第二十一章 过渡元素a.ppt

第二十一章过渡元素 第二十一章过渡元素基本要求 1 掌握铁 钴 镍重要化合物的性质 结构和用途 2 掌握Fe Co Ni 的氧化性 Fe Co Ni 的还原性 3 一般了解铂系元素的性质 化合物和用途 4 了解过渡元素的通性 材料与化学化工学院 21 1铁系元素 铁系元素铁钴镍 铂系元素钌铑钯锇铱铂 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 1 1铁系元素概述存在 均以矿物形式存在 赤铁矿Fe2O3磁铁矿Fe3O4黄铁矿FeS2褐铁矿Fe2O3 3H2O菱铁矿FeCO3辉钴矿CoAsS镍黄铁矿NiS FeS 价电子构型重要氧化值 Fe3d64s2 3 2 6 Co3d74s2 2 3 5 Ni3d84s2 2 3 4 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 铁系元素的电势图 酸性溶液 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 碱性溶液 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 由电势图可知 1 酸性溶液中 Fe2 Co2 Ni2 为稳定状态 FeO42 Co3 NiO2为强氧化剂 O2 空气中 Fe2 Fe3 但不能氧化Co2 Ni2 2 碱性溶液中 Fe OH 2 Co OH 2 Ni OH 2还原性按Fe OH 2 Co OH 2 Ni OH 2依次减弱 Fe2 2OH Fe OH 24Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3Co2 2OH Co OH 24Co OH 2 O2 2H2O 4Co OH 3 缓慢 Ni OH 2 O2 H2O 不反应 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 由铁至镍 M OH 2越不易被氧化的事实也符合过渡元素氧化态稳定性变化的规律 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 1 它们都是具有金属光泽的银白色金属 都有强磁性 铁和镍有很好的延展性 钴则硬而脆 2 依Fe Co Ni顺序 其原子半径逐渐减小 密度依次增大 熔点和沸点比较接近 3 铁 钴 镍是中等活泼的金属 冷浓硝酸 硫酸使它们钝化 强碱不侵蚀钴 镍 所以镍容器可盛熔融碱 4 铁是重要的基本结构材料 钴 镍用于制造合金 不锈钢 镍粉用于氢化时的催化剂 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 铁系元素单质 1 2铁铁的常见氧化态是 2和 3 在很强的氧化条件下呈现不稳定的 6氧化态 1 铁 的化合物 a 氧化物和氢氧化物氧化亚铁 可在真空中分解草酸亚铁 制得 黑色粉末状的氧化亚铁能自燃 碱和Fe 盐作用得到白色沉淀氢氧化亚铁Fe OH 2 它迅速吸收氧转变为暗绿色 而后为棕色 Fe OH 2不仅溶于酸 也溶于浓氢氧化钠 从碱性溶液中能结晶出蓝绿色羟基配合物Na4 Fe OH 6 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 b 硫酸亚铁2FeS2 7O2 2H2O 2FeSO4 2H2SO4Fe2O3 3H2SO4 Fe SO4 3 3H2OFe SO4 3 Fe 3FeSO410FeSO4 2KMnO4 8H2SO4 5Fe2 SO4 3 K2SO4 2MnSO4 8H2O6FeSO4 K2Cr2O7 7H2SO4 3Fe2 SO4 3 K2SO4 Cr2 SO4 3 7H2O 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 c 配合物 Fe 的高自旋配合物 Fe H2O 6 2 有4个未成对电子 sp3d2杂化 是顺磁性的 Fe 的低自旋配合物 Fe CN 6 4 没有未成对电子 d2sp3杂化 是反磁性的 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 普鲁士蓝 KFe CN 6Fe x的结构 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 Fe 与环戊二烯离子C5H5 形成二环戊二烯合铁 C5H5 2Fe 又称二茂铁 是一种黄色夹心式结构的晶体 二茂铁可用作汽油的抗震剂 橡胶及硅树脂的熟化剂 二茂铁衍生物还可作火箭燃料添加剂 2C5H5MgBr FeCl2 C5H5 2Fe MgBr2 MgCl2 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 2 铁 的化合物 双聚分子Fe2Cl6的结构 FeCl3有明显的共价性 易潮解 蒸汽中形成双聚分子 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 a 三氧化二铁和氢氧化铁 b 三氯化铁 三氯化铁及Fe3 是中等强度氧化剂 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 c 配合物 大多为高自旋配合物 遇CN 等强配体则为低自旋配合物 Fe3 aq e Fe2 aq Fe CN 63 e Fe CN 64 说明 Fe CN 6 4 比 Fe H2O 6 2 还原性强 或者说配位体由水分子变为CN 增强了Fe 的稳定性 氯气可把K4 Fe CN 6 氧化为K3 Fe CN 6 红色晶体K3 Fe CN 6 赤血盐 在碱性溶液中 4K3 Fe CN 6 4KOH 4K4 Fe CN 6 O2 2H2O 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 滕氏蓝 实验证明 与普鲁士蓝为同一结构 Fe3 离子与SCN 形成血红色的 Fe SCN n 3 n离子 此反应很灵敏 用于Fe3 的比色测定 Fe3 nSCN Fe SCN n 3 nn 1 6 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 Fe H2O 6 3 的水解 2 Fe H2O 6 3 H2O 4Fe OH 2Fe H2O 4 4 2H 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 水合铁离子双聚体 黄铁矾 M2Fe SO4 OH 12 M K Na NH4 铁的硫酸盐生成的复盐 黄钠铁钒 Na2Fe6 SO4 4 OH 12在水中溶解度小 颗粒大 容易过滤 在水法冶金中 已广泛采用生成黄铁钒的方法除去杂质铁 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 3 铁 的化合物 铁 酸根离子在浓碱中稳定 在中性或酸性中迅速分解 Fe OH 3 ClO 4OH 2FeO42 3Cl 5H2O2FeO42 aq 10H aq 2Fe3 aq 5H2O l 3 2O2 g 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 1 3钴和镍1 氧化数为 2和 3的钴和镍的化合物 氢氧化钴 和氢氧化镍 都是强氧化剂 2Co OH 3 9HCl 2CoCl2 Cl2 6H2O氯化钴分子中结晶水数目不同 水合氯化钴显出不同的颜色 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 配合物 Co NH3 63 K稳 1 6 1035Co NH3 62 K稳 1 28 105Co H2O 63 e Co H2O 62 强氧化性稳定Co NH3 63 e Co NH3 62 稳定较强还原性 2Co NH3 62 1 2O2 H2O 2Co NH3 62 2OH Co H2O 63 H2O Co NH3 62 1 2O2 2H 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 羰基配合物和EAN 18电子 规则 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 EAN规则 中心体的电子数加上配体提供给中心体的电子数等于某一稀有气体的电子构型 CO的分子轨道 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 Mn2 CO 10 Co2 CO 8 四异硫氰合钴 配离子鉴定Co2 在水中不稳定 溶于丙酮 戊醇 在有机溶剂中较稳定 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 Ni与丁二酮肟在中性 弱酸性或弱碱性溶液中形成鲜红色沉淀 螯合物 用于鉴定Ni2 丁二酮肟又称镍试剂 丁二酮肟 鲜红色 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 2 1概述铂系元素包括Vlll族中的钌 铑 钯和锇 铱 铂六种元素 根据它们的密度 钌 铑 钯称轻铂系金属 锇 铱 铂称重铂系金属 但由于这二组元素在性质上有很多相似之处 并且在自然界里也常共生而存在 因此统称为铂系元素 21 2铂系元素 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 铂和钯的重要化合物1 氯铂酸及其盐3Pt 4HNO3 18HCl 3H2PtCl6 4NO 8H2O2 铂 乙烯配合物 稀HClK2 PtCl4 C2H4 KCl K PtCl3 C2H4 蔡斯盐 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 3 1过渡金属单质的某些物理性质过渡金属具有金属所特有的晶格 六方紧密堆积晶格或面心立方紧密堆积晶格 且表现出典型的金属性 金属光泽 抗拉强度高 延展性高 机械加工性能好 导热电性好 过渡金属的ns电子和 n 1 d电子都可能形成金属键 因而金属键较强 原子的半径较小 21 3过渡金属的通性 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 3 2过渡金属的电离势各级电离势是电子分层 形成各种氧化态的标志 总趋势 同周期左 右I1由小 大 幅度不大 同一副族不规律 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 由于镧系收缩 使第三过渡系和第二过渡系的原子半径很接近 惰性电子对效应 使6s电子较难电离 因而第三过渡系普遍比第一 第二过渡系金属不活泼 其I1要高 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 3 3过渡金属的氧化态及其稳定性1 有多种氧化态 红色为常见的氧化态 可变氧化态的范围很宽 在过渡系列两端氧化态较低 在 B和 族达到最高价 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 2 氧化态 同一过渡系列的最高氧化态的氧化性随原子序数的递增而增强 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 同族过渡金属最高氧化态的氧化性随周期数的增加略有下降 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 3 4过渡金属及其化合物的磁性磁矩n 成单电子数铁 钴 镍具有铁磁性 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 第二十一章过渡元素 材料与化学化工学院 1 下列物质不能大量在溶液中共存的是 A Fe CN 63 和OH B Fe CN 63 和I C Fe CN 64 和I2 D Fe3 和Br