铁钴镍ppt课件

过渡金属(),第二十一章,1,第族元素：铁、钴、镍第1过渡系铁系元素钌、铑、钯锇、铱、铂,第2、3过渡系铂系元素,镧系收缩使差别较显著,稀有元素，和金、银一起称为贵金属,2,第二十一章过渡金属(),21-1铁系元素21-2铂系元素21-3过渡金属的通性,3,21-1铁系元素,1-1铁系元素的概述1-2铁、钴、镍的氧化物及氢氧化物1-3铁、钴、镍的盐及其配合物,4,1-1铁系元素的概述,存在1-1-1铁系元素的基本性质1-1-2物理性质1-1-3化学性质1-1-4用途,5,存在,铁钴镍丰度5.1%110-3%1.610-2%铁的主要矿石：赤铁矿Fe2O3磁铁矿Fe3O4褐铁矿2Fe2O33H2O菱铁矿FeCO3黄铁矿FeS2钴的主要矿石：辉钴矿CoAsS镍的主要矿石：镍黄铁矿NiSFeS,6,1-1-1铁系元素基本性质,7,1-1-2物理性质,具有金属光泽的白色金属；铁磁性，其合金为磁性材料；依铁、钴、镍顺序：其原子半径逐渐减小，密度依次增大，熔沸点比较高，较接近；钴比较硬，而且脆，而铁和镍有很好的延展性。,8,1-1-3化学性质铁、钴、镍的电离势,9,铁系元素电势图,A/VFeO42-+2.20Fe3+0.771Fe2+-0.44FeCo3+1.808Co2+-0.277CoNiO2+1.678Ni2+-0.25NiB/VFeO42-+0.72Fe(OH)3-0.56Fe(OH)2-0.877FeCo(OH)3+0.17Co(OH)2-0.73CoNiO2+0.49Ni(OH)2-0.72Ni,10,(1)铁在潮湿的空气中会生锈.铁锈成分较复杂,常以Fe2O3xH2O表示,它是一种多孔松脆的物质,故不能保护内层铁不进一步被腐蚀;常温下,Co、Ni都较稳定，因其氧化膜致密，保护内层金属.(2)高温和氧,硫,氯等非金属作用生成相应的氧化物,硫化物和氯化物:2Fe+3Cl2高温2FeCl3高温和水反应3Fe+4H2O高温Fe3O4+4H2,11,(3)与酸作用,故可用铁制器贮运浓H2SO4、浓HNO3，而用镍制坩埚进行熔碱实验,12,Co、Ni主要用于制造合金.Ni是不锈钢的主要成分(Cr18%,Ni9%),镍粉可做氢化时的催化剂,镍制坩埚在实验室里是常用的.Co用于冶炼高速切削钢和永久磁铁,1-1-4用途,13,1-2铁、钴、镍的氧化物及氢氧化物,一、氧化物,1、制备,14,2、性质：,15,M2O3较强氧化性：氧化能力依Fe2O3Co2O3Ni2O3增强Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OM2O3+6HCl=2MCl2+Cl2+3H2OM=Co、Ni,稳定性依Fe2O3Co2O3Ni2O3减弱,16,二、氢氧化物,K3Fe(OH)6,17,颜色:白色暗绿色棕红色4Co(OH)2+O2+2H2O=4Co(OH)32Ni(OH)2+NaClO+H2O=2Ni(OH)3+NaCl,3、难溶于水4、氧化还原性(1)M(OH)2呈还原性：依FeCoNi次序减弱,18,(2)M(OH)3呈氧化性：依FeCoNi次序增强,FeCoNioM(OH)3/M(OH)2/V-0.560.170.48,Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2OM(OH)3+6HCl=2MCl2+Cl2+6H2OM=Co、Ni,19,20,1-3铁钴镍的盐及其配合物,1-3-1M()的盐,1-3-2M()的盐,1-3-3Fe()的化合物,1-3-4配合物,21,1-3-1M()的盐,一、共性二、硫酸亚铁三、氯化钴四、硫酸镍,22,一、共性,1、水合离子和化合物均有颜色FeCoNi水合离子淡绿色粉红色亮绿色无水盐白色蓝色黄色2、有相似的溶解度强酸盐：MSO4、M(NO3)2、MCl2等易溶于水，并使溶液呈酸性弱酸盐：MCO3、MS、M3(PO4)2等难溶于水3、易形成配合物4、某些强酸盐含结晶水数目相同MCl2.6H2OMSO4.7H2OM(NO3)2.7H2O,23,二、硫酸亚铁,1、制备:a.隔绝空气,纯铁溶于稀硫酸b.工业上,可用氧化黄铁矿的方法2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4C.Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2OFe2(SO4)3+Fe=3FeSO4析出浅绿色FeSO47H2O,俗称绿矾,24,FeSO47H2O绿矾:在空气中逐渐风化而失去一部分结晶水;加热失水可得到白色一水合硫酸亚铁;在573K时可得到白色无水硫酸亚铁。(NH4)2SO4.FeSO46H2O摩尔盐,(2)还原性Fe3+eFe2+0.77v2FeSO4+1/2O2+H2O=2Fe(OH)SO4(棕黄色),25,所以配制FeSO4溶液，应加入H2SO4和铁钉以防水解和被氧化。Mohr比较稳定，故分析化学上一般用摩尔盐配制Fe()溶液.5Fe2+MnO4-+8H+=5Fe3+Mn2+4H2O2FeCl2+Cl2=2FeCl3用途：木材防腐剂制蓝黑墨水等,26,三、氯化钴,CoCl26H2OCoCl22H2OCoCl2H2OCoCl2(粉红)(紫红)(蓝紫)(蓝),1、受热失水而不水解2、硅胶干燥剂脱水能力的指示剂3、旧时作为显隐墨水,27,四、硫酸镍,NiSO4.7H2O绿色晶体,2Ni+2HNO3+H2SO4=2NiSO4+NO2+NO+3H2ONiO+H2SO4=NiSO4+H2ONiCO3+H2SO4=NiSO4+H2O+CO2用途：电镀，催化剂等,28,1-3-2M()的盐,FeCl3.6H2O桔黄色Fe(NO3)3.9H2O浅紫色Fe2(SO4)3.9H2O浅紫色NH4Fe(SO4)2.12H2O浅紫色,一、制备：1、无水FeCl3:2Fe+3Cl2=FeCl3棕黑色2、FeCl3.6H2O：Fe+2HCl=FeCl2+H22FeCl2+Cl2=2FeCl3,29,二、性质,1、明显的共价性673K时,气态三氯化铁为双聚体Fe2Cl6,其结构与Al2O6相似；1023K分解为单分子。,2、无水易潮解3、易水解：水解方式似Cr3+,30,Fe3+离子的水解逐级水解：Fe3+H2OFe(OH)2+H+K=10-3.05Fe(OH)2+H2OFe(OH)2+H+K=10-6.31缩合反应:Fe(H2O)5(OH)2+Fe(H2O)63+(H2O)5Fe-O-Fe(H2O)55+H2OHOH2Fe(H2O)5(OH)2+(H2O)4FeFe(H2O)4OH,4+,31,总反应:2Fe(H2O)63+Fe(H2O)4(OH)2Fe(H2O)44+2H+K=10-2.91水合铁离子双聚体结构:H2OOH2OHOH2OH24+FeFeH2OOH2OHOH2OH2,32,4、氧化性：在酸性溶液中是较强氧化剂.2FeCl3+2KI=2KCl+2FeCl2+I22FeCl3+H2S=2FeCl2+2HCl+S2FeCl3+SnCl2=2FeCl2+SnCl42FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2,三、用途：1、制其它铁盐的原料、墨水、颜料；2、水处理剂；印刷电路板的腐蚀剂；3、作伤口的止血剂。,33,1-3-3Fe()的化合物,K2FeO4高铁酸钾紫红色一、制备：,Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2OFe2O3+3KNO3+4KOH=2K2FeO4+3KNO2+2H2O,34,二、性质,水中：4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+8OH-+3O2酸中：2FeO42-+10H+=2Fe3+1/2O2+5H2O,FeO42-+8H+3e-Fe3+4H2OA=2.2vFeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-B=0.72v,FeO42-的结构与SO42-、CrO42-类似;BaFeO4为难溶物,35,Fe2+：大多形成八面体配合物Co2+：大多形成八面体配合物；弱场易形成四面体配合物Ni2+：配位数4、5、6，四面体、平面正方形、三角双锥、八面体Fe3+：大多形成八面体配合物；弱场易形成四面体配合物Co3+：大多形成八面体配合物；多为低自旋,1-3-4配合物,36,一、氨配合物二、硫氰配合物三、氰配合物四、其它配合物五、低氧化态的配合物,1-3-4配合物,37,一、氨配合物,1、Fe2+、Fe3+氨合物可以由无水盐与氨气作用制得，但在水溶液中不可能存在Fe(NH3)6Cl2+6H2O=Fe(OH)2+4NH3.H2O+2NH4ClFe(NH3)6Cl3+6H2O=Fe(OH)3+3NH3.H2O+3NH4Cl,Fe(H2O)63+3NH3=Fe(OH)3+3NH4+3H2O,38,2、钴的氨配合物,Co(H2O)63+e-Co(H2O)62+=+1.84VCo(NH3)63+e-Co(NH3)62+=+0.1V,Co2+6NH3Co(NH3)62+土黄色,2Co(NH3)62+1/2O2+H2O=2Co(NH3)63+2OH-土黄色橙黄色,K稳=1.28105,K稳=1.61035,39,3、镍的氨配合物,sp3d2杂化,40,二、硫氰配合物,Co(SCN)42-Co2+4SCN-K不稳=10-3,1、Fe3+：Fe3+nSCN-Fe(SCN)n3-n血红色,2、Co2+：,蓝色，在丙酮或戊醇中稳定,41,三、氰配合物,1、Fe(CN)64-:浅黄色FeSO4+2KCN=Fe(CN)2+K2SO4Fe(CN)2+2KCN=K4Fe(CN)6,42,K4Fe(CN)63H2O:黄色晶体,又称黄血盐,用于检验Fe3+K+Fe3+Fe(CN)64-=KFeFe(CN)6普鲁士蓝,43,44,2、Fe(CN)63-桔黄色,在中性溶液中,有微弱水解作用K3Fe(CN)6+3H2O=Fe(OH)3+3KCN+3HCN赤血盐的毒性比黄血盐大可以用赤血盐检验Fe2+K+Fe2+Fe(CN)63-=KFeFe(CN)6(深兰色)藤氏蓝,1035,1042,2K4Fe(CN)6+Cl2=2KCl+2K3Fe(CN)6(赤血盐),45,3、钴的氰配合物,浅棕色,Co(CN)63-+e-Co(CN)64-=-0.83v,紫色,46,四、其它配合物,F-：Fe3+6F-FeF63+无色,NO2-：Co2+7NO2-+3K+2H+=K3Co(NO2)6+NO+H2O,检验Ni2+的特征反应：,47,五、低氧化态的配合物,1、羰基配合物,(1)成键情况,CO：KK(2s)2(*2s)2(2py)2(2pz)2(2px)2(*2py)(*2pz)(*2px),48,(2)羰基配合物的制备,49,(4)18电子规则,V(CO)6Cr(CO)6Mn2(CO)10Fe(CO)5Co2(CO)8Ni(CO)4,共同特点：,中心金属原子的价层电子数等于18。,18电子规则：金属羰基配合物，为获得稳定结构，每个金属的价电子和它周围配体提供的电子数加在一起等于18。,50,金属羰基硝基配合物Fe(CO)5+2NO=Fe(CO)2(NO)2+3COCo2(CO)8+2NO=2Co(CO)3(NO)+2CO,Fe-2,Co-1,51,(C5H5)2Fe,橙黄色晶体,称为二环戊二烯基铁()俗称二茂铁,是一种夹心式结构的配合物.2C5H5MgBr+FeCl2=(C5H5)2Fe+MgBr2+MgCl2用途:二茂铁是燃料油的添加剂,可以提高燃烧的效率和去烟,可做导弹和卫星的涂料,高温润滑剂等。,2、二茂铁,52,21-2铂系元素,2-1铂系元素概述2-2铂和钯的重要化合物,53,2-1铂系元素的概述,铂系包括钌、铑、钯、锇、铱和铂6种元素.根据金属单质的密度,铂系又分为两组:钌、铑、钯称为轻铂金属;锇、铱和铂称为重铂金属.铂系元素都是稀有金属,它们在地壳中的丰度估计为:,54,2-1-1铂系元素的通性,55,2-1-2铂系元素物理性质,机械加工性:钌、锇硬而脆,不能机械加工;铑、铱机械加工难度大;钯、铂十分软,有极好的可塑性,十分容易进行.,56,2-1-3铂系元素化学性质,1.与酸、碱的作用2.与非金属反应3.特性4.易形成配合物,铂系元素均有极高的化学稳定性,比铁系元素有更高的惰性,因为:a.铂系升华热高,b.易钝化.,57,1.与酸、碱的作用,Pt,Pd都溶于王水,Pd还能溶于硝酸和热硫酸中,其余金属皆难溶.Pd+4HNO3=Pd(NO3)2+2NO2+2H2O3Pt+4HNO3+18HCl=3H2PtCl6+4NO+8H2OH2PtCl6xH20（红棕色晶体）,对酸的活性按：RuRhPdOsIrPt次序增大,58,铂系金属常温下对空气都是稳定的.粉状锇室温下被空气慢慢氧化,生成挥发性OsO4,无色,有特殊气味,对呼吸道有剧毒,尤其有害于眼睛,会造成暂时失明;钌在空气中加热形成RuO2;铑和钯在炽热高温下被氧化成Rh2O3和PdO,温度再上升,氧化物将分解;铱在高温时氧化成氧化物的混合物;铂对氧的作用较稳定,在氧气中加热,表面生成PtO,高温分解在高温时铂系金属与氮、氧、硫、氟、磷、砷、硒等非金属反应。,2.与非金属反应,59,3.特性,铂系金属都有一个特性,即催化活性很高,有吸附气体的能力,特别是氢气.锇吸收氢气的能力最差,块状几乎不吸收氢.钯吸收氢的能力最强,常温下钯溶解氢的体积比为1:700。在真空中加热到373K,溶解的氢就完全放出。钯吸收氧的体积比为1:0.07,铂溶解氧的体积比约为1:70。4.易形成配合物,60,2-1-4用途,铂:Pt-Rh合金制成测高温的热电偶Pt-Ir合金制成测量长度,质量的校准器Pt-坩埚铂电极,催化剂,装饰器,制防癌药.,61,2-2铂和钯的重要化合物,2-2-1氯铂酸及其盐2-2-2铂()-乙烯配位化合物2-2-3二氯化钯,62,2-2-1氯铂酸及其盐,一、制备：3Pt+4HNO3+18HCl=3H2PtCl6+4NO+8H2OPtCl4+2HCl=H2PtCl6Pt(OH)4+6HCl=H2PtCl6+4H2O橙红色晶体H2PtCl66H2O,63,1、溶解性Na2PtCl6是橙红色晶体,易溶于水和酒精.(NH4)2PtCl6、K2PtCl6、Rb2PtCl6、Cs2PtCl6等却是难溶于水的黄色晶体.可用以检验NH4+、K+、Rb+、Cs+等离子氯铂酸溶液用作镀铂时的电镀液.,二、性质,64,用草酸钾,二氧化硫等还原剂与氯铂酸盐反应K2PtCl6+K2C2O4=K2PtCl4+KCl+2CO2,2、氧化性,3、(NH4)2PtCl6灼热分解得海绵状铂(NH4)2PtCl6=Pt+2KCl+2Cl23(NH4)2PtCl6=3Pt+2NH4Cl+16HCl+2N2,65,氯铂酸以及氯铂酸盐的内界,即PtCl62-配离子的空间构型是八面体,其电子排布如下:-PtCl62-在水溶液中是非常稳定的配离子.当黄色的K2PtCl6与KI或KBr加热反应时,转化为深红色的K2PtBr6或黑色的K2PtI6。PtX62-的稳定性按如下顺序增加:PtF62-PtCl62-PtBr62-I2；第二、三过渡系的I3、I4、I5第一过渡系的3、配位体的种类一般说O、F等电负性大的原子配位时，能稳定过渡金属的高氧化态，如K2NiF6；CO、CN-等配位体稳定金属的低氧化态Fe(CO)42-,82,3-4过渡金属单质的某些物理性质和化学性质,一、物理性质1.几乎所有过渡元素都具有金属所特有的晶格:六方紧堆晶格或面心立方紧堆晶格或体心立方晶格,且表现出典型的金属性.2.过渡金属密度比较大、硬度比较高、熔沸点高。原因是过渡金属具有较小的原子半径,他们的s电子和d电子都可能参加形成金属键,因而金属键较强.,83,3过渡金属及其化合物的磁性,原子,离子,分子都是由原子核和电子组成的.磁与电有机密联系,物质的磁性就起源于物质内部电子和核子的运动.过渡金属及其化合物一般都具有顺磁性,因为过渡金属一般都有未充满的d电子层,在它们的原子或离子中一般都有成单d电子,磁性主要是由成单d电子的自旋运动决定,有成单d电子自旋运动具有顺磁性,不具有成单电子的物质具有反磁性.,84,公式:,第一过渡系元素金属顺磁性磁矩：S+L=BS是自旋量子数之和,L是轨道角动量量子数之和.自旋运动不受电场影响,取L=0:S=BS=nms,n是成单电子数,ms是自旋量子数,因为ms值为1/2,所以S=n/2,带入上式得:S=B*,85,3-5过渡金属离子及化合物的颜色,过渡金属的一个重要特性是他们的离子和化合物一般都呈现出颜色.呈现的原因主要是：d-d跃迁和电荷跃迁的缘故.电子组态的d1-9的过度金属化合物主要发生d-d跃迁,d10电子组态的过度金属化合物主要发生电荷跃迁.电荷跃迁强度一般比d-d跃迁强的很多,即电荷跃迁引起的颜色变化比d-d跃迁深.,86,3-6氧化物及其水合物的水合物的酸碱性,1、同周期，从左右最高氧化态的酸性增强2、同族中，从上下碱性增强,3、同一元素的氧化物及其水合物，随氧化态的增高，酸性及其共价性增强例:CrOCr2O3CrO3BABAMnOMn2O3MnO2MnO3Mn2O7BBABAA,87,3-7含有金属-金属键的过渡金属化合物,88,89,含有两个以上彼此以共价键结合的金属原子的化合物称为金属簇化合物Mo6Cl84+:Mn2(CO)10:,90,END.,除s电子外,d电子也可以作为价电子参加金属键形成.在各过渡系列,自左向右未成对电子数增多,晶格结点粒子间的距离短,相互之间作用力大,形成较强的金属键,因此铬族金属的熔点最高,硬度也很大.除了Mn和Tc的熔点具有反常值以外,自左向右金属的熔点有规则下降,可能是因为nd轨道中成单电子数逐渐减少,金属键逐渐减弱的缘故.总的来说,过渡金属都是难熔金属,铼,钨的熔点最高.,91,3-2过渡金属的电离势,92,第一,第二,第三过渡金属的第一电离势,93,从上述三个图可看