d区元素

《d区元素》由会员分享，可在线阅读，更多相关《d区元素（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二十三章 d区元素(一),23.5 铁 钴 镍,23.4 锰,23.3 铬 钼 钨 多酸型配合物,23.2 钛 钒,23.1 d区元素概述,23.1 d区元素概述,23.1.5 d区元素离子的颜色,23.1.4 d区元素的氧化态,23.1.3 d区元素的化学性质,23.1.2 d区元素的物理性质,23.1.1 d区元素的原子半径和 电离能,23.1.1 d区元素的原子半径和电离能,1.d区元素在周期表中的位置,3. d区元素的原子半径,2. d区元素原子的价电子层构型 (n-1)d1-10ns1-2 (Pd为5s0),总趋势：同周期 左右由小大,幅度不大。 同副族 不规律。,4.d区元素的第

2、一电离能,23.1.2 d区元素的物理性质,熔点、沸点高 熔点最高的单质：钨(W) 硬度大 硬度最大的金属：铬(Cr) 密度大 密度最大的单质：锇(Os) 导电性，导热性，延展性好。,熔点变化示意图,23.1.3 d区元素的化学性质,第一过渡系的单质比第二过渡系的单质 活泼； 例：第一过渡系除Cu外均能与稀酸作用， 第二、三过渡系仅能溶于王水、 氢氟酸，而Ru,Rh,Os,Ir不溶于王水。 2. 与活泼非金属(卤素和氧)直接形成化合物。 3. 与氢形成金属型氢化物： 如：VH18，TaH0.76，LaNiH5.7 。 4. 与硼、碳、氮形成间充型化合物。,总趋势：从上到下活泼性降低。,元 素

3、Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 氧化态 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +6 +6 +6 +7,(划横线表示常见氧化态),左 右,氧化态先升高后降低,上 下,同族高氧化态趋向稳定,Fe +2、+3 Ru +4 Os +4、+6、+8,23.1.4 d区元素的氧化态,关于第一过渡系元素（广义）的氧化态分布，可以归纳为两条规律： 第一过渡系元素的氧化态呈现两头少，中间多，两头低，中间高的趋势。 这是由于过渡系元素前面的d电子数少，而后面的元素d电子虽然多，但由于有效核电荷从左到右增加使d轨道

4、能量降低，电子被原子核束缚较牢，不易参与成键的缘故。相反，中间元素d电子较多，有效核电荷不大也不太小，因而其氧化态多。 假如在元素的氧化态分布表中划两条直线：一条是从Sc(3)到Mn(7)的直线，处于这条直线的氧化态都是元素较稳定的最高氧化态，它相当于从Sc到Mn各元素的价电子数的总和。第二条直线是从Mn(2)到Zn(2)，处于这条直线的氧化态是各元素的较稳定的低氧化态，相应于元素的原子失去4s电子。,23.1.5 d区元素离子的颜色,Mn () Fe() Co() Ni() Fe() Cu(),水合离子呈现多种颜色。,过渡元素的配离子通常具有颜色。其颜色是由于配离子吸收了一部分可见光(400

5、nm 800nm)而发生dd跃迁所造成。 某些具有颜色的含氧酸根离子，如 CrO42-(黄色), MnO4- (紫色)等，其颜色是由电荷迁移引起的。,Ti(H2O)63+ 的吸收光谱,23.2 钛 钒,*23.3.4 多酸型配合物 同多酸和杂多酸及其盐,*23.3.3 钼、钨的化合物,23.3.2 铬的化合物,23.3.1 铬、钼、钨的单质,23.3 铬 钼 钨 多酸型配合物,铬分族(VIB)：Cr, Mo, W, Sg,23.3.1 铬、钼、钨的单质,价层电子构型：(n-1)d 4-5ns1-2,灰白色金属，熔沸点高，硬度大。 表面易形成氧化膜。 室温时纯铬溶于稀HCl,H2SO4，在浓HN

6、O3中钝化。高温下与活泼的非金属及C,B,N反应。,23.3.2 铬的化合物,Cr2O3 (铬绿),水溶液中铬的各种离子,Cr2+(aq),Cr3+(aq),铬元素的电势图,/ V,/ V,Na2CrO4 (aq),Na2Cr2O7 (aq),1.铬()的化合物,(1) Cr() 化合物的制备：碱熔法,(2) 以K2Cr2O7为原料制备其他含铬化合物,(暗红色,针状),(3) Cr() 含氧酸及其离子在溶液中的转化,pH的影响,pH6：CrO42-为主。,H2Cr2O7, H2CrO4均为强酸,仅存在于稀溶液,(4) Cr() 的难溶盐,铬酸盐比相应的重铬酸盐溶解度小。,(5) K2Cr2O7

7、的氧化性,2.铬()的化合物,制备：,性质：,(灰绿),(亮绿色),(1) Cr2O3的制备与性质,(2) Cr(OH)3,Cr(H2O)63+ Cr(OH)(H2O)52+ + H+,2Cr(H2O)63+ (H2O)4Cr(OH)2Cr (H2O)44+ + 2H+ +2H2O,(4) Cr()的还原性与氧化性,碱性条件下易被氧化。,Cr2+(aq) Cr3+(aq),(5) Cr()的配位性,配位数为6，Cr3+采用d2sp3杂化轨道成键。,如：水合异构体,(6) Cr(), Cr()的鉴定,H+,小结：,23.4.1 锰的单质,23.4 锰,*23.4.3 锰的Gibbs函数变 -氧化

8、值图,23.4.2 锰的化合物,锰分族(VIIB)：Mn Tc Re 价电子构型：(n-1)d5ns2,23.4.1 锰的单质,锰单质的性质： 白色金属，硬而脆,活泼金属：,与氧、卤素等非金属反应：,在氧化剂存在下与熔融的碱作用：,锰的存在与制备：,23.4.2 锰的化合物,Mn的价电子构型：3d54s2 Mn的氧化值呈连续状：从-2+7。 常见氧化值：+7，+6，+4和+2。 常见化合物：KMnO4 ，K2MnO4，MnO2， MnSO4和MnCl2。 除MnO2外，余者均易溶于水，相应,含锰离子分别为：,锰的重要化合物性质表,水溶液中锰的各种离子及其性质,氧化值 +7 +6 +3 +2 颜

9、色 紫红色 暗绿色 红色 淡红色 d电子数 d0 d1 d4 d5,锰元素电势图：,1.锰()的化合物,强氧化性,不稳定性,加热,(见光)遇酸,浓碱,2.锰()的化合物,在酸性，中性溶液中歧化,K2MnO4暗绿色晶体，在强碱性溶液中以 形式存在。,制取低氧化值锰化合物的原料,还原性（碱性）,强氧化剂,3.锰()的化合物：MnO2,.锰()的化合物,Mn(H2O)62+ Mn(OH)(H2O)5+ + H+,在碱性条件下：,Mn(OH)2为碱性,Mn2+的还原性弱,鉴定Mn2+常用NaBiO3，介质用HNO3，Mn2+量不宜多。,MnS(肉色）：稀酸溶性硫化物,小结：,(黑褐),(白色),(肉色

10、),(深肉色),无O2+OH-,H+,KClO3 + KOH,H+ 或 CO2 (歧化),H2O+SO32-,OH-(浓)+SO32-,H+或CO2 (歧化),紫色,暗绿,23.5 铁 钴 镍,23.5.1 铁、钴、镍的单质,23.5.3 铁、钴、镍的配合物,23.5.2 铁、钴、镍的化合物,族 Fe Co Ni 铁系 Ru Rh Pd Os Ir Pt,铂系,铁系元素的相关矿物：,辉钴矿：CoAsS； 镍黄铁矿：NiSFeS；,赤铁矿：Fe2O3；磁铁矿：Fe3O4；,菱铁矿：FeCO3；黄铁矿：FeS2；,23.5.1 铁、钴、镍的单质,化学性质：中等活泼的金属,1. 与稀酸反应,2. 与

11、浓酸的作用,冷浓HNO3使Fe，Co，Ni钝化。,3. 与非金属反应,4. 与CO形成羰合物 Fe(CO)5，Co2(CO)8，Ni(CO)4,纯Fe,Co,Ni在水和空气中稳定。,除Fe以外，最高氧化值都没有达到3d和4s电子数的总和。,23.5.2 铁、钴、镍的化合物,铁的重要化合物,钴()和镍()的重要化合物,铁、钴、镍的元素电势图,氧化性：Fe() Co() Ni(),氧化性,Fe() Co() Ni() F- FeF3 CoF3 * (350分解) Cl- FeCl3 CoCl3 * (常温分解) Br- FeBr3 * * I- * * *,稳定性,还原性,稳定性,1. 铁、钴、镍

12、的氧化物和氢氧化物,(1) 铁、钴、镍的氧化物 Fe2O3红棕色， FeO黑色， Fe3O4黑色； Co2O3xH2O暗褐色， CoO灰绿色； Ni2O32H2O灰黑色， NiO绿色。,(2) 铁、钴、镍的氢氧化物,氯化羟钴(碱式氯化钴),(慢),还原性：Fe()Co()Ni(),M=Co,Ni,2. 铁、钴、镍的盐,FeCl3黑褐色，Fe(NO3)39H2O淡紫色， FeCl24H2O淡蓝色， FeSO47H2O淡绿，,(NH4)2Fe(SO4)26H2O(Mohr盐)淡绿色， CoSO47H2O淡紫色， CoCl26H2O粉红色， NiCl26H2O草绿色， NiSO47H2O暗绿色。 N

13、i(NO3)26H2O青绿色。,(1) 水溶液中水解,=10-9.5,=10-3.05,Fe(OH)(H2O)52+ Fe(OH)2(H2O)4+H+,=10-3.26,Fe3+水解最终产物：Fe(OH)3,结构：,2Fe(H2O)63+ (H2O)4 Fe(OH)2Fe(H2O)44+ +2H+ +2H2O,水合铁离子双聚体,=10-2.91,=10-12.20,=10-10.64,(FeCl3烂板剂),红,(2) Fe3+为中等强度氧化剂,保存Fe2+溶液应加入Fe,(3) Fe2+具有还原性：,(4) FeCl3有明显的共价性，易潮解,蒸汽中形成双聚分子,(5) CoCl26H2O变色硅

14、胶。,3. Fe(), Co(), Ni()的硫化物,FeS CoS NiS,黑色 不溶于水,6.310-18,410-21() 210-25(),3.210-19() 1.010-24() 2.010-26(),稀酸溶性,但CoS, NiS形成后由于晶型转变而不再溶于酸。,1. 铁的配合物,高自旋：FeF63-， Fe(NCS)n(H2O)6-n3-n 低自旋：Fe(CN)63-， Fe(CN)64- Fe(CN)5NO2-,23.5.3 铁、钴、镍的配合物,K4Fe(CN)6 黄血盐 ，黄色； K3Fe(CN)6 赤血盐，晶体为红色。,异硫氰合铁()配离子,鉴定Fe3+的反应,Prussians蓝,Turnbulls蓝,Prussians蓝，Turnbulls蓝组成均为： KFe (CN)6Fex,该反应用于Fe2+的鉴定(酸性条件)。,该反应用于Fe3+的鉴定(酸性条件)。,KFe (CN)6Fex的结构为：,用于鉴定S2- 。,Na2Fe(CN)5NO2H2O 五氰亚硝酰合铁()酸钠，红色。,棕色,用于 鉴定：“棕色环”，,亦用于 鉴定：棕色物质。,Fe() 的配合物比Fe()的配合物稳定， 相应电对的标准电极电势低于E