过渡元素-ppt课件.ppt
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1、1ppt课件 21 过渡元素的定义和分类过渡元素的定义和分类 1 1、定义:三种划分方法、定义:三种划分方法第一种第一种: BB共共8 8个竖行个竖行2525种元素,种元素,其原子电子层结构特点:其原子电子层结构特点:有未充满的有未充满的d电子亚层。电子亚层。电子构型:电子构型:(n1)d19ns12。第二种第二种: BBBB共共9 9个竖行个竖行2828种元素,种元素,电子结构特点:原子及电子结构特点:原子及其重要的氧化态有未充满的其重要的氧化态有未充满的d亚层,电子构型亚层,电子构型:(n-1)d(n-1)d轨道轨道部部分充满。分充满。( (n-1)d n-1)d 1-101-10 ns
2、ns 1-21-2第三种第三种: BBBB共共1010个竖行个竖行3131种元素种元素。( (n-1)d n-1)d 1-101-10ns ns 1-21-2。这这种划分,种划分,“过渡过渡” 的含义是指从活泼金属元素到非金属元素的含义是指从活泼金属元素到非金属元素的过渡或由周期表的过渡或由周期表 s区元素过渡到区元素过渡到 p区元素。区元素。我们采用第三种说法,我们采用第三种说法,从从B族到族到B族族10个从行包括个从行包括7个个副族和副族和1个个族)共族)共31种元素,称为过渡元素。种元素,称为过渡元素。 一般:镧系和锕系除了镧和锕以外,过渡元素常不包括其他的一般:镧系和锕系除了镧和锕以外
3、,过渡元素常不包括其他的镧系和锕系元素。镧系和锕系元素。2ppt课件第一、第二和第三过渡系总称为第一、第二和第三过渡系总称为“主过渡元素主过渡元素”; ;f f区元素称为区元素称为“内过渡元素内过渡元素”。2 2、分类、分类为了讨论的方便,可以根据过渡元素的综合化学性质进行分类为了讨论的方便,可以根据过渡元素的综合化学性质进行分类: :前过渡元素前过渡元素:IVBIVBVIIBVIIB,不包括,不包括MnMn,位于,位于d d区前部,区前部,其特征是其高价离子在水溶液中常发生聚合作用。其特征是其高价离子在水溶液中常发生聚合作用。后过渡元素后过渡元素: MnMn到到CuCu,第一过渡系的后部,其
4、特点,第一过渡系的后部,其特点是以水溶液化学和配位化学为其特征。是以水溶液化学和配位化学为其特征。贵金属元素:贵金属元素:的第五、六周期元素有:的第五、六周期元素有:RuRu、RhRh、PdPd,OsOs、 IrIr、PtPt,再加上,再加上AgAg、AuAu,特征:丰富的配位化学。,特征:丰富的配位化学。第四周期:第一过渡系,又称第四周期:第一过渡系,又称轻过渡元素轻过渡元素;第五、第六周期:第二、三过渡系,又称第五、第六周期:第二、三过渡系,又称重过渡元素重过渡元素。 周期表周期表 位置位置不同不同 周期周期电子进电子进 入轨道入轨道3ppt课件在此我们在此我们只介绍根据元素在周期的不同的
5、分类:只介绍根据元素在周期的不同的分类: 第一过渡系(轻过渡系):对应第四周期,从钪(第一过渡系(轻过渡系):对应第四周期,从钪(Sc) 锌(锌(Zn)10种元素种元素第二过渡系(重过渡系):对应第五周期,从钇(第二过渡系(重过渡系):对应第五周期,从钇(Y) 镉(镉(Cd)10种元素种元素第三过渡系(重过渡系):对应第六周期,从镧(第三过渡系(重过渡系):对应第六周期,从镧(La) 汞(汞(Hg)10种元素种元素周期周期族族IIIBIVBVBVIB VIIBVIIIBBB四四ScTiCrMnFeCoNiCuZn五五YZrNbMoTcRuRhPdAgCd六六LaHfTaWReOsIrPtAuH
6、g七七Ac第一过渡系第一过渡系第二过渡系第二过渡系第三过渡系第三过渡系4ppt课件2 22 2 过渡元素的价电子层结构过渡元素的价电子层结构过渡元素价电子层结构:过渡元素价电子层结构:(n-1)d 1-10 ns 1-2 (Pd:4d105s0)为了便于学习和理解,我们又把过渡元素分成两大类:为了便于学习和理解,我们又把过渡元素分成两大类:(1)从)从B族族族元素族元素 其结构特点是:最后一个电子依次填充在次外层的其结构特点是:最后一个电子依次填充在次外层的d轨道上(轨道上(d1-9)。因而他们都是)。因而他们都是d区元素,它们的最外层区元素,它们的最外层和次外层电子都没有填满,最外层电子数只
7、有和次外层电子都没有填满,最外层电子数只有1或或2个,个,且保持不变。且保持不变。价电子层构型为:价电子层构型为: (n-1)d 1-9 ns 1-2(此(此n表示电子所处的电子层数)表示电子所处的电子层数)5ppt课件(2)从)从B族族B族的元素族的元素其结构特点是:它们次外层的其结构特点是:它们次外层的d轨道已经填满,最后一轨道已经填满,最后一个电子依次填充在最外层的个电子依次填充在最外层的S轨道上(轨道上(S1-2)。因而他)。因而他们不是们不是d区元素,但是,这些族中的某些元素的原子,区元素,但是,这些族中的某些元素的原子,它们的次外层上的它们的次外层上的d电子也参加成键;而且他们的氧
8、化电子也参加成键;而且他们的氧化态时态时d轨道并没有排满,如:轨道并没有排满,如:Cu2+外围电子构型为外围电子构型为3d9,Au3+为为5d8等,它们的性质与等,它们的性质与d区元素很相似所以我们把区元素很相似所以我们把B族、族、B族统称为族统称为dS区。区。所以可以认为,过渡元素是所以可以认为,过渡元素是d区元素和区元素和dS区元素的总称。区元素的总称。由于过渡元素的最外层电子数比较少,只有由于过渡元素的最外层电子数比较少,只有1或或2个,所个,所以都属于金属,所以过渡元素又称谓过渡金属以都属于金属,所以过渡元素又称谓过渡金属价电子层构型为:价电子层构型为: (n-1)d 10 ns 1-
9、26ppt课件1、过渡元素电子层结构的特点与成键情况:、过渡元素电子层结构的特点与成键情况:(1) (n-1)d 轨道的能量与轨道的能量与ns、np轨道比较接近,是参与成键轨道比较接近,是参与成键的内层轨道,所以次外层也是价电子层。的内层轨道,所以次外层也是价电子层。 (2) d轨道比轨道比s、p轨道数目多轨道数目多,不但不但成键可能性大成键可能性大,而且成键,而且成键的数目多。的数目多。(3)d轨道未充满其空轨道可以接受孤电子,形成配位化合物轨道未充满其空轨道可以接受孤电子,形成配位化合物(4)(n-1)d与与 ns 轨道能级的高低:轨道能级的高低: 当当3d轨道无电子时,轨道无电子时,4s
10、轨道的能量小于轨道的能量小于3d轨道轨道;(钻穿效应为主)(钻穿效应为主)当当3d轨道有了电子之后,其能量下降轨道有了电子之后,其能量下降; 能量低于能量低于4s轨道。轨道。此时,此时,3d电子就成了内层电子。电子就成了内层电子。(屏蔽效应为主)(屏蔽效应为主)或者说:或者说:对于原子:对于原子:4s3d4p 对于离子:对于离子: 3d4s4p2-32-3过渡元素结构特征与通性过渡元素结构特征与通性7ppt课件2 2、原子结构特征、原子结构特征(1)原子半径和离子半径:)原子半径和离子半径:B B B B B B B结论:结论:1)与同周期碱金属和碱土金属相比,原子半径都较小。如:)与同周期碱
11、金属和碱土金属相比,原子半径都较小。如:r(k)=203pm=203pm,r(Ca)=174pm,原因:电子层数没变,核电荷数增加原因:电子层数没变,核电荷数增加BB元素的原子半径元素的原子半径/pm8ppt课件 2)从从左到右原子半径先逐步减小,但接近左到右原子半径先逐步减小,但接近d10时半径又时半径又稍增大(稍增大(d电子屏蔽效应小,电子屏蔽效应小,d电子充满后,屏蔽效应加电子充满后,屏蔽效应加强有关)。强有关)。3)同族元素的)同族元素的原子半径从上到下增大,但第二、三过原子半径从上到下增大,但第二、三过渡系元素同族半径相差极小。(镧系收缩的缘故)。渡系元素同族半径相差极小。(镧系收缩
12、的缘故)。4)离子半径的规律与原子半径相似,)离子半径的规律与原子半径相似,d5半充满有例外。半充满有例外。 3 3、过渡元素的通性、过渡元素的通性过渡元素的通性主要表现为:过渡元素的通性主要表现为: (1)全部是金属全部是金属 (2) 有多变的氧化态有多变的氧化态 (3)水溶液中的离子往往有颜色水溶液中的离子往往有颜色 (4)易形成配合物易形成配合物 9ppt课件1)过渡元素都是金属)过渡元素都是金属a、过渡元素最外层只有过渡元素最外层只有12个电子,所以都表现出金属性。个电子,所以都表现出金属性。因此过渡元素又称过渡金属。因此过渡元素又称过渡金属。b、由于过渡元素的原子半径较小,但荷电荷数
13、较大,所以、由于过渡元素的原子半径较小,但荷电荷数较大,所以金属性相对较弱。金属性相对较弱。c、过渡元素的原子半径小且比较相近,所以可互熔成合金。、过渡元素的原子半径小且比较相近,所以可互熔成合金。d、过渡元素的原子半径较小,但荷电荷数较大,即有较小、过渡元素的原子半径较小,但荷电荷数较大,即有较小的原子体积和较大的原子量,所以表现出:密度大。如:的原子体积和较大的原子量,所以表现出:密度大。如: Cs的密度为的密度为1.90g/cm3, Pt的密度为的密度为21.45g/cm3e、过渡元素的最外层、过渡元素的最外层S电子和次外层的电子和次外层的d电子都参加成键,电子都参加成键,且堆积程度大所
14、以表现出,晶体的熔点高,硬度大。如:且堆积程度大所以表现出,晶体的熔点高,硬度大。如: 铯(铯(Cs)的熔点为)的熔点为28.59,钨(,钨(W)的熔点为)的熔点为3380。10ppt课件2)过渡金属的活泼性)过渡金属的活泼性a、过渡元素一般不与水反应,但第一过渡系的金属能与盐酸过渡元素一般不与水反应,但第一过渡系的金属能与盐酸或硫酸作用,置换出或硫酸作用,置换出H2,但活泼性逐渐减弱。这从它们的,但活泼性逐渐减弱。这从它们的标准电动势较低可以得到反应。标准电动势较低可以得到反应。ScTiCrMnFeCoNiCuZnM2+/M-1.19-0.44-0.28-0.23-0.76M3+/M-2.0
15、-7.1第一过渡系元素的标准电极电动势(伏)第一过渡系元素的标准电极电动势(伏)金属金属电动势电动势电对电对b、同族元素从上往下,它们的金属性是逐渐减弱的。同族元素从上往下,它们的金属性是逐渐减弱的。 如:如:B族的族的Cr、Mo、W,铬能与盐酸或硫酸反应置换出氢,铬能与盐酸或硫酸反应置换出氢 气,钼不能,只能溶于煮沸的稀盐酸中,钨只能溶于氢氟气,钼不能,只能溶于煮沸的稀盐酸中,钨只能溶于氢氟 酸和硝酸的混合酸中。酸和硝酸的混合酸中。 原因:原因:核电荷数明显增大,但半径变化不大,原子核对价电子核电荷数明显增大,但半径变化不大,原子核对价电子 的束缚力加强。这和主族元素的性质递变规律正好相反。
16、的束缚力加强。这和主族元素的性质递变规律正好相反。11ppt课件3 3)过渡元素的多变氧化态)过渡元素的多变氧化态过渡元素一般都有多变的氧化态。过渡元素一般都有多变的氧化态。如:如:Fe有有+2、+3、+6 三种氧化态(三种氧化态(FeO、Fe2O3、Na2FeO4等)等) Cr有有+2、+3、+6 三种氧化态(三种氧化态(CrO、Cr2O3、CrO3等)等) Mn有有+2、+3、+4、+6、+7 多种氧化态(多种氧化态(MnO、Mn2O3、 MnO2、K2MnO4、KMnO4等)等)族序族序BBBBBB B元素符号元素符号ScTiVCrMnFeCoNiCuZn价电子构型价电子构型3d14S2
17、3d24S23d34S23d54S13d54S23d64S23d74S23d84S23d104S13d104S2常见氧化数常见氧化数+2、+3+2、+3、+4+2、+3、+4、+5+2、+3、+6+2、+3、+4、+6、+7+2、+3、+6+2、+3+2、+3+1、+2+2化合物代表化合物代表Sc2O3TiO、Ti2O3V2O3V2O5略略略略略略CoO、Co2O3NiO、Ni2O3Cu2O、CuOZnO价电子总数价电子总数3456789101112第一过渡系元素的常见氧化数第一过渡系元素的常见氧化数12ppt课件原因:原因:过渡元素的最外过渡元素的最外S S电子和次外层的电子和次外层的d d
18、电子都可以成键。电子都可以成键。 其稳定的氧化态表现的价态与稳定性有关。即当等价其稳定的氧化态表现的价态与稳定性有关。即当等价轨道处于全充满、半充满或全空时比较稳定。轨道处于全充满、半充满或全空时比较稳定。 4 4)过渡元素的化合物或其离子的水溶液往往显示一定的颜色)过渡元素的化合物或其离子的水溶液往往显示一定的颜色IIIB VIIB族:族:最高氧化态最高氧化态 = = 族数族数 VIIIB族族: 最高氧化态最高氧化态 族数族数 过渡元素在水溶液中大都形成的水合配离子而显色(与过渡元素在水溶液中大都形成的水合配离子而显色(与s区、区、p区不同),原因是:过渡金属离子区不同),原因是:过渡金属离
19、子d 轨轨 道一道一 般不充满,(据晶般不充满,(据晶体场理论)在配体水的影响下,体场理论)在配体水的影响下,d轨道发生分裂,形成能量不同轨道发生分裂,形成能量不同的两组,受到光照,不同的两组,受到光照,不同d轨道轨道上的上的 电子电子 会会吸收能量产生吸收能量产生 d-d 跃跃迁,迁,d-d 跃跃迁吸收的能量一般在可见光范围,所以过渡金属水迁吸收的能量一般在可见光范围,所以过渡金属水合离子就呈现其互补色合离子就呈现其互补色 。不同的过渡金属离子其电子发生。不同的过渡金属离子其电子发生d-d跃迁跃迁吸收的能量不同,因而显示不同的颜色。当最外层呈现吸收的能量不同,因而显示不同的颜色。当最外层呈现
20、d0或或d10结构结构时,过渡金属离子一般不显示颜色。时,过渡金属离子一般不显示颜色。13ppt课件 Ti3+ V2+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Fe3+ Co2+ Ni2+紫红紫红 紫紫 绿绿 蓝紫蓝紫 肉色肉色 浅绿浅绿 淡紫淡紫 粉红粉红 绿绿 Mn (II) Fe(II) Co(II) Ni(II) Cu(II) Zn(II)过渡金属水合离子呈现的多种颜色过渡金属水合离子呈现的多种颜色h 未成对未成对d电子发生跃迁电子发生跃迁5 5)过渡元素容易形成配位化合物)过渡元素容易形成配位化合物 过渡金属离子和某些过渡金属原子,由于存在空的过渡金属离子和某些过渡金属原子,由于存在空
21、的nS、nP和和部分甚至全空的部分甚至全空的 d 轨道,轨道,可以接受配体提供的孤可以接受配体提供的孤对对电子电子,形成形成配位键,形成配位离子和配位化合物。配位键,形成配位离子和配位化合物。 如如:K4Fe(CN)6、K3Fe(CN)6、 Ag(NH3)2OH、 Cu(H2O)42+等等 铂系元素由于原子半径小,铂系元素由于原子半径小,d d电子数较多,且易变形,更易电子数较多,且易变形,更易形成配位化合物。如:形成配位化合物。如:H2 PtCl6。14ppt课件 其他还有:如许多过渡元素及其化合物具有独特的催其他还有:如许多过渡元素及其化合物具有独特的催化性能;多数过渡元素的原子或离子具有
22、顺磁性,以及过化性能;多数过渡元素的原子或离子具有顺磁性,以及过渡金属氧化物的水化物的酸碱性的递变规律等,在以后渡金属氧化物的水化物的酸碱性的递变规律等,在以后介绍具体元素时再讨论,在此不介绍了。介绍具体元素时再讨论,在此不介绍了。15ppt课件1 1、物理性质、物理性质 铬是银白色、有光泽、硬度最大的金属但脆,熔点高,有延铬是银白色、有光泽、硬度最大的金属但脆,熔点高,有延展性。铬由于有良好的光泽和很强的抗腐蚀性,所以广泛用于电展性。铬由于有良好的光泽和很强的抗腐蚀性,所以广泛用于电镀工业,作金属的保护镀层。镀工业,作金属的保护镀层。 铬在形成金属键时提供铬在形成金属键时提供6 6个电子个电
23、子, ,金属键较强金属键较强 93 铬(铬(Cr)BB族包括:铬(族包括:铬(CrCr)、钼()、钼(MoMo)、钨()、钨(W W)三个元素。)三个元素。铬的价电子构型铬的价电子构型:3d3d5 54S4S1 1 氧化态:氧化态:+2+2、+3+3、+6+6。其中以其中以+3+3和和+6+6的化合物较常见。的化合物较常见。 铬在地壳中的丰度为:约铬在地壳中的丰度为:约0.018%0.018%,主要以矿物形式存在。,主要以矿物形式存在。如:铬铁矿:如:铬铁矿:Fe(CrOFe(CrO2 2) )2 2归纳为:归纳为:高熔点,高硬度,高强度,耐腐蚀性高熔点,高硬度,高强度,耐腐蚀性16ppt课件
24、铬元素电势图铬元素电势图/伏伏23227 ACr OCrCrCr+1.33 -0.41 -0.91 -0.74 2442 () () BCrOCr OHCr OHCr-0.13 -1.1 -1.4 -1.5 由铬的标准电极电位可见,铬具有较强的还原性,是比较活由铬的标准电极电位可见,铬具有较强的还原性,是比较活泼的金属,但由于表面易形成氧化膜而变为钝态,活泼性下降泼的金属,但由于表面易形成氧化膜而变为钝态,活泼性下降2 2、化学性质、化学性质(1 1)与非氧化性的无机酸反应)与非氧化性的无机酸反应如:与盐酸或稀如:与盐酸或稀H2SO4的反应的反应Cr + 2HCl = CrCl2 + H2 蓝
25、色溶液蓝色溶液4CrCl2+ 4HCl + O2 = 4CrCl3+ 2H2O 空气中变绿空气中变绿 Cr2+(aq) Cr3+(aq)17ppt课件(2)与热的浓与热的浓H2SO4的反应的反应2Cr+6H2SO4(浓浓) = Cr2(SO4)3 + 3SO2+ 6H2O (3)冷的浓)冷的浓H2SO4、冷的、冷的HNO3无论浓稀都可以把铬钝化,无论浓稀都可以把铬钝化,甚至冷的王水也不能溶解铬。甚至冷的王水也不能溶解铬。 铬也能发生置换反应把溶液中铜等置换出来。高温下能铬也能发生置换反应把溶液中铜等置换出来。高温下能与卤素、氮、氧、碳等许多非金属反应。与卤素、氮、氧、碳等许多非金属反应。3 3
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