无机化学课件第8章d区元素.ppt
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1、f区区d区区第第8章章 d区与区与 f 区元素区元素选述选述 元素过渡系的划分元素过渡系的划分第一过渡系第二过渡系第三过渡系第四过渡系8-1-2 d区元素单质的性质区元素单质的性质1.物理性质物理性质 溶、沸点高;溶、沸点高;Tf(W):):3410 硬度大;硬度大;莫氏硬度莫氏硬度(Cr):):9 密度大;密度大;d(Os):):22.59 g/cm3 有金属光泽;有金属光泽;延展性、导电性、导热性好。延展性、导电性、导热性好。d区元素的熔点区元素的熔点原子量大原子量大,半径小半径小2.化学性质化学性质 活泼性活泼性: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(B B
2、例外例外)与与s区规律相反的原因:区规律相反的原因:d d区同族元素自上而下,核电荷显著升高,而原子半区同族元素自上而下,核电荷显著升高,而原子半径增大不明显,使外层电子不易失去。径增大不明显,使外层电子不易失去。s s区元素自上而下,原子半径增大明显,使外层电子区元素自上而下,原子半径增大明显,使外层电子容易失去。容易失去。(1)B族活泼程度与碱土金属相似,能与空气、水、族活泼程度与碱土金属相似,能与空气、水、稀酸等反应。稀酸等反应。(2)其它各族与酸作用)其它各族与酸作用:(3)能与活泼的非金属能与活泼的非金属(如卤素和氧等如卤素和氧等)直接化合。直接化合。例如例如:加热条件下加热条件下
3、Ti+2X2=TiX4 (4)d区元素氧化物水合物的酸碱性区元素氧化物水合物的酸碱性 从左到右从左到右,BB族最高氧化态氧化物及其水族最高氧化态氧化物及其水合物的酸性增强合物的酸性增强,如如:Sc2O3 TiO2 CrO3 Mn2O7 碱性碱性 两性两性 酸性酸性 强酸性强酸性 从上到下从上到下,同族元素相同氧化态氧化物及其水合同族元素相同氧化态氧化物及其水合物的酸性减弱而碱性增强物的酸性减弱而碱性增强,如如:HMnO4 HTcO4 HReO4 强酸性强酸性 酸性酸性 弱酸性弱酸性 同一元素,不同氧化态同一元素,不同氧化态 高氧化态氧化物及其水合物的酸性大于低氧化态高氧化态氧化物及其水合物的酸
4、性大于低氧化态氧化物及其水合物的酸性氧化物及其水合物的酸性:V(OH)2V(OH)3V(OH)4HVO3 弱碱性弱碱性 更弱碱更弱碱 两性两性 酸性酸性 Cr(OH)2 Cr(OH)3 H2CrO4 碱性碱性 两性两性 酸性酸性 Fe(OH)2 Fe(OH)3 碱性碱性 两性两性 (5)形成配合物倾向形成配合物倾向 比主族比主族 Mn+大得多。大得多。原因:原因:有能量相近的有能量相近的(n1)d、ns及及np等价层空轨道。等价层空轨道。第一过渡系第一过渡系d区元素的氧化数区元素的氧化数元元 素素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +3 +
5、3 +3 +3 +3 +3 +3 +3氧化态氧化态 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +6 +6 +6 +7(划横线表示常见氧化态)从左到右,最高氧化态先升高后降低从左到右,最高氧化态先升高后降低 B B BB族:最高氧化态族:最高氧化态=族数,族数,族:族:多数最高氧化态多数最高氧化态 铬酸盐铬酸盐 Ba2+Cr2O72-或或 CrO42-BaCrO4 Pb2+Cr2O72-或或 CrO42-PbCrO4 Ag+Cr2O72-或或 CrO42-Ag2CrO4 重铬酸钾重铬酸钾 大粒橙红色晶体大粒橙红色晶体 在酸性溶液中是常用的强氧化剂:在酸性溶液中是常用的强氧化剂:Cr2O72-+14 H
6、+6 e=2 Cr3+7 H2O E=+1.23 V 加热时加热时,Cr2O72-可以氧化浓盐酸:可以氧化浓盐酸:H2Cr2O7+14 HCl 2 CrCl3+3 Cl2+2 HCl+7 H2O铬酸洗液:重铬酸钾铬酸洗液:重铬酸钾+浓硫酸浓硫酸8-3 锰的重要化合物锰的重要化合物8-3-1 锰和锰的元素电势图锰和锰的元素电势图 地壳中含量地壳中含量:过渡金属中排第三过渡金属中排第三(仅次于铁和钛仅次于铁和钛)最重要矿石最重要矿石:软锰矿软锰矿MnO2,锰结核锰结核 质硬而脆质硬而脆 主要用途主要用途:炼铁和炼钢过程中的脱炼铁和炼钢过程中的脱氧剂和脱硫剂,以及制造氧剂和脱硫剂,以及制造合金。合金
7、。锰结核含锰大约为25 锰锰 3d54s2,氧化数氧化数 +2、+4、+7最常见。最常见。锰锰()-)-锰元素电势锰元素电势 MnMn+2-1.18MnMn(OH)2-1.55 锰与稀酸作用放出氢气,形成锰与稀酸作用放出氢气,形成Mn(H2O)62+。锰与冷水不发生反应,与热水作用生成锰与冷水不发生反应,与热水作用生成Mn(OH)2并放并放出氢气出氢气。单质锰的性质单质锰的性质强还原性强还原性 锰在空气中被氧化,加热时生成锰在空气中被氧化,加热时生成Mn3O4,高温下可,高温下可与卤素、硫、碳、磷等非金属作用。与卤素、硫、碳、磷等非金属作用。在酸性溶液中,在酸性溶液中,Mn3+和和MnO42-
8、都易发生歧化反应:都易发生歧化反应:2 Mn3+2 H2O=Mn2+MnO2+4 H+3 MnO42-+4 H+=2 MnO4-+MnO2+2 H2OMnO4-MnO4-2MnO2Mn+MnMn+230.562.260.951.541-1.181.5071.6791.224 Mn2+较稳定,不易被氧化,也不易被还原。较稳定,不易被氧化,也不易被还原。MnO4-和和MnO2有强氧化性。有强氧化性。锰的元素电势图锰的元素电势图(酸性介质酸性介质)在碱性介质中,在碱性介质中,Mn(OH)2不稳定,易被空气中的不稳定,易被空气中的O2氧化为氧化为Mn(OH)3,并进而被氧化为,并进而被氧化为MnO2;
9、MnO42-也能发生歧化,但不如在酸性介质中进也能发生歧化,但不如在酸性介质中进行得完全。行得完全。MnO4-MnO4-2MnO2Mn(OH)3MnMn(OH)20.560.60-0.200.15-1.550.588-0.05锰的元素电势图锰的元素电势图(碱性介质碱性介质)8-3-2 锰锰()的化合物的化合物 1氢氧化物氢氧化物 Mn2+NaOH 或或 NH3H2O Mn(OH)2(近白色近白色)O2 MnO2H2O(棕色棕色)锰锰()3d5,半充满,其盐在水溶液中比较稳定。,半充满,其盐在水溶液中比较稳定。2锰锰()盐和锰盐和锰()的配位化合物的配位化合物 (1)溶解性溶解性 锰锰()的强酸
10、盐易溶的强酸盐易溶,而碳酸锰、硫化锰、草酸锰等而碳酸锰、硫化锰、草酸锰等弱酸盐难溶,但它们都能溶于稀盐酸。弱酸盐难溶,但它们都能溶于稀盐酸。(2)颜色颜色 水合水合Mn2+浓溶液呈粉红色,稀溶液几乎无色。浓溶液呈粉红色,稀溶液几乎无色。(3)配位性配位性 Mn2+,3d5,与弱场配体形成外轨配合物,如与弱场配体形成外轨配合物,如 Mn(H2O)62+与强场配位体形成内轨配合物,如与强场配位体形成内轨配合物,如Mn(CN)64-(4)还原性还原性 Mn2+在酸性介质中还原性较弱,只有用强氧化剂如在酸性介质中还原性较弱,只有用强氧化剂如NaBiO3,PbO2,(NH4)2S2O8等,才能将其氧化为
11、等,才能将其氧化为MnO4-:加热加热 2 Mn2+5 BiO3-+14 H+=2 MnO4-+5 Bi3+7 H2O 由于由于MnO4-的紫红色在很低浓度下仍可观察到,因而可利的紫红色在很低浓度下仍可观察到,因而可利用该反应鉴定溶液中的用该反应鉴定溶液中的Mn2+。8-3-3 锰锰()的化合物的化合物 酸性介质中是强氧化剂,还原性弱:酸性介质中是强氧化剂,还原性弱:MnO2(s)+4HCl(浓)浓)MnCl4 +2H2O MnCl2+Cl2 黑色粉末状,不溶于水、稀酸和稀碱,但可以和浓酸、黑色粉末状,不溶于水、稀酸和稀碱,但可以和浓酸、浓碱反应。浓碱反应。常见重要化合物为二氧化锰。常见重要化
12、合物为二氧化锰。碱性条件下,氧化性弱,碱性条件下,氧化性弱,还原性提高还原性提高,易被氧化成锰易被氧化成锰()化合物。在空气中)化合物。在空气中MnO2和碱共熔,得到锰酸盐:和碱共熔,得到锰酸盐:2 MnO2+4 KOH+O2=2 K2MnO4+2 H2O 绿色绿色K2MnO4 锰酸钾锰酸钾8-3-4 锰锰()的化合物的化合物 锰酸盐在溶液中只有在强碱性条件下(锰酸盐在溶液中只有在强碱性条件下(pH14)才稳)才稳定,若定,若pH14,则发生歧化反应。,则发生歧化反应。3 MnO42-+2 H2O 2MnO4-+MnO2+4 OH-3 MnO42-+4 H+2 MnO4-+MnO2+2 H2O
13、 (2)稳稳定性定性 固体高锰酸钾常温下稳定固体高锰酸钾常温下稳定,473473K以上发生分解:以上发生分解:2 KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2 高锰酸钾在水溶液中不很稳定高锰酸钾在水溶液中不很稳定,酸、,酸、MnO2和光能加和光能加速其分解速其分解:4 MnO4-+4 H+=3 O2+4 MnO2+2 H2O因此,配制好的因此,配制好的高锰酸钾溶液需要保存在棕色瓶中高锰酸钾溶液需要保存在棕色瓶中。8-3-5 锰锰()的化合物的化合物 KMnO4 深紫色离子晶体。深紫色离子晶体。(3)强氧化性强氧化性 KMnO4是氧化还原滴定分析法中的常用氧化剂。是氧化还原滴定分析法中的常用氧化剂。
14、其其氧化能力和还原产物氧化能力和还原产物随溶液的酸碱性不同而不同。随溶液的酸碱性不同而不同。在酸性介质中被还原为在酸性介质中被还原为Mn2+,如:,如:2MnO4-+5SO32-+6H+=2 Mn2+5SO42-+3H2O 在中性、微碱性介质中被还原为在中性、微碱性介质中被还原为MnO2:2MnO4-+3SO32-+H2O=2MnO2+3SO42-+2 OH-在强碱性介质中被还原为在强碱性介质中被还原为MnO42-:2MnO4-+SO32-+2 OH-=2MnO42-+SO42-+H2O 8-4 铁系元素的重要化合物铁系元素的重要化合物 8-4-1 铁系元素及其元素电势图铁系元素及其元素电势图
15、 铁、钴、镍属于第铁、钴、镍属于第族元素,性质相似,称为铁系元族元素,性质相似,称为铁系元素。素。地壳中的丰度地壳中的丰度:铁铁 5.1%(第四第四),钴钴 110-3%,镍镍 1.610-2%。银白色银白色,有金属光泽。有金属光泽。密度大,熔点较高。密度大,熔点较高。钴较硬而脆,铁、镍延展性很好。钴较硬而脆,铁、镍延展性很好。都有铁磁性,所以它们的合金是很好的磁性材料。都有铁磁性,所以它们的合金是很好的磁性材料。用途:用途:铁是最重要的基本结构材料,铁合金用途广铁是最重要的基本结构材料,铁合金用途广泛。钴和镍主要用于制造合金。泛。钴和镍主要用于制造合金。i+0.17-0.73Co(OH)Co
16、(OH)Co32+0.49-0.72NiONi(OH)N22 还原性还原性强强 弱弱 铁系元素的元素电势图铁系元素的元素电势图 EA A EB B3+2+0.771-0.45FeFeFe3+2+1.83-0.28CoCoCo22+1.68-0.26NiONiNi-0.56-0.92Fe(OH)Fe(OH)Fe32弱弱 强强 氧化性氧化性 还原性还原性强强 弱弱弱弱 强强 氧化性氧化性 铁、钴、镍属于中等活泼金属,活泼性铁、钴、镍属于中等活泼金属,活泼性FeCoNi。(1)与氧作用与氧作用 常温、干燥条件下,铁、钴、镍与氧不发生显著作用。常温、干燥条件下,铁、钴、镍与氧不发生显著作用。潮湿、加热
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