过渡元素
































过渡系元素
通性
钅钅 钅 钅喜 波 黑 麦卢 钅 杜钅


钇 锆





钌 铑 钯
锇 铱 铂
钪 钛 钒 铬 锰 铁 钴 镍
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd
Hf Ta W Re Os Ir Pt
V I I II I I B IVB VB VIB V I I B
Rf Db Sg Bh Hs Mt
UunA c - L r
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni
Y
La Lu-
21 22 23 24 25 26 27 28
39 40 41 42 43 44 45 46
72 73 74 75 76 77 78
1 0 4 1 0 5 1 0 6
1 0 7 1 0 8 1 0 9 1 1 0
57
89 1 0 3
-
- 71
第一过渡
系元素
第二过渡
系元素
第三过渡
系元素
氧化物及其水合物的酸碱性
同种元素,不同氧化态的氧化物,其酸碱性随氧
化数的降低酸性减弱,碱性增强。
Mn2O7 MnO3 MnO2 Mn2O3 MnO
强酸性 酸性 两性 弱碱性 碱性
这是由于其水合物中非羟基氧的数目减少。
同一过渡系内各元素的最高氧化态的氧化物及水
合物,从左到右碱性减弱,酸性增强。
Sc2O3 TiO2 CrO3 Mn2O7
强碱 两性 酸性 强酸
同族元素,自上而下各元素相同氧化态的氧化物
及其水合物,通常是酸性减弱,碱性增强。
H2CrO4 H2MoO4 H2WO4
中强酸 弱酸 两性偏酸性
一、存在
钛在地壳中的储量相当丰富 (0.45%),处于第十位,但它是稀
有元素,它是亲氧元素,主要矿物是钛铁矿 FeTiO3和金红石 TiO2,
锆以斜锆矿 ZrO2和锆英石 ZrSiO4的形式存在,铪总是以锆的百分
之几的量和锆伴生且分离困难。
二、钛的单质的性质和用途
3d金属化合物中以钛的化合物最难被还原为金属。
1 钛抗腐蚀性强、可以与铂相媲美,不但可以抗氯离子和抗热浓硫
酸,与硝酸作用也缓慢,成为航海设备和化工设备的理想材料。
2 机械强度接近钢,但密度比钢小得多,成为新兴的结构金属,特
别是用于航空和航天器。
3 亲生物及有记忆性的金属,医疗上用于制造人工关节以及代替受
损的骨骼。
钛分族
钛能溶于热的浓 HCl
2Ti+6HCl===2TiCl3+3H2↑
钛更易溶于 HF+HCl(H2SO4)
Ti+6HF===2TiF62-+2H++2H2↑
锆和铪也有上面配合反应的性质。
三,Zr和 Hf的分离
钾和铵的氟锆酸盐和氟铪酸盐在溶解度上有明显
的差别,可利用此性质来分离 Zr和 Hf。
四、金属钛的制备
工业上常用 FeTiO3为原料来制金属钛
1、矿石中含有 FeO,Fe2O3杂质,先用浓硫酸处理
FeTiO3+3H2SO4===FeSO4+Ti(SO4)2+3H2O
FeTiO3+2H2SO4===FeSO4+TiOSO4+2H2O
FeO+H2SO4==FeSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O
2、加入单质铁把 Fe3+离子还原为 Fe2+离子,然后
使溶液冷却至 273K以下使 FeSO4·7H2O结晶析出。
3、加热煮沸 Ti(SO4)2和 TiOSO4
Ti(SO4)2+H2O===TiOSO4+H2SO4
TiOSO4+H2O===H2TiO3↓+H2SO4
4、分离煅烧
H2TiO3===TiO2+H2O
5、碳氯法
TiO2+2C+2Cl2======TiCl4+2CO
6、在 1070K用熔融的镁在氩气氛中还原 TiCl4可得
海棉钛,再经熔融制得钛锭。
TiCl4+2Mg===2MgCl2+Ti
1000-1100K
五、钛的化合物
1,TiO2:金红石、钛白,不溶于水及稀酸,可溶于
HF和浓硫酸中。
TiO2+6HF===H2[TiF6]+2H2O
Ti4+容易水解得到 TiO2+离子 ——钛酰离子。
新制得的热的二氧化钛是淡黄色的,冷却后呈白色。
且可缓慢溶解于强酸或强碱,但煅烧处理后则难溶。
TiO2是一种优良颜料 (安全无毒,具有铅白的遮盖力和锌白的持久性),催化
剂、纳米材料、造纸业作增白剂、纤维工业作消光剂。
2,TiCl4:易水解(在空气中发白烟)为偏钛酸
H2TiO3及 TiOCl2,(烟雾弹)
TiCl4+H2O= TiOCl2 +2HCl
TiCl4+3H2O= H2TiO3 +4HCl
在浓 HCl中生成 H2[TiCl6]
用锌处理四氯化钛的盐酸溶液,可得紫色的三氯化
钛 TiCl3,溶液中加入乙醚,并通往氯化氢,乙醚层
则呈现绿色。
TiCl3 与 CuCl2的反应产物是什么?
( TiOCl2与 CuCl白色沉淀)
3,Ti2(SO4)3:三价钛 (紫色 )的还原性比 (Sn2+)稍强
Ti2(SO4)3+Fe2(SO4)3===2Ti(SO4)2+2FeSO4
4、钛酸钡:是最重要的电陶瓷材料(做电容器)
如果将钡离子与四价钛共沉淀为草酸盐可酒石酸盐,然
后煅烧可以制备高纯度的钛酸钡 BaTiO3
5、钛的配合物:
钛离子具有较高的正电荷和较大的离子半径,极化
力强。水溶液中不存在简单的水合离子。
在四价钛的溶液中加入双氧水:强酸性 -显红色,
稀酸或中性 -显橙黄色,用于比色分析。
一、存在
钒的主要矿物有:绿硫钒矿 VS2或 V2S5,钒铅矿
Pb5[VO4]3Cl等。
Nb和 Ta因性质相似,在自然界中共生,矿物为
Fe[(Nb,Ta)O3]2如果 Nb的含量多就称铌铁矿,反之为
钽铁矿。
二、单质的性质和用途
电子构型为 (n-1)d3ns2价态有 +V,+IV,+III,+II,
V,Nb,Ta以 +V价最稳定,V的 +IV价也较稳定。
它们的单质容易呈钝态、都溶于硝酸和氢氟酸的
混合酸中,钽不溶于王水。
钒分族
V ( O H ) 4 + V O 2 + V +3 2 VV +1, 0 0, 3 4 - 0, 2 6 - 1, 1 8
N b 2 O 5 N b +3 N b- 1, 10, 0 5 T a 2 O 5 T a- 0, 7 5
三、钒的化合物
V(+V)具有较大的电荷半径比,所以在水溶液中不
存在简单的 V5+离子,而是以钒氧基 (VO2+,VO3+)或钒
酸根 (VO3-,VO43-)等形式存在。同样,氧化态为 +IV的
钒在水溶液中以 VO2+离子形式存在。
颜色,V 2+紫色,V 3+绿色,VO 2+蓝色,VO2+淡黄色,
VO43-无色,V5O14 3-红棕色,V10O28 6-橙红色
1,V2O5:为两性偏酸性的氧化物,是一种重要的
催化剂。
2NH4VO3====V2O5+2NH3+H2O
V2O5+Ca===V+CaO
V2O5+NaOH===Na3VO4+3H2O
V2O5+6HCl===2VOCl2+Cl2+H2O
VO2++Fe2++H+===VO2++Fe3++H2O
2VO2++C2O42-+4H+===2VO2++2CO2+2H2O
2、钒酸盐和多钒酸盐
偏钒酸盐 MIVO3、正钒酸盐 M3IVO4、焦钒酸盐
M4IV2O7和多钒酸盐 M3IV3O9,M6IV10O28等。
VO43-+2H+?2HVO42-?V2O74-+H2O(pH≥13)
2V2O74-+6H+?2V3O93-+3H2O(pH≥8.4)
10V3O93-+12H+?3V10O286-+6H2O(8>pH>3)
若酸度再增大,则缩合度不变,而是获得质子。
V10O286-+H+?HV10O285-
若 pH<1时则变为淡黄色的 VO2+。
在钒酸盐的溶液中加过氧化氢,若溶液是弱碱性、
中性或弱酸性时得黄色的二过氧钒酸离子,[VO2(O2)2]3-,
此法可用于鉴定钒。
如果向酸性的 V2+溶液中滴加高锰酸钾溶液,颜色?
紫色 -----绿色 -----蓝色 -----绿色 -----黄色
铬分族
一、存在
Cr的矿物有铬铁矿 FeCr2O4(FeO·Cr2O3),Mo有辉
钼矿 MoS2,W有黑钨矿 (Fe,Mn)WO4、白钨矿 CaWO4。
二、单质的性质和用途
1、价电子结构:
Cr,Mo的价电子构型为 (n-1)d5ns1,W的价电子构
型为 5d46s2,它们中的 6个电子都可以参加成键。
按 Cr,Mo,W的顺序最高氧化态的稳定性增强,
低氧化态的稳定性减弱。
2、性质
铬的硬度是所有金属单质中最高的。
铬金属表面的保护性氧化膜使其对空气和湿气十
分稳定,而且表现出极好的抗腐蚀性能,常温下甚至不
溶于王水,因此成为一种重要的合金元素,不锈钢中含
铬量 12~14%,同时被用于电镀、金属陶瓷。
无保护膜的铬较活泼,Cr+2HCl(稀 )==CrCl2(蓝 )+H2↑
4CrCl2(蓝色 )+4HCl+O2(空气 )===4CrCl3(绿色 )+2H2O
Cr与浓硫酸生成三价盐,但不溶于浓硝酸 (钝化 ),
Mo只溶于浓硝酸及王水,W只溶于 HF和硝酸的混酸。 W
的熔点是金属中最高的。
3、制备:
FeCr2O4 + 4C ==Fe + 2Cr + 4CO
这种方法制得的是铬铁,产物用于制造特种合金钢。
钢铁工业要求较高的铬 /铁比( >2, 5),耐火材料要求
Al2O3和 Cr2O3的总量大于 60%。
Cr2O3 + 3C ==2Cr + 3CO
Cr2O3 + 2Al == 2Cr + Al 2O3(铝热法)
此外,电解铬明矾或电解三氧化铬,用途不同
方法不同。
三、铬的化合物
1,Cr( Ⅲ )的化合物
(1)Cr2O3和 Cr(OH)3
(NH4)2Cr2O7===Cr2O3+N2↑+H2O
Na2Cr2O7 +C== Cr2O3+ Na2 CO3 +CO2
Cr2O3具有两性,
Cr2O3+3H2SO4==Cr2SO4(紫色 )+3H2O
Cr2O3+2NaOH +3H2O==2NaCr(OH)4 (深绿色 )
CrO2-在碱性条件下有强还原性
CrO4 2- +2H2O = CrO2- +4OH- -0.13V
(2)Cr(III)的配合物
Cr(III)外层电子结构为 3d34s04p0,它能形成 d2sp3
杂化的八面体结构,[Cr(H2O)6]3+为紫色,由于它的
配合物稳定且配位体交换呈惰性,它的水合异构体
很多。
[问题 ] 如何解释不同水合异构体间颜色的变化?
[问题 ] Cr 3+ Al 3+ Fe 3+有什么异同?如何将它们分离?
(3)Cr(III)盐和亚铬酸盐
Cr2(SO4)3·6H2O(绿色 ),Cr2(SO4)3·18H2O(紫色 )、
Cr2(SO4)3(桃红色 ),铬钾钒 K2SO4·Cr2(SO4)3·24H2O。
铬化合物使兽皮的胶原羧基发生交联的过程叫铬
鞣。 Cr(OH) SO4碱式硫酸铬是重要的铬鞣剂。 1/3
Na2Cr2O7 +H2SO4+C12H22O11
— Cr(OH) SO4 + Na2 SO4+CO2 +H2O
Na2Cr2O7 +SO2 +H2O—Cr(OH) SO4 + Na2 SO4
在碱性条件下,能被过氧化氢、过氧化钠,Br2
等氧化。
2CrO2-+3H2O2+2OH-===2CrO42-+4H2O
在酸性条件下则需强氧化剂,如 KMnO4,HIO4、
(NH4)2S2O8等。
10Cr3++6MnO4-+11H2O===5Cr2O72-+6Mn2++22H+
3,Cr( Ⅳ )
CrO2是一种重要的磁性颜料,分散在有机粘合剂
中的磁性颜料用于磁带、软盘和硬盘以储存磁信息。
可由 CrO3分解制备。
3、铬 (VI)的化合物
以铬酸盐和重铬酸盐最为重要。
碱金属和铵的铬酸盐易溶于水,MgCrO4可溶,
CaCrO4微溶,BaCrO4难溶。
大多数金属的铬酸盐都难溶,主要以 Ag+,Pb2+、
Ba2+的铬酸盐为代表。
铬酸钠的制备,(煅烧反应 )
FeCr2O4+8Na2CO3+7O2 === 8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2↑反射炉
可用复分解法由 Na2CrO4和 KCl来得到 K2CrO4。
重铬酸盐和铬酸盐在水溶液中存在下列平衡:
2CrO42-(黄色 )+2H+?Cr2O72-(橙红色 )+H2O
酸性溶液中 Cr2O72-为主,碱性溶液中 CrO42-为主。
在重铬酸盐溶液中除加碱可转化为铬酸盐外,加
Ag+,Pb2+和 Ba2+也可转化为相应的铬酸盐( 不论酸碱性 )。
H2O+4Ag++Cr2O72-====2Ag2CrO4↓(砖红色 )+2H+
H2O+2Ba2++Cr2O72-====2BaCrO4↓(黄色 )+2H+
H2O+2Pb2++Cr2O72-====2PbCrO4↓(黄色 )+2H+
实验室也常用 Ag+,Pb2+和 Ba2+离子来检验 CrO42-离
子的存在。
在酸性条件下重铬酸盐的氧化性
Cr2O72-+14H++6e-===2Cr3++7H2O ??=1.33V
所以 Cr2O72-在酸性介质中是强氧化剂,且还原产
物均为 Cr3+离子。如:
Cr2O72-+14H++6Fe2+===2Cr3++6Fe3++ 7H2O
此反应在分析化学中用来测定铁。处理废水。
Cr2O72-+ 14H+ + 6I- === 2Cr3++ 3I2 + 7H2O
Cr2O72-+ 8H++ 3H2S=== 2Cr3++ 3S + 7H2O
3CH3CH2OH+2K2Cr2O7+8H2SO4===3CH3COOH+
2K2SO4+2Cr2(SO4)3+11H2O
此反应用于检验司机是否酒后开车。
Cr2O72-+ 2H+ + 4H2O2===2CrO(O2)2+5H2O
检验过氧化氢的存在,生成 Cr(O2)2O(蓝色)。
实验室中常用的铬酸洗液是用热的饱和重铬酸钾溶
液与浓硫酸配制的。
2H2SO4(浓 )+2K2Cr2O7===2CrO3+2K2SO4+2H2O
橙红色的 CrO3是强氧化剂,还可用于钝化金属、
电镀 (每升含三氧化铬 300克 )。
铬分族
4、钼和钨的化合物:(自学)
要求⑴钼和钨最稳定的氧化数为多少?
⑵铬分族中六价氧化物及其含氧酸的氧化性及酸
性的强弱规律如何。
⑶钼和钨含氧酸盐的溶解性如何?
5、同多酸和杂多酸及其盐:(自学)
要求⑴同多酸和杂多酸的定义?
⑵在分析化学中用什么反应来检验 MoO42-或 PO43-
离子。
6、钼和钨的原子簇化合物:(自学)
要求:什么是原子簇化合物?
锰分族
一、锰分族的基本性质和用途
直到 1931年发现缺锰的龋齿动物生长不良和生殖功
能障碍,才把它确定为必需元素。特别随着家禽、家畜
养殖业的发展。而近十几年来,科学家又把目光转移到
人类的疾病发生上,当前对该领域的研究已成为矿质营
养学的热点之一。
如果人体内锰缺乏, 则会发生体重下降, 黑色的头
发变红, 皮炎, 头发和指甲生长变慢以及低胆固醇血症 。
体内锰过多也会引起锰中毒 。 人类锰中毒对健康有
严重危害, 可引起中枢神经系统严重异常 。 如果一个人
处于含锰量高于 5毫克 /米 3的空气中, 就有可能发生锰中
毒危险, 中毒者反应慢, 动作不协调, 记忆力发生障碍 。
锰中毒时也发生生殖系统, 兔疫系统的功能障碍及肾脏,
肝脏, 胰腺等组织器官损害 。
VIIB族包括锰、锝和铼三种元素,它们的电子构
型为 (n-1)d5ns2。
1、氧化态
锰的氧化态有 +II,+III,+IV,+V,+VI和 +VII
等,锝有 +IV和 +VII。铼有 +III,+IV和 +VII。
2、标准电极电势图
M n O 4 - M n O 4 -2 M n O 2 M n + M nM n +230, 5 6 4 2, 2 6 0, 9 5 1, 5 1 - 1, 0 2 9
1, 5 0 7
1, 6 7 9 1, 2 0 8
M n O 4 - M n O 4 -2 M n O 2 M n ( O H ) 3 M nM n ( O H ) 20, 5 6 4 0, 6 0 - 0, 2 0 0, 1 - 1, 5 5
0, 5 8 8 - 0, 0 5
??A
??B
二、单质的活泼性
锰单质比较活泼
Mn+X2(F2,Cl2,Br2)===MnX2
Mn+O2===Mn3O4燃烧
Mn+S===MnS共熔
Mn+H2O(热水 )===Mn(OH)2+H2↑
Mn+2H+===Mn2++H2↑
3Mn+2HNO3===3Mn2++2NO↑+H2O
三、锰的自由能 -氧化态图
类似于电势图,我们不用标准电极电势,而用各种
“半反应”的自由能变化对氧化态作图。以锰的氧化态
为例,如图 。
1、自由能越
小越稳定。
2、连接相间
的两点,中间
氧化态若在
连线上方则
易歧化,在下
方则不歧化。
四、锰的化合物
1、锰 (II)的化合物
Mn2+有 d5半充满结构,因此是比较稳定的。
在酸性介质中 Mn2+不易被氧化,只有遇到强氧
化剂时如,PbO2,K2S2O8(Ag+催化 ),NaBiO3和 HIO4
等才可把 Mn2+氧化为 MnO4-。
在碱性介质中 Mn2+易被氧化。
Mn2++2OH-===Mn(OH)2↓白色
2Mn(OH)2+O2===2MnO(OH)2(MnO2·H 2O)棕色
Mn2+在水溶液中以 [Mn(H2O)6]2+存在,肉色。
除 MnCO3,Mn3(PO4)2,MnS难溶,一般都易溶。
2、锰 (IV)的化合物(海底以 锰结核 形式存在)
MnO2是稳定而重要的化合物,但能表现出氧化
性及还原性。
在酸性介质中 MnO2具有较强的氧化性,如与浓
盐酸反应可制氯气。另外还有。
MnO2+H2SO4(浓 )===MnSO4+O2↑+H2O
MnO2能把 H2O2,Fe2+氧化,试写出反应方程式。
在碱性介质中 MnO2能被氧化为 MnO42-,这也是
制高锰酸钾的重要一步。
MnO2+4KOH+O2===2K2MnO4+2H2O
二氧化锰除用于氧化剂还可做催化剂。
3、锰 (VI)和锰 (VII)的化合物
Mn(VI)最重要的化合物是墨绿色的 K2MnO4。
3MnO42-+2H2O?2MnO4-+MnO2+4OH-
碱性增强则 MnO42-稳定性增高。碱性降低则有利
于其歧化,如通往 CO2或加醋酸就可使它歧化。
3MnO42-+2CO2===2MnO4-+MnO2+2CO32-
碱性条件下加氧化剂或电解也可氧化锰酸钾。
2MnO42-+Cl2===2MnO4-+2Cl-
2MnO42-+2H2O===2MnO4-+H2↑+2OH-电解
M n O 4 - M n O 4 -2 M n O 20,564 0,60
0,588
M n O 4 - M n O 4 -2 M n O 20,564 2,26
1,679
? ?
A B
Mn(VII)最重要的化合物是紫色晶体 KMnO4,其
水溶液呈紫红色、缓慢分解,光能催化其分解,因此
其水溶液保存于棕色瓶中。
KMnO4是最重要的氧化剂、消毒剂 (PP粉 )。
KMnO4在不同介质中被还原的产物也不同。通常
在酸性条件下的产物是 Mn2+(注:当 KMnO4过量时,
反应生成的 Mn2+要和 KMnO4反应生成 MnO2),在中
性条件下的产物是 MnO2,在碱性条件下的产物是
MnO42-。
试酸、碱、中性介质中 KMnO4与 SO32-的反应方
程式。 KMnO4热分解反应式 ( 锰酸钾、二氧化锰,O2) 。
2KMnO4(s)+H2SO4(浓 )===Mn2O7+K2SO4+H2O
Mn2O7属分子型晶体。
4、锰的氧化物
MnO Mn2O3 MnO2 MnO3 Mn2O7
碱性 弱碱性 两性 酸性 酸性
酸性增强 →
5、锰的氧化物的水合物
Mn(OH)2 Mn(OH)2 Mn(OH)4 H2MnO4 HMnO4
酸性增强 →
氧化性增强 →
铁系元素
铁系元素
铁钴镍
铂系元素
钌铑钯
锇铱铂
钌 铑 钯
锇 铱 铂
铁 钴 镍
Ru Rh Pd
Os Ir Pt
VIII
Fe Co Ni
26 27 28
44 45 46
76 77 78
铁的氧化态有 +II,+III,+VI,钴和镍有 +II、
+III,+IV。
一、单质的性质
钴和镍在常温下对水和空气都较稳定,它们都
溶于稀酸中,但不与强碱发生作用,故熔融碱性物
质可以用镍制容器。和铁不同,钴和镍与浓硝酸激
烈反应,与稀硝酸反应较慢。
钴和镍也都是生物体必需的元素。钴在体内的
重要化合物是维生素 B12,它是人类和几乎所有动植
物都必需的营养物。镍对促进体内铁的吸收,红细胞
的增长,氨基酸的合成均有重要的作用。
Woodward and Eschenmoser
缺铁的直接结果是导致贫血, 但一般症状并不很明
显, 除非严重性贫血 。
近年来, 大量证据还表明铁是益智元素之一 。 铁缺
乏可引起心理活动和智力发育的障碍及行为改变 。 研究
表明, 6-24月龄的儿童若发生缺铁性贫血, 其学习和记
忆能力比同月龄的正常儿童显著下降, 同时还表现为易
疲劳, 有恐惧感 。 对年龄较大的儿童或青少年缺铁性贫
血者进行认知能力测验, 得到了与上述一致的结果 。
缺铁性贫血的另一个特点是在寒冷环境中保持体温
能力受损 。 这种异常产生的原因可能是与甲状腺激素分
泌减少有关 。 可通过输血使这种异常得到改善 。
实验研究表明高水平铁可能有致癌作用或促进肿瘤
生长, 强有力的证据是血色素沉着症患者肝癌发病率较
高 。 高水平铁还能引起心血管疾病, 早衰和大脑异常 。
二,Fe-H2O体系的电势 pH图
电势一 pH图就是将各种物质的电极电势与 pH的关
系以曲线表示出来,从图中可以直接看出反应自发进
行的可能性,或者要使反应能够进行所需的条件(浓
度和酸度)。我们以 Fe- H2O体系的电势一 pH图为例,
说明铁与氧、酸、碱等的反应。
线① Fe3++e-?Fe2+?1=0.771V
线上方为 Fe3+的稳定区,线下
方为 Fe2+的稳定区。
线③ Fe(OH)3+3H++e-?Fe2++3H2O
?3=1.04-0.177pH
线上方为 Fe(OH)3的稳定区,下方为
Fe2+的稳定区。
线④ Fe2++2e-?Fe?4=-0.473V
线上方为 Fe2+的稳定区,线下
方为 Fe的稳定区。
线⑥ Fe(OH)3+H++e-?Fe(OH)2+H2O
线⑤ Fe2++2H2O?Fe(OH)2+2H+
线左方为 Fe2+的稳定区,右方
为 Fe(OH)2的稳定区。
线⑦ Fe(OH)2+2H++2e-?Fe+2H2O
线 @氢线
线 氧线b
线② Fe3++3H2O?Fe(OH)3+3H+
线左方为 Fe3+的稳定区,右方为
Fe(OH)3的稳定区。
三、重要化合物
1、氢氧化物
M2++2OH-===M(OH)2↓
Fe(OH)2在空气中易被氧化为 Fe(OH)3
Co(OH)2在空气中可被氧化为 Co(OH)3但较慢。
Ni(OH)2在空气中不被氧化为 Ni(OH)3。
Co(OH)2,Ni(OH)2在碱性条件下可被 NaClO、溴
水等氧化为相应的三价氢氧化物。 试写出反应方程式 。
新沉淀的 Fe(OH)3略有两性,能溶于热的浓 KOH
溶液,生成 KFeO2或 K3[Fe(OH)6]。 试写出反应方程式 。
钴和镍的 M2O3或 M(OH)3都是强氧化剂,当与盐
酸反应时生成 MCl2与氯气。
←还原性增强
Fe(OH)2 Co(OH)2 Ni(OH)2
白色 粉红色 绿色
Fe(OH)3 Co(OH)3 Ni(OH)3
棕红色 棕色 黑色
氧化性增强 →
2、二价盐
Fe(H2O)62+浅绿色,Co(H2O)62+粉红色,Ni(H2O)62+亮绿色。
无水 Fe(II)盐白色,Co(II)蓝色,Ni(II)黄色。
(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O——摩尔氏盐。
FeSO4·7H2O称为绿矾。它与摩尔氏盐都是常用的还
原剂,但由于摩尔氏盐较稳定,在分析化学中用得多。
CoCl2常用于干燥剂硅胶中的变色剂。
C oC l 2 6 H 2 O,C oC l 2 2 H 2 O,C oC l 2 H 2 O,C oC l 2
3 2 5 K 3 6 3 K 3 9 3 K
粉红 紫红 蓝色 蓝色
当干燥硅胶吸水后,逐渐由蓝色变为粉红色,
表示干燥剂失效,放在烘箱中受热失水后可再用。
3、三价盐
[思考 ] [Fe( H2O) 6]3+呈现很浅的紫色,为什么平时我
们看到的三价铁盐溶液的颜色却是黄色或棕黄色或棕红色?
Fe3+的 Z/r比值大,三价铁盐易水解,生成的羟基水合物呈黄色
[思考 ] 为什么迄今为止人们还没能制得 FeI3?
三价铁盐 具有弱氧化性,可把 Sn2+,I-,H2S,Cu等氧化。
三价钴盐和三价镍盐很不稳定 具有强氧化性,
例如同盐酸反应:
[Co(NH3)6 ]3+ + 6H+ +Cl- = Co 2+ + 1/2Cl2 ↑ + 6NH4+
[思考 ]Fe3+,Al3+和 Cr3+有许多相似性,如何分离?
利用 Al(OH)3和 Cr(OH)3主要显两性,Fe(OH)3主要显碱性。
而三价铬盐可被氧化为六价铬盐。
即:先加过量的稀 NaOH溶液过滤出 Fe(OH)3,
在滤液中加入 Na2O2,把 NaCrO2氧化为 Na2CrO4,再
加适量的酸过滤出 Al(OH)3。
4,氧化数为 +6的铁的化合物
FeO42- + 4 H2O + 3e- = Fe(OH)3 + 5OH- φBθ =+0.72V
FeO42- + 8 H+ + 3e- = Fe3+ + 4H2O φAθ =+2.20V
2 FeO42- + 10 H+ = 2Fe3+ + 3/2 O2 + 5 H2O
铁( Ⅲ )处于中间价态,既有氧化性,也有还
原性。而在强碱性条件下,则可被一些氧化剂氧化
成紫色的高铁酸盐,例如:
2Fe(OH)3 + 3ClO - + 4OH- = 2FeO42- + 3Cl –
+5H2O
四、配合物
1、氨配合物
Fe2+,Fe3+离子不形成氨配合物。
Co2++6NH3→[Co(NH3)6]2+(不稳定易被氧化 )
[Co(NH3)6]3++e-===[Co(NH3)6]2+ ??B=0.1V
4[Co(NH3)6]2++O2+H2O===4[Co(NH3)6]3++4OH-
思考:这两种配合物成键类型有什么不同?
磁矩测定 [Co(NH3)6]2+有 3个未成对电子,杂化类
型为 sp3d2,[Co(NH3)6]3+中无未成对电子,杂化类型
为 d2sp3,稳定性增强。
[Ni(NH3)6]2+是稳定的配合物,有 2个未成对电子,
杂化类型为 sp3d2。
2、硫氰配合物
Fe3+离子与 SCN-形成血红色的 [Fe(SCN)n]3-n离子。
此反应很灵敏,如果 Fe3+离子浓度太低,可用乙醚或异
戊醇萃取。
Co2+离子与 SCN-形成蓝色的 [Co(SCN)4]2-离子。此
配离子不稳定,可用丙酮或戊醇萃取。
Ni2+离子的硫氰配合物很不稳定。
3、氰配合物
Fe3+,Co3+,Fe2+,Co2+,Ni2+都能与 CN-形成配合
物。
亚铁盐与 KCN溶液反应得 Fe(CN)2沉淀,KCN过量
时沉淀溶解。
黄色晶体 K4[Fe(CN)6]·3H2O——黄血盐。用于检
验 Fe3+离子,生成蓝色 Fe4[Fe(CN)6]3(普鲁士蓝 )沉淀。
红色晶体 K3[Fe(CN)6]——赤血盐。用于检验 Fe2+
离子,生成蓝色 Fe3[Fe(CN)6]2(滕氏蓝 )沉淀。
?氯气可把 K4[Fe(CN)6]氧化为 K3[Fe(CN)6]。
?K3[Fe(CN)6]在碱性介质中加热会放出氧气。
Co2+离子与 CN-离子形成的 Co[(CN)6]4-不稳定。
?2Co[(CN)6]4-+H2O===2Co[(CN)6]3-+2OH-+H2↑
Co[(CN)6]4-为一个相当强的还原剂,实验测得其
有一个未成对电子。 产生强还原性的原因是什么?
Co2+离子在 CN-强配位场作用下,有 1个电子被激
发到能量很高的 5s轨道中,这个高能量的电子很容易
失去,从而显示出很强的还原性。
..
N
..
N
..
N
2+
2+
3d 4s 4p
C o [ A r ]
C o [ A r ]
C o [ A r ]
..
N
..
N
..
N
5s
4、羰基配合物
第一过渡系中从钒到镍,第二过渡系中的钼到铑,
第三过渡系中的钨到铱等元素都能和一氧化碳形成羰
基配合物。
在这些配合物中,金属的氧化态为零。而且简单
的级基配合物的结构有一个普遍的特点:每个金属原
子的价电子数和它周围 CO提供的电子数 (每个 CO提供
两个电子 )加在一起满足 18电子结构规则。是反磁性的。
例如 Fe(CO)5,Ni(CO)4,Cr(CO)6,Mo(CO)6等。
问:在这些配合物中成键情况是怎样的?
在金属羰基配合物中,CO的碳原子提供孤电子对,
与金属原子形成 ?配键。 CO空的反键 ?*轨道可以和金
属原子的 d轨道重叠生成反馈 ?健。
6,Ni2+的丁二酮肟配合物
Ni2+
CH3—C=N—OH
2 |
CH3—C=N—OH
O….H
|
CH3—C = N
|
CH3—C = N
|
O—H
O
|
N=C—CH3
|
N=C—CH3
|
O
Ni+ +2H+
红色沉淀 形成的 pH最佳范围是 5~10,否则会溶解。
Fe 2+类似,会有干扰,如何消除?
加双氧水将 Fe 2+氧化为 Fe 3+
7,Co2+与过量的亚硝酸钾会生成难溶于水的黄色配合物
{K3[Co(NO2)6]}
铁系元素
5、二茂铁
最典型的是环戊二烯基铁(亦称二茂铁),它
可由下列反应制得:
F e K 2 O+ + 2 5 73 K
N 2 K O HF e
2
+ 2
Fe(C5H5)2经 X射线证明,其结构为夹心式的。
二茂铁为橙黄色固体,熔点为 446K,不溶于水,易
溶于乙醚、苯、乙醇等有机溶剂中,373K即升华。
从各种性质看,都表明它是典型的共价化合物。
例题
1、写出鉴别 Fe2+ 和 Fe3+的三种方法。
( 1) KSCN( Fe3+ );( 2) K4Fe(CN)6( Fe3+ );( 3) K3Fe(CN)6( Fe2+ )
2、如何分离 Fe 2+, Co 2+, Mn 2+?要复原
H2SO4 H2O2
NH4+— NH3·H 2O pH=9
Fe 2+, Co 2+, Mn 2+
Fe 3+, Co 2+, Mn 2+
Fe(OH)3 Mn 2+, Co (NH3) 62+
H+
Fe 3+铁粉
Fe 2+
H2O2
MnO(OH) 2 Co (NH3) 63+
HCl
Co 2+
H2SO4 H2O2
Mn 2+
练习
3、下列离子中磁性最大的是哪一个?
V2+,Mn2+,Cr3+,Fe2+
4,Fe(Ⅲ ),Co(Ⅲ ),Ni(Ⅲ )的氢氧化物与盐酸反应分别生
成, 和, 这说明 比较稳定 。
5、在酸性溶液中还原性最强的是 。
Co 2+; Ni 2+; Fe 2+; Mn 2+
6、下列配合物中还原性最强的是 。
[Fe(H2O)6]2+; [Fe(CN)6]4-; [Co(NH3)6]2+; [Co(H2O)6]2+
7、比较还原性:
[Co(H2O)6]2+; [Co(NH3)6]2+; [Co(CN)6]4-; [Fe(CN)6]4-;
铂系元素
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。
大多数铂系金属能吸收气体,尤其是钯吸收氢
的能力特别大。催化活性高也是铂系金属的一个特
性,例如,铂和钯可用作一些化学反应的催化剂。
铂系元素的化学稳定性很高。常温下,与氧、
硫、氯等非金属元素都不起作用,但在高温下可反
应。钯和铂都溶于王水,钯还可溶于浓硝酸和热硫
酸中,而钌、铑、锇、铱连王水也不能使其溶解。
重要反应
铂与王水反应生成 H2[PtCl6]试写出其反应方程式。
已知铂系元素与铁系元素一样可形成很多配合物,
多数情况下是配位数为 6的八面体结构。氧化态为 +II的
钯和铂离子都是 d8结构,可形成平面正方形的配合物。
这六种元素都能生成氯配合物。将这些金属与碱金
属的氯化物在氯气流中加热即可形成氯配合物。在含有
铂系氯配离子的酸溶液里加人 NH4Cl或 KCl,就可得到
难溶的铵盐或钾盐。
H2[PtCl6]+2KCl===K2[PtCl6]↓+2HCl
H2[PtCl6]+2NH4Cl===(NH4)2[PtCl6]↓+2HCl
将铵盐加热,结果只有金属残留下来,这种方法可
用于金属的精制。
(NH4)2[PtCl6] = Pt + 2NH4Cl + 2Cl2
或 3(NH4)2[PtCl6] =3 Pt + 2NH4Cl + 16HCl +2N2
铁系元素和铂系元素 在自然界中存在形 式和物理化学性
质等方面的差异,
1、铂系元素在地壳中的丰度比铁系小;
2、铂系元素在自然界中以游离态形式存在,而铁系则以化合态存在
3、铂系元素的化学活泼性比铁系小;
4、铂系元素的密度比铁系的大;
5、铂系元素形成高氧化态化合物的倾向比铁系强 。
练习
回答下列用途所依据的性质:
1、重铬酸钾用做基准试剂用在分析化学中用来标定
亚铁离子。
2、三氯化铁用做水处理剂和在制版中用做刻蚀剂。
3,Cu( I)的某些配合物溶液在氮肥厂用于吸收原料
气中残存的 少量 CO。
4,Cu( I)的某些配合物溶液用于从石油气中分离
出乙烯。
5、氯化钴掺入硅胶用以检验硅胶在做干燥剂时的吸
水程度。
6、氯化锌在金属焊接中用于消除表面氧化物。
7、磷酸氢二钠用于定性鉴定溶液中的 MoO42-。
8,PdCl2溶液用于检验气体中微量的 CO。
练习
回答下列用途所依据的性质:
1、重铬酸钾用做基准试剂用在分析化学中用来标定
亚铁离子。
2、三氯化铁用做水处理剂和在制版中用做刻蚀剂。
3,Cu( I)的某些配合物溶液在氮肥厂用于吸收原料
气中残存的 少量 CO。
4,Cu( I)的某些配合物溶液用于从石油气中分离
出乙烯。
5、氯化钴掺入硅胶用以检验硅胶在做干燥剂时的吸
水程度。
6、氯化锌在金属焊接中用于消除表面氧化物。
7、磷酸氢二钠用于定性鉴定溶液中的 MoO42-。
8,PdCl2溶液用于检验气体中微量的 CO。
二氯化钯的应用:鉴定 CO和催化乙烯合成乙醛
请写出相关的化学反应方程式,
Pt,Au,Ag的冶炼经常是采取从铜精炼时
的 阳极泥 中回收的方法。
请写出相应的化学反应方程式,