2O2CrO2＋ 3Na2O2＋ 2H2O2CrO42－＋ 6Na＋＋ 4OH－亚铬酸盐在碱性介质中转化成Cr(Ⅵ)盐的性质很重要，工业上从铬铁矿生产铬酸盐的主要反应就是利用此转化性质　铬(Ⅲ)的配合物Cr(Ⅲ)离子的外层电子构型为3d34S04P0，它具有6个空轨道，同时Cr3＋离子的半径也较小(63pm)，有较强的正电场，因此它容易形成d2sp3型配合物，Cr(Ⅲ)离子在水溶液中就是以六水合铬(Ⅲ)离子[Cr(H2O)6]3＋存在上面所写的Cr3＋离子实际上并不存在于水溶液中，这样写只是为了方便[Cr(H2O)6]3＋中的水分子还可以被其它配位体所取代，因此，同一组的配合物，可能有多种异构体存在例如，CrCl36H2O就有三种异构体：紫色的[Cr(H2O)6]Cl3，蓝绿色的[Cr(H2O)5Cl]H2O和绿色的[Cr(H2O)4Cl2]Cl2H2O　铬酸盐工业上和实验室中最常见的铬(Ⅵ)化合物是它的含氧酸盐，如铬酸盐和重铬酸盐，其中以重铬酸钾和重铬酸钠最为重要。

碱金属和铵的铬酸盐易溶于水，碱土金属铬酸盐的溶解度从镁到钡依次锐减(见下表)物 质MgCrO4CaCrO4SrCrO4BaCrO4溶解度/g(100gH2O)－172 (291K)2.3 (292K)0.123(288K)0.00035(291K)铬酸盐与重铬酸盐在水溶液中存在着下列平衡:2CrO42－＋ H＋ Cr2O72－＋ H2O加酸可使平衡向右移动，Cr2O72－离子浓度升高加碱可使平衡向左移，CrO42－离子浓度升高，因此溶液中CrO42－与Cr2O72－离子浓度的比值决定于溶液的pH值在酸性溶液中，主要以Cr2O72－形式存在，在碱性溶液中，则以CrO42－形式为主除了加酸，加碱条件下可使这个平衡发生移动外，如向这个溶液中加入Ba2＋、Pb2＋或Ag＋离子，由于这些离子与CrO42－离子反应而生成溶度积较低的铬酸盐，也能使平衡向右移动所以，无论是向铬酸盐溶液或者重铬酸盐溶液中加入这些金属离子，生成的都是铬酸盐沉淀Cr2O72－＋2Ba2＋＋ H2O2H＋＋ BaCrO4(黄色)↓Ksp=1.610－10Cr2O72－＋2Pb2＋＋ H2O2H＋＋ 2PbCrO4(黄色)↓Ksp=1.7710－14Cr2O72－＋4Ag＋＋ H2O2H＋＋ 2Ag2CrO4(砖红色)↓Ksp=9.010－12实验室中常利用Ba2＋、Pb2＋、Ag＋离子来检验CrO42－离子的存在。

　重铬酸盐重铬酸盐在酸性溶液中是强氧化剂例如，在冷溶液中K2Cr2O7可以氧化H2S，H2SO3和HI；加热时，可氧化HBr和HCl在这些反应中，Cr2O72－的还原产物都是Cr3＋的盐Cr2O72－＋ 6I－＋ 14H＋2Cr3＋＋ 3I2＋ 7H2OCr2O72－＋ 3SO32－＋ 8H＋2Cr3＋＋ 3SO42－＋ 4H2O在分析化学中，常用K2Cr2O7来测定铁：K2Cr2O7＋ 6FeSO4＋ 7H2SO43Fe2(SO4)3 ＋ Cr2(SO4)3＋ K2SO4＋ 7H2O实验室中所用的洗液，它是重铬酸钾饱和溶液和浓硫酸的混合物(往5g K2Cr2O7配制的热溶液中加入100mL 浓H2SO4)叫铬酸洗液，有强氧化性，可用来洗涤化学玻璃器皿，以除去器壁上沾附的油脂层洗液经使用后，棕红色逐渐转变成暗绿色若全部变成暗绿色，说明Cr(Ⅵ)已转化成为Cr(Ⅲ)，洗液已失效重铬酸钾也可被乙醇还原，3CH3CH2OH＋2K2Cr2O7＋8H2SO43CH3COOH＋2Cr2(SO4)3＋2K2SO4＋11H2O，利用该反应可监测司机是否酒后驾驶重铬酸钠和重铬酸钾均为大粒的橙红色晶体在所有的重铬酸盐中，以钾盐在低温下的溶解度最低，而且这个盐不含结晶水，可以通过重结晶法制得极纯的盐，用作基准的氧化试剂。