铁系和铂系元素PPT学习教案

1、会计学1 铁系和铂系元素铁系和铂系元素 四四 周周 期期 铁铁Fe钴钴Co镍镍Ni 原子半径原子半径/pm124 125125 价电子构型价电子构型3d64s2 3d74s23d84s2 五五 周周 期期 钌钌Ru 铑铑Rh 钯钯Pd 原子半径原子半径/pm133 135138 价电子构型价电子构型4d75s1 4d85s14d10 六六 周周 期期 锇锇Os铱铱Ir铂铂Pt 原子半径原子半径/pm134 136136 价电子构型价电子构型 4f145d6 6s2 4f145d7 6s2 4f145d9 6s1 由于由于 LnLn系系 收缩收缩, , 使使5 5、6 6 周期周期 同族同族 元

2、素元素 十分十分 相似相似 铁铁 系系 元元 素素 铂铂 系系 元元 素素 13.5.1 铁系和铂系元素概述铁系和铂系元素概述 第1页/共27页 Fe(铁铁)Co(钴钴)Ni(镍镍) 价电子构型价电子构型3d64s23d74s23d84s2 常见氧化数常见氧化数+2、+3、(+6)+2、+3+2、+3 主要矿物主要矿物 磁铁矿磁铁矿(Fe3O4) 赤铁矿赤铁矿(Fe2O3) 黄铁矿黄铁矿(FeS2) 辉钴矿辉钴矿 (CoAsS) 镍黄铁矿镍黄铁矿 (NiSFeS) 主要用途主要用途 钢铁工业最重要钢铁工业最重要 的产品和原材料的产品和原材料 制造合金制造合金 制造合金制造合金 制造合金制造合金

3、 金属制品金属制品 的保护层的保护层 第第族过渡元素族过渡元素3d3d电子已超过电子已超过5 5个，全个，全 部部d d电子参与成键的可能性逐渐减小，电子参与成键的可能性逐渐减小， 所以铁系元素不易形成所以铁系元素不易形成CrO4 、MnO4 那样的含氧酸根离子。那样的含氧酸根离子。 2- 铁系元素铁系元素 第2页/共27页 Fe(铁铁)Co(钴钴)Ni(镍镍) 价电子构型价电子构型3d64s23d74s23d84s2 常见氧化数常见氧化数+2、+3、(+6)+2、+3+2、+3 主要矿物主要矿物 磁铁矿磁铁矿(Fe3O4) 赤铁矿赤铁矿(Fe2O3) 黄铁矿黄铁矿(FeS2) 辉钴矿辉钴矿

4、(CoAsS) 镍黄铁矿镍黄铁矿 (NiSFeS) 主要用途主要用途 钢铁工业最重要钢铁工业最重要 的产品和原材料的产品和原材料 制造合金制造合金 制造合金制造合金 制造合金制造合金 金属制品金属制品 的保护层的保护层 Fe2+失失1个电子成为半充满的稳定结构个电子成为半充满的稳定结构 (3d5) +2的氧化数稳定的氧化数稳定 +3的氧化数稳定的氧化数稳定 铁系元素铁系元素 第3页/共27页 Fe(铁铁)Co(钴钴)Ni(镍镍) 价电子构型价电子构型3d64s23d74s23d84s2 常见氧化数常见氧化数+2、+3、(+6)+2、+3+2、+3 主要矿物主要矿物 磁铁矿磁铁矿(Fe3O4)

5、赤铁矿赤铁矿(Fe2O3) 黄铁矿黄铁矿(FeS2) 辉钴矿辉钴矿 (CoAsS) 镍黄铁矿镍黄铁矿 (NiSFeS) 主要用途主要用途 钢铁工业最重要钢铁工业最重要 的产品和原材料的产品和原材料 制造合金制造合金 制造合金制造合金 制造合金制造合金 金属制品金属制品 的保护层的保护层 铸铁和钢都称为铁碳合金。铸铁和钢都称为铁碳合金。 铸铁：含碳大于铸铁：含碳大于2%。 钢：含碳钢：含碳0.022.0 不锈钢：含不锈钢：含Cr 16.519.5 Ni 810 C 0.070.15 铁系元素铁系元素 第4页/共27页 单质均为具有光泽的银白色金属单质均为具有光泽的银白色金属 具有磁性，为铁磁性物

6、质，其合金为良具有磁性，为铁磁性物质，其合金为良 好的磁性材料好的磁性材料 中等活泼金属，能溶于稀酸中等活泼金属，能溶于稀酸(钴钴、镍缓慢镍缓慢) 空气和水对钴空气和水对钴、镍和纯铁稳定镍和纯铁稳定,含杂质铁在含杂质铁在 潮湿空气中形成棕色铁锈潮湿空气中形成棕色铁锈(Fe2O3xH2O) 冷、浓硝酸可使铁、钴、镍钝化，可用冷、浓硝酸可使铁、钴、镍钝化，可用 铁制品贮运浓硝酸铁制品贮运浓硝酸 铁系元素铁系元素 铁能被浓碱溶液侵蚀铁能被浓碱溶液侵蚀, 钴钴、镍对浓碱稳定镍对浓碱稳定 第5页/共27页 单质均为具有光泽的银白色金属单质均为具有光泽的银白色金属 具有磁性，为铁磁性物质，其合金为良具有磁

7、性，为铁磁性物质，其合金为良 好的磁性材料好的磁性材料 中等活泼金属，能溶于稀酸中等活泼金属，能溶于稀酸(钴钴、镍缓慢镍缓慢) 空气和水对钴空气和水对钴、镍和纯铁稳定镍和纯铁稳定,含杂质铁在含杂质铁在 潮湿空气中形成棕色铁锈潮湿空气中形成棕色铁锈(Fe2O3xH2O) 冷、浓硝酸可使铁、钴、镍钝化，可用冷、浓硝酸可使铁、钴、镍钝化，可用 铁制品贮运浓硝酸铁制品贮运浓硝酸 铁系元素铁系元素 铁能被浓碱溶液侵蚀铁能被浓碱溶液侵蚀, 钴钴、镍对浓碱稳定镍对浓碱稳定 铁、钴、镍均能形成金属型氢化物铁、钴、镍均能形成金属型氢化物 。 第6页/共27页 5周期周期RuRhPd 价电子构型价电子构型4d75

8、s14d85s14d10 稳定氧化数稳定氧化数+4+3+2 最高氧化数最高氧化数+8+6+4 6周期周期OsIrPt 价电子构型价电子构型4f145d66s2 4f145d76s24f145d96s1 稳定氧化数稳定氧化数+8+3、+4+2、+4 最高氧化数最高氧化数+8+6+6 最高氧化数减小最高氧化数减小 最最 高高 氧氧 化化 数数 增增 大大 以单质状态存在，高度分散在各矿石以单质状态存在，高度分散在各矿石 中中 并共生在一起并共生在一起。是稀有金属是稀有金属,也是贵金属也是贵金属。 最重要的有天然铂矿、锇铱矿最重要的有天然铂矿、锇铱矿 铂系元素铂系元素 第7页/共27页 大多数能吸收

9、气体大多数能吸收气体, 其中钯吸氢能力最大其中钯吸氢能力最大 (溶解氢的体积比为溶解氢的体积比为1:700) 有催化性能有催化性能 如如 Pt-Rh合金或合金或Pt-Ru-Pd合金为氨氧化合金为氨氧化 制硝酸的催化剂制硝酸的催化剂 高的化学稳定性高的化学稳定性 主要用于化学、电气工业。主要用于化学、电气工业。Pt 制造反应制造反应 器皿、蒸发皿、坩埚、电极、铂网等器皿、蒸发皿、坩埚、电极、铂网等 Ru、Rh、Ir、OsPd、Pt 不溶解不溶解 反应反应 高温高温 不反应不反应 溶解溶解常温常温 王水王水非金属非金属(氧氧、硫硫、氯等氯等) 3Pt+4HNO3Pt+4HNO3 3+18HCl3H

10、+18HCl3H2 2PtClPtCl6 6+4NO +8H+4NO +8H2 2O O 铂系元素铂系元素 第8页/共27页 氧化物氧化物 +2FeOCoONiO 黑色黑色灰绿色灰绿色暗绿色暗绿色 +3Fe2O3Co2O3Ni2O3 砖红色砖红色黑色黑色黑色黑色 Fe2O3有两种晶体构型有两种晶体构型： -Fe2O3顺磁性顺磁性，-Fe2O3铁磁性铁磁性 混合价态氧化物混合价态氧化物Fe3O4 经结构研究表明为经结构研究表明为Fe FeFeO4 它具有强磁性、良好导电性它具有强磁性、良好导电性 18.1.2 铁、钴、镍的化合物铁、钴、镍的化合物 第9页/共27页 氧化物氧化物 还原性递增还原性

11、递增 氧化性递增，稳定性递减氧化性递增，稳定性递减 +2FeOCoONiO 黑色黑色灰绿色灰绿色暗绿色暗绿色 +3Fe2O3Co2O3Ni2O3 砖红色砖红色黑色黑色黑色黑色 均为碱性氧化物均为碱性氧化物, 难溶于水和碱难溶于水和碱, 溶于强溶于强 酸酸 Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O Co2O3 + 6HCl 2CoCl2+Cl2 +3H2O Ni2O3 + 6HCl 2NiCl2+Cl2 +3H2O 第10页/共27页 氢氧化氢氧化 物物 均难溶于水，为碱性氢氧化物均难溶于水，为碱性氢氧化物 浅绿色浅绿色粉红或粉红或蓝色蓝色白色白色 Ni(OH)2Co(OH)2Fe(

12、OH)2+2 黑色黑色棕黑色棕黑色红棕色红棕色 NiO(OH)CoO(OH)Fe(OH)3+3 第11页/共27页 氢氧化氢氧化 物物 还原性减弱还原性减弱 浅绿色浅绿色粉红或粉红或蓝蓝色色白色白色 Ni(OH)2Co(OH)2Fe(OH)2+2 缓慢氧化缓慢氧化 Co2+2OH- - Co(OH)2 4Co(OH)2+O2 4CoO(OH) +2H2O 强氧化剂强氧化剂 2Ni(OH)2+ClO- - 2NiO(OH) +Cl- -+H2O 2Ni2Ni(OHOH)2 2+Br+Br2 2+2OH+2OH- - 2NiO2NiO(OHOH) +2Br+2Br- -+2H+2H2 2O O 空

13、气氧化空气氧化 Fe2+2OH- - Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2 +2H2O 4Fe(OH)3 还原性还原性 第12页/共27页 氢氧化氢氧化 物物 浅绿色浅绿色粉红或粉红或蓝蓝色色白色白色 Ni(OH)2Co(OH)2Fe(OH)2+2 还原性减弱还原性减弱 黑色黑色棕黑色棕黑色红棕色红棕色 NiO(OH)CoO(OH)Fe(OH)3+3 强氧化剂强氧化剂缓慢氧化缓慢氧化空气氧化空气氧化还原性还原性 中和中和 Fe(OH)2 +3H+ + Fe3+ + 3H2O HCl、H2SO4被还原被还原被还原被还原 2MO(OH)+6H+2Cl- - 2M2+Cl2 +4H2O 4MO(O

14、H)+ 8H+ 4M2+O2 + 6H2O 氧化性递增氧化性递增 第13页/共27页 盐类盐类 Fe2+Co2+Ni2+Fe3+ 颜色颜色浅绿浅绿粉红粉红苹果绿苹果绿浅紫浅紫 强酸盐强酸盐易溶于水易溶于水 弱酸盐弱酸盐难溶于水难溶于水 水解性水解性 微弱水解，水溶液显酸性微弱水解，水溶液显酸性较强较强 Fe(H2O)63+H2O Fe(OH)(H2O)52+H3O+ FeFe(OHOH)(H H2 2O O)5 5 2+ 2+H +H2 2O FeO Fe(OHOH)2 2(H H2 2O O)4 4 + +H+H3 3O O+ + 因水解，溶液呈因水解，溶液呈黄色黄色或或红棕色红棕色 pH

15、, 缩聚成红棕色胶状沉淀缩聚成红棕色胶状沉淀 pH=45，形成水合三氧化二铁沉淀形成水合三氧化二铁沉淀 第14页/共27页 盐类盐类 Fe2+Co2+Ni2+Fe3+ 颜色颜色浅绿浅绿粉红粉红苹果绿苹果绿浅紫浅紫 强酸盐强酸盐易溶于水易溶于水 弱酸盐弱酸盐难溶于水难溶于水 水解性水解性 微弱水解，水溶液显酸性微弱水解，水溶液显酸性较强较强 易形成易形成 含结晶含结晶 水的盐水的盐 MIISO4 7H2O Fe(ClO4)3 10H2O MIICl2 6H2O Fe(NO3)3 6H2O MII(NO3)2 6H2O 易形成易形成 复盐复盐 M2M (H2O)6(SO4)2 6H2O M =K+

16、、 、Rb+、Cs+、NH4 , M =Fe2+、 、Co2+、Ni2+ (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O CoClCoCl2 2 6H6H2 2O O在受热脱水过程中伴有颜色变化在受热脱水过程中伴有颜色变化 CoClCoCl2 2 6H6H2 2O O CoClCoCl2 2 2H2H2 2O O CoClCoCl2 2 H H2 2O O CoClCoCl2 2 粉红粉红 紫红紫红 蓝紫蓝紫 蓝蓝 此特性可判断干燥剂含水情况此特性可判断干燥剂含水情况, ,如变色硅胶如变色硅胶 C 52.25 90 120 C C I + (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O(俗称摩尔盐俗称摩尔盐)

17、 比相应的亚铁盐比相应的亚铁盐 Fe(SO4)2 7H2O更稳定，更稳定， 是化学分析中常用的还原剂。是化学分析中常用的还原剂。 第15页/共27页 盐类盐类 Fe2+Co2+Ni2+Fe3+ 颜色颜色浅绿浅绿粉红粉红苹果绿苹果绿浅紫浅紫 强酸盐强酸盐易溶于水易溶于水 弱酸盐弱酸盐难溶于水难溶于水 水解性水解性 微弱水解，水溶液显酸性微弱水解，水溶液显酸性较强较强 易形成易形成 含结晶含结晶 水的盐水的盐 MSO4 7H2O Fe(ClO4)3 10H2O MCl2 6H2O Fe(NO3)3 6H2O M(NO3)2 6H2O 易形成易形成 复盐复盐 M2 M(H2O)6(SO4)2 6H2

18、O M =K、 、Rb、Cs、NH4+, M =Fe、 、Co、Ni (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O 有弱氧化性有弱氧化性 2Fe3+ +H2S 2Fe2+ +S +2H+ 2Fe3+ + 2I- - 2Fe2+ + I2 2Fe3+ + Cu 2Fe2+ + Cu2+ 第16页/共27页 盐类盐类 Fe2+Co2+Ni2+Fe3+ 颜色颜色浅绿浅绿粉红粉红苹果绿苹果绿浅紫浅紫 强酸盐强酸盐易溶于水易溶于水 弱酸盐弱酸盐难溶于水难溶于水 水解性水解性 微弱水解，水溶液显酸性微弱水解，水溶液显酸性较强较强 易形成易形成 含结晶含结晶 水的盐水的盐 MSO4 7H2O Fe(ClO4)3

19、10H2O MCl2 6H2O Fe(NO3)3 6H2O M(NO3)2 6H2O 易形成易形成 复盐复盐 M2 M(H2O)6(SO4)2 6H2O M =K、 、Rb、Cs、NH4+, M =Fe、 、Co、Ni (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O 有强还原性有强还原性 4Fe2+ + O2 +4H+ 4Fe3+ + 2H2O 5Fe2+ +MnO4 +8H+ 5Fe3+Mn2+ +4H2O 配制配制Fe2+ 溶液时：溶液时： 1.加入浓酸，使加入浓酸，使c(H+) , E ，Fe2+还原性还原性 2.加入铁钉，使加入铁钉，使 Fe + 2Fe3+ 3Fe2+ - 第17页/共27页

20、 配合物配合物 Fe3+Fe2+Co2+Ni2+ 常见配位数常见配位数664、64、6 配位体配位体 主要构型主要构型 八面体八面体 八面体八面体 四面体四面体 八面体八面体 多种多种 Co2+配合物的四面体和八面体构型可互相转配合物的四面体和八面体构型可互相转 化化 Co(H2O)62+ 2+4Cl- - CoCl42-2-+6H2O H2 O 浓浓HCl 粉红色粉红色(八面体八面体) 蓝色蓝色(四面体四面体 ) 第18页/共27页 加入氨水加入氨水加入过量氨水加入过量氨水 Fe3+Fe(OH)3(红棕色红棕色)沉淀不溶解沉淀不溶解 Fe2+ Fe(OH)2(白色白色) Fe(OH)3(红棕

21、色红棕色) 沉淀不溶解沉淀不溶解 Co2+Co(OH)2(粉红色粉红色) Co(NH3)62+ 2+(土黄色 土黄色) Co(NH3)63 3+ +(红褐色红褐色) Ni2+Ni(OH)2 (浅绿色浅绿色)Ni(NH3)62+ 2+(蓝色 蓝色) 配合物配合物氨合物氨合物 氧氧 化化 氧氧 化化 4 4CoCo(NHNH3 3)6 62+ 2+O +O2 2+2H+2H2 2O4O4CoCo(NHNH3 3)6 63+ 3+4OH +4OH- - E (CoCo(NHNH3 3)6 63+ 3+/Co /Co(NHNH3 3)6 62+ 2+)=0.108V )=0.108V E (CoCo3

22、+ 3+/Co /Co2+ 2+)=1.92V )=1.92V 即即 CoCo(NHNH3 3)6 6 3+ 3+稳定 稳定, ,CoCo3+ 3+不稳定 不稳定, ,氧化性强氧化性强 FeClFeCl2 2可与可与NHNH3 3气形成气形成FeFe(NHNH3 3)6 6ClCl2 2, ,但易水解但易水解 FeFe(NHNH3 3)6 6ClCl2 2+6H+6H2 2O FeO Fe(OHOH)2 2+4NH+4NH3 3H H2 2O+2NHO+2NH4 4Cl 第19页/共27页 配合物氰合物 氧氧 化化 浓浓CN- - 加入加入KCNKCN加入过量加入过量 Fe2+Fe(CN)2(

23、白色白色)Fe(CN)64- 4-(土黄色 土黄色) Co2+Co(CN)2(浅棕色浅棕色) CoCo(CNCN)5 5(H H2 2O O)3- 3-(茶绿色 茶绿色) Co(CN)63- 3-(黄色 黄色) Ni2+Ni(CN)2 (灰蓝色灰蓝色) Ni(CN)42- 2-(橙黄色 橙黄色) Ni(CN)53- 3-(深红色 深红色) 从溶液中析出晶体从溶液中析出晶体 K4Fe(CN)6 6 3H H2 2O(O(黄色黄色) )黄血盐黄血盐 2Fe(CN)64- -+Cl2 2Fe(CN)63- -+2Cl- - 从溶液中析出晶体从溶液中析出晶体 K3Fe(CN)6 6(深红深红色色) )

24、赤赤血盐血盐 Fe(CN)63- -比比Fe(CN)64- -稳定稳定 Fe(CN)63- -与水反应速率更快与水反应速率更快 Fe(CN)63- -+3H2O Fe(OH)3+3CN- -+3HCN 第20页/共27页 配合物氰合物 加入加入KCNKCN加入过量加入过量 Fe2+Fe(CN)2(白色白色)Fe(CN)64- 4-(土黄色 土黄色) Co2+Co(CN)2(浅棕色浅棕色) CoCo(CNCN)5 5(H H2 2O O)3- 3-(茶绿色 茶绿色) Co(CN)63- 3-(黄色 黄色) Ni2+Ni(CN)2 (灰蓝色灰蓝色) Ni(CN)42- 2-(橙黄色 橙黄色) Ni(CN)53- 3-(深红色 深红色) 氧化氧化 浓浓CN- CN-是强场配体，是强场配体， 分裂能较高，分裂能较高， Co2+(d7)中只有中只有 1个电子处于能个电子处于能 级高的级高的eg轨道，轨道， 易失去易失去 。