大学无机化学第章铁系元素和铂系元素PPT课件

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1、大学无机化学第章铁系元素和铂系元素PPT课件 大学无机化学第22章铁系元素和铂系元素主主要内容铁系元素的配位化合物铁系元素的单质1铁系元素的简单化合物23铂系元素4过渡金属元素小结5Fe CoNi铁系Ru RhPd Os Ir Pt铂系铁系元素概述一.铁系元素的价层电子构型、常见氧化态、自然界中主要矿物质及用途第第族元素在周期表中是特殊的一族,包含三个周期的9种元素,这与它们之间性质的类似和递变关系相联系的;性质的水平相似性比垂直相似性更突出.Fe(铁)Co(钴)Ni(镍)价电子构型3d64s23d74s23d84s2常见氧化数+ 2、+ 3、+ 6、(+8)+ 2、+3+ 2、+3主要矿物磁

2、铁矿(Fe3O4)赤铁矿(Fe2O3)黄铁矿(FeS2)辉钴矿(CoAsS)砷钴矿(CoAs2)镍黄铁矿(NiSFeS)硅镁镍矿主要用途钢铁工业最重要的产品和原材料制造合金制造合金制造合金金属制品的保护层Co0.227Co1.92Co23-+Ni0.257Ni1.59NiO22-+Fe0.44Fe0.771Fe2.20FeO/V2324-+-OAE二.铁、钴、镍的元素电势图1.中等活泼金属,能溶于稀酸(钴、镍缓慢).活泼性按FeCoNi递减.2.在酸性介质中,Fe2+、Co2+、Ni2+分别是铁、钴、镍离子的最稳定状态,但Fe2+可空气氧化为Fe3+.3.高氧化态的铁()、钴()、镍()在酸性

3、介质中都是强的氧化剂.Co0.73Co(OH)0.17Co(OH)23-Ni0.72-Ni(OH)0.49Ni(OH)32Fe0.887Fe(OH)0.56Fe(OH)0.72FeO/V2324-OBE4.碱性介质中,铁的最稳定氧化态是+3,镍的最稳定氧化态仍是+2.Co(OH)2能被空气缓慢地氧化.O2+2H2O+4e-=4OH-E B?=0.401V5.低氧化态氢氧化物的还原性按Fe(OH)2Co(OH)2Ni(OH)2的顺序递减.6.碱性介质中把低氧化态的铁、钴、镍氧化为高氧化态比酸性介质中容易.22-1铁系元素的单质一.单质均为具有光泽的银白色金属,具有磁性,为铁磁性物质,其合金为良好

4、的磁性材料.它们的密度较大,熔点随FeCoNi的次序降低,这可能与与3d轨道中成单电子数按FeCoNi次序减少有关.铁和镍的延展性好，钴硬而脆.二.空气和水对钴、镍和纯铁稳定,含杂质铁在潮湿空气中形成棕色铁锈(Fe2O3xH2O).铁锈的形成过程为电化学过程Fe-2e-=Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-4Fe(OH)2+O2=2Fe2O3+4H2O钴和镍在空气中可形成一层薄而致密的氧化膜.冷、浓硝酸可使铁、钴、镍钝化,可用铁制品贮运浓硝酸;铁能被浓碱溶液侵蚀,钴、镍对浓碱稳定.实验室常用镍坩埚熔融碱性物质.三.铁系元素单质常见反应1.与酸反应NiCo,H)aq(M)(2H M22溶解较

5、慢稀+?+O NH4Fe,(NO H014Fe242-3+?+冷）稀-2322-3324Fe10H2NO()4Fe NO5HOFe4HNO(Fe NO2HO?+?+?+稀较较浓浓）O H3NO3Fe,(NO3H6Fe223-3+?+浓）热冷浓HNO3使Fe,Co,Ni钝化.处于钝化状态的Fe,Co,Ni往往不再溶于稀硝酸中.钴与稀硝酸、镍与热的浓硝酸或稀酸有作用.2.与非金属反应43321502O Fe O Fe O Fe和?+CoO O Co O Co435002和?+NiO O Ni5002?+200C300C2322550C570C23422232M SMS(M Fe,Co,Ni)2Fe

6、3X2FeX(X F,Cl.Br)M ClMCl(M Co,Ni)3Fe4H O(g)Fe O H(g)2Fe3H O(g)FeO3H(g)?+?+?+?+?+?+赤热22-2铁系元素的简单化合物一.铁的氧化物和氢氧化物FeO黑色Fe2O3红棕色Fe3O4黑色Fe(OH)2白色Fe(OH)3红棕色1.FeO和Fe(OH)2100C242FeCO()FeOCOCO?+隔隔绝绝空空气气，黄黄色22-2-1铁的简单化合物433K243423FeCO FeO2CO4CO?+分解温度不宜过高)(s,Fe(OH)2OH Fe222O白无?+-+22O2O232Fe(OH)(s,)FeO HO()?白灰灰绿

7、绿色色沉沉淀红红棕棕色x32224Fe(OH)O2H4Fe(OH)?+Fe(OH)2+4OH-浓=Fe(OH)64-由草酸亚铁分解得到粉状的FeO反应活性很高,能在空气中自燃.FeO溶于酸不溶于碱.Fe(OH)2溶于酸,也能微溶于浓的强碱中:2.Fe3O4234160C243423Fe2O FeO3FeCO FeO2CO4CO?+?+燃燃烧Fe3O4是一种铁氧体磁性物质,具有高的导电性和反尖晶石结构FetFeFeo O4;不溶于水和酸.Fe3O4铁()酸盐FeFeFeO4O3FeO O2Fe3222143缓慢?+?4Fe3O4+36KHSO4(熔融)+O2=6Fe2(SO4)3+18H2O+1

8、8K2SO44Fe3O4+18SO3+O2=6Fe2(SO4)33.Fe2O3和和Fe(OH)3/Fe2O3xH2O及高铁酸盐2232C12533O12NO)(O Fe-2)NO(4Fe+?红棕色?红棕）(s,Fe(OH)3OH Fe3-3?+O3H O Fe-)OH(2Fe232473K3+?顺磁性,用作防锈漆自然界存在的赤铁矿是-Fe2O3.,O FeO Fe32O43,2材料铁磁性细心氧化-?-Fe2O3Fe3O4Fe2O3不溶于水能溶于酸和浓热的强碱:Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O Fe2O3+2KOH(浓,热)=2KFeO2+H2O灼烧后的Fe2O3不溶于酸.Fe(OH)3/

9、Fe2O3xH2O两性偏碱性,溶于酸,新制备的Fe(OH)3能溶于强碱.Fe(OH)3+3KOH=K3Fe(OH)623O42A2-O423BFeO8H3e Fe4HO2.20VFeO4HO3eFe(OH)5OH0.72V-+-+?+?+?+?EE234223324222Fe(OH)3ClO4OH2FeO3Cl5HOFeO3KNO4KOH2KFeO3KNO2HO-+?+?+共共熔紫紫红2244FeOBaBaFeO()-+?+?紫紫红红色高铁酸的钠盐和钾盐是可溶的,BaFeO4是紫红沉淀;高铁酸盐是比高锰酸盐更强的氧化剂,它安全、无毒、无污染、无刺激;它是一种优良的水处理剂,具有氧化杀菌作用,生

10、成的Fe(OH)3胶体对各种阴阳离子有强的吸附能力;对水体中的-去除能力非常强.FeO4-只能存在于强碱性介质中,在酸性介质中不稳定,是强氧化剂O10H2O4Fe20H4FeO22324+?+-1.硫酸亚铁FeSO47H2O/绿矾2FeS2(黄铁矿)+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO42573K,H140C42424423234224FeSO7HO FeSOHO()FeSO()FeSO FeOSOSO4FeSO2HOO4Fe(OH)SO()?+?真真空强强热白白黄黄褐褐色 二、铁的重要盐类2

11、.硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)26H2O/Mohr盐F.A.Cotton，Inorg.Chem1993,32，4861-4867相比FeSO4,Mohr盐不易失水和被空气氧化;这是由于大量的氢键网络保护中心金属离子.在分析化学中用以配制Fe()的标准溶液.3.硫酸铁Fe2(SO4)3Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O Fe2(SO4)3在在pH较小条件下发生水解不产生氢氧化铁沉淀,而是产生一些双聚体离子+242422)OH(Fe,)OH(Fe无水硫酸铁是淡黄色固体,常见的水合物有12,9(紫色晶体).Fe2(SO4)3Fe2O3+SO3高温+?4124462NH,N

12、a,K MH)()SO(Fe M这些离子能和SO42-及碱金属离子、NH4+离子结合形成一种浅黄色的复盐晶体,俗称黄铁矾.+242422)OH(Fe,)OH(Fe22HO2333:Fe(Fe)Fe Fe(OH)+?水水解工工业业上上除除铁胶胶体沉淀速率慢,易吸附其他物质.工业生产中广泛采用的方法3NaClO pH1.61.8358K368K?含含铁铁杂杂质质系系统黄黄钠钠铁铁矾6Fe2+ClO3-+6H+=6Fe3+Cl-+3H2O3Fe2(SO4)+6H2O=6Fe(OH)SO4+3H2SO44Fe(OH)SO4+4H2O=2Fe2(OH)4SO4+2H2SO42Fe(OH)SO4+2Fe2

13、(OH)4SO4+Na2SO4+2H2O=Na2Fe6(SO4)4(OH)12(s)+H2SO4FeCl3有明显的共价性,易溶于水和有机溶剂;易潮解变成FeCl3xH2O,x=6,3.5,2.5,2.FeF3FeCl3FeCl36H2O FeBr3绿色棕黑色黄棕色暗红棕色4.三卤化铁FeX3无水FeCl3m.p555K,b.p588K;673K以下主要以二聚体分子存在:1023K以上分解为单体.2FeCl32FeCl2+Cl2500,真空硫化物FeS FeS2S22-颜色黑色黄色Fe+S FeSFe2+S2-FeS共熔5.铁的硫化物FeS+2HCl=FeCl2+H2S FeS+4HNO3=Fe

14、(NO3)3+S+NO+2H2O4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3三.Fe2+、Fe3+的水解性、氧化还原性保存Fe2+溶液应加入Fe.O2H4Fe4H O4Fe2322+?+1.Fe2+的还原性O H72Cr6Fe4H1O Cr6Fe2332722+?+-+O H4Mn5Fe8H MnO5Fe22342+?+-+2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O Fe2+离子在水溶液中存在微弱的水解:Fe(H2O)62+Fe(OH)(H2O)5+H+2.Fe3+的水解性Fe(OH)(H2O)52+Fe(OH)2(H2O)4+H+K?=5.510-4Fe(H2O)63+Fe(OH)(H2O

15、)52+H+淡紫K?=8.9110-4黄色2225254242242Fe(HO)OHFe(HO)OHFe(HO)(OH)Fe(HO)2HO+Fe3+水解最终产物:Fe(OH)3O H2OHOHFeO H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2Fe高电荷的Fe3+水解能力强,其盐的水溶液显强酸性;向Fe()的强酸盐溶液中加入碳酸盐、硫化物得到的是Fe(OH)3沉淀,CO2或或H2S.3.Fe3+的氧化性+?+2H S2Fe SH2Fe223+?+24232Fe SnSn2Fe22323I2Fe2I2Fe3Fe Fe2Fe+?+?+-+?+2232Fe CuCu2Fe22-2-2钴和镍的简单化合物一.氧化物和氢氧化物氧化物FeO Fe2O3Fe3O4CoO Co2O3*NiO Ni2O3*颜色黑色砖红色黑色灰绿黑色暗绿黑色氧化性强强酸碱性碱性两性碱性碱性碱性碱性1.氧化物MCO3MO+CO2(M=Fe,Co,Ni)隔绝空气