第十一章---d区元素-过渡金属(一)

元素周期表中的过渡金属元素元素周期表是化学家们用来分类和组织元素的一张表格。

其中，过渡金属元素是周期表中的一个重要类别。

它们具有独特的化学性质和广泛的应用。

本文将对元素周期表中的过渡金属元素进行介绍。

过渡金属元素是指周期表中的d区元素，它们位于主族元素之后，但又并不属于稀土元素。

过渡金属元素的共同特点是其原子的d轨道变化较为复杂，容易形成不同的氧化态。

它们具有良好的电子传导性和热传导性，因此在金属工业和电子工业中有着重要的地位。

在元素周期表中，过渡金属元素的原子序数（也称为核电荷数）从21到30、39到48、57到80和89到112。

这个范围内的元素包括钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）等等。

这些元素在化学反应中表现出了各种各样的性质，使它们在工业和生活中有着广泛的应用。

首先，过渡金属元素具有良好的催化性能。

钯（Pd）和铂（Pt）是广泛应用于催化剂领域的元素。

它们的原子结构使它们能够吸附其他物质并参与化学反应，促进反应速度。

以钯为催化剂的氢化反应、以铂为催化剂的汽车尾气净化反应等都是重要的例子。

其次，过渡金属元素也在颜料和染料工业中得到了应用。

铬酸盐是一种常见的绿色颜料，它被广泛用于涂料、油墨和塑料等产品中。

铁离子的不同氧化态也导致了不同的颜色，比如二价的铁离子会使物质呈现出黄色。

此外，过渡金属元素还在电池和电子器件中扮演着重要的角色。

锂电池中的正极材料常常使用过渡金属氧化物，如锰酸锂（LiMn2O4）。

这些氧化物能够发生可逆的氧化还原反应，从而储存和释放电能。

钨（W）和铌（Nb）等过渡金属元素也常被用于制造电子器件和导线，因为它们具有较高的熔点和良好的导电性。

最后，过渡金属元素在生物体内也起着重要的作用。

比如铁（Fe）是血红蛋白的组成部分，负责氧气的输送。

锌（Zn）是多种酶的辅助因子，参与体内的代谢过程。

总之，元素周期表中的过渡金属元素具有丰富的化学性质和广泛的应用价值。

第11章 s、ds、d区常见元素及其主要化合物CHAP.11 s,ds,d BLOCK ELEMENTS AND THEIR MAIN COMPOUNDS11.1 s区常见元素及其主要化合物s BLOCK MAIN ELEMENTS THEIR MAIN COMPOUNDS11.1.1 s区元素的通性1. s区元素的特点:(1) 碱金属金属性最强,碱土金属次之.IA、IIA元素原子的价电子层构型分别为: ns1、ns2(2)常见氧化值为+1、+2;(3)所生成的化合物多数是离子型;只有Li、Be所形成的化合物具一定共价性.(4)锂与镁两元素性质相近;钙、锶、钡的性质也很接近(5)锂与同族元素相比具许多特殊性质.2. s区的单质:(1)物理性质:有金属光泽;密度小(密度 < 5 g·cm-3为轻金属);熔点低;硬度小;导电、导热性好;光电效应.(2)化学性质:与氧、硫、氮、卤素反应.如:单质在空气中燃烧,能形成相应的氧化物.与水作用: 2M + 2H2O → 2MOH + H2(g)碱金属与水的作用:11.1.2 s区元素的主要化合物1.氧化物:(1)三类氧化物:正常氧化物(O2-):过氧化物(O22-):超氧化物(O2-):(2)形成条件: 直接形成 间接形成正常氧化物 Li,Be,Mg,Ca,Sr,Ba s区所有元素过氧化物 Na,(Ba) 除Be外s区元素超氧化物 (Na),K,Rb,Cs 除Be,Mg,Li外s区元素(3)结构与稳定性:O2-: s22s22p6O22-: KK(s2s)2(s *2s)2(s2px)2(p2p)4(p*2p)4O2-: KK(s2s)2(s *2s)2(s2px)2(p2p)4(p*2p)3键级 键能/ kΦ ·mol-1O2-: 498O22-: 1 142O2-: 3/2 398稳定性: O2- > O2- > O22-(4)性质:与H2O的作用:M2ⅠO + H2O →2MOH(Li→Cs剧烈程度↑)(MⅡO + H2O →2M(OH)2(BeO除外)Na2O2 + 2H2O →2NaOH + H2O22KO2 + 2H2O →2KOH + H2O2 + O2与CO2的反应:Li2O + CO2 →LiCO32Na2O2 + 2CO2 →2Na2CO3 + O24KO2 + 2CO2 →2K2CO3 + 3O2熔点及硬度:较典型的是碱土金属氧化物.BeO MgO CaO SrO BaO熔点/℃ 2530 2852 2614 2430 1918硬度(金刚石=10) 9 5.5 4.5 3.5 3.3M-O核间距/pm 165 210 240 257 277另外要注意, Na2O2在熔融时几乎不分解,但遇棉花,木炭以及其它有机物或铝粉等还原性物质时易发生爆炸.2.氢氧化物:LiOH NaOH KOH RbOH CsOH中强 强 强 强 强Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2两性 中强 强 强 强(箭头指向) 溶解度增大, 碱性增强碱土金属溶解度(20℃):3.重要盐类及其性质:(1)熔、沸点:绝大多数是离子晶体,但碱土金属卤化物有一定的共价性;Li+、Be2+极化力强,所形成的盐共价性较强.BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点 /℃ 405 714 7 876 962离子性增强(2)溶解度:碱金属盐类一般易溶于水;碱土金属盐类除卤化物、硝酸盐外多数溶解度较小.(3)热稳定性:除硝酸盐外,其余盐类均具有较好的稳定性.BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3T分 /℃ ＜100 540 900 1290 1360稳定性 M2CO3＞MCO3BaSO4(重晶石) + Na2CO3 → BaCO3 + Na2SO4需注意Be盐以及可溶性Ba盐均有毒.4.锂 、铍的特殊性:例如锂与镁的相似性:单质与氧作用生成正常氧化物;氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大;氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶;氯化物均能溶于有机溶剂中;碳酸盐受热分解,产物为相应氧化物.对角线规则:周期系中,某元素及其化合物的性质与它左上方或右下方元素性质的相似性.Li Be B CNa Mg Al Si再如,Be(OH)2与Al(OH)3都是两性氢氧化物.同一周期最外层电子构型相同的金属离子, 左→右,Z+↑,极化作用↑;同族电荷相同的金属离子,上→下,离子半径↑,极化作用↓.11.2 ds区常见元素及其主要化合物ds BLOCK MAIN ELEMENTS AND THEIR MAIN COMPOUNDS11.2 ds区常见元素及其主要化合物具有强的极化力.所形成的二元化合物一般都部分或完全带有共价性.易形成配合物.11.2.1 Cu、Ag及其主要化合物1.铜、银单质的主要特点:溶、沸点较其它过渡金属低;导电性、导热性好,且Ag > Cu > Au;延展性好;化学活泼性较差.2Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu2(OH)2CO3(绿)Au、Ag不与O2发生反应,当有沉淀剂或配合剂存在时会发生反应.如:4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S(黑) + 2H2O再如:4M+O2+2H2O+8CN-→4[M(CN)2]-+4OH-式中M = Cu、Ag、Au.由于难溶物或配合物的生成, Cu、Ag以及Au单质的还原性增强,还能从稀酸溶液中置换出氢气.2Cu+2HCl+4CS(NH2)2→2[Cu(CS(NH2)2)2]+ +H2↑+2Cl-再如:2Ag + 2H+ + 4I-→ 2[AgI2]- + H2↑2. 铜、银主要化合物:铜、银较主要的化合物有氧化物及氢氧化物、卤化物、硝酸盐以及硫酸盐等.(1) 溶解性:氧化物都是难溶于水的共价型碱性化合物, CuO 略显两性;Cu(OH)2两性偏碱性:Cu(OH)2 + 2OH - → [Cu(OH)4]2-(亮蓝色)Cu +、Ag +为18电子构型,相应的盐大多也难溶于水如: CuCl CuBr CuI CuSCN CuCN Cu 2S再如卤化银溶解度: AgCl > AgBr > AgI(2)热稳定性:一般来说,固态时Cu(Ⅰ)的化合物比Cu(Ⅱ)化合物来得稳定.氧化物分解温度: Cu 2O > CuO.银的化合物更不稳定: Cu 2O > Ag 2O2Ag 2O → 4Ag + O 22AgNO 3 → 2Ag + 2NO 2 + O 2此外,许多Ag(Ⅰ)化合物对光敏感:AgX → Ag + 1/2X 2(3)其它较典型的性质:无水CuSO 4具强吸水性,可利用其颜色的转变检验或除去有机液体中微量的水.另外,当有氧存在时,适当加热Cu 2O 能生成CuO,利用这性质可除去氮气中的微量氧:2Cu 2O(暗红色) + O 2→4CuO(黑色)Ag +还有一个典型反应:2Ag + + S 2O 32- → Ag 2S 2O 3↓Ag 2S 2O 3 + H 2O → Ag 2S ↓+ H 2SO 4注意:Ag + + 2S 2O 32-(过量)→ [Ag(S 2O 3)2]3-3.Cu(Ⅰ)与Cu(Ⅱ)的相互转化:Cu +外层价电子构型为3d 10,故高温、固态时Cu(Ⅰ)化合物稳定性高于Cu(Ⅱ)化合物的稳定性. 在水溶液中, 稳定性Cu(Ⅰ) < Cu(Ⅱ)φ θ A/V Cu 2+ +0.159 Cu + +0.52 Cu显然,Cu +易歧化,不稳定.2Cu + =Cu 2+ + Cu, K θ=106.12如:Cu 2O + H 2SO 4 → CuSO 4 + Cu↓+ H 2O若要使Cu(Ⅱ) 转变为Cu(Ⅰ),必须要有还原剂存在,同时要降低Cu(Ⅰ)浓度.如:2Cu 2+ + 4I - → 2CuI↓ + I 2当形成沉淀或配离子时,电对发生了变化,其电极电势同时也发生了改变.再如:Cu 2O + 2HCl → 2CuCl↓ + H 2O4.铜族元素的配合物:有关电对的电极电势:Cu 2+ 0.859V CuI - 0.185V CuCu 2+ 0.438V CuCl 2- 0.241V CuCu 2+ 0.509V CuCl 0.171V CuCu(NH 3)42+ 0.013V Cu(NH 3)2+ -0.128V Cu很明显,有沉淀剂或配位剂存在时Cu(I)稳定性提高(1)Cu(I) 配合物:Cu(I)的配合物多为2配位.如:CuCl2-,CuBr2-,CuI2-,Cu(SCN)2-,Cu(CN)2-2[Cu(OH)4]2- + C6H12O6→ Cu2O↓(暗红色) + C6H12O7 + 2H2O + 4OH-Cu2+ + 2P2O74-(过量)→ [Cu(P2O7)2]6-(蓝色)(3)Ag配合物:Ag的配合物多为2配位.2Ag+ + 2NH3 + H2O→Ag2O↓ + 2NH4+Ag2O + 4NH3 + H2O → 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH-银镜反应: [Ag(NH3)2]+能将醛或某些糖类氧化,自身还原为Ag.2[Ag(NH3)2]+ + HCHO + 3OH- → HCOO- + 2Ag↓+ 4NH3 + 2H2O11.2.2Zn、Cd、Hg及其主要化合物1.锌族单质的主要特点:低熔点;汞是室温下唯一的液态金属.易形成合金;如黄铜(Cu-Zn);汞齐(Ag-Hg,Na-Hg等)等.锌和镉化学性质相似,汞的化学活泼性要差得多;4Zn + O2 + CO2 + 3H2O→ ZnCO3 .3Zn(OH)2另外,锌与稀酸的反应难易与锌的纯度有关,越纯越难溶.2.锌族元素的主要化合物:(1)氧化物及氢氧化物:ZnO和Zn(OH)2都是两性物质;Cd(OH)2显两性偏碱性.氢氧化物稳定性变化有以下规律:Zn(OH)2 > Cd(OH)2 > Hg(OH)2 > Hg2(OH)2Hg(OH)2和Hg2(OH)2均极不稳定,特别是后者.Hg2+ + 2OH- →HgO↓ (黄) + H2O(2)卤化物等盐类:许多难溶于水的亚汞盐见光或受热易歧化为Hg(Ⅱ)化合物和单质汞(Hg2Cl2除外).如:Hg22+ + 2I-→ Hg2I2 ↓(草绿色)Hg2I2→HgI2↓(金红色) + Hg↓(黑色).HgI2 + 2I-→ [HgI4]2-[HgI4]2-称为奈斯勒(Nessler)试剂, 碱性条件下与 NH4+ 生成红棕色沉淀,用于鉴定NH4+. Hg2Cl2又称“甘汞”,无毒,见光易分解,是一种直线型共价分子.Hg2Cl2与氨水生成白色HgNH2Cl和黑色的Hg:HgCl2易升华,俗称“升汞”,略溶于水,剧毒,其稀溶液能杀菌.HgCl2分子中Hg以sp杂化形式与Cl结合,也是一种直线型共价分子HgCl2与稀氨水作用生成氨基氯化汞:HgCl2 + 2NH3 →NH2HgCl↓(白色) + NH4Cl若氨水过量:HgCl2 + 4NH3 →[Hg(NH3)4]Cl2 + 2Cl-另外可利用HgCl2在酸性溶液中具氧化性来鉴定Hg2+. 2HgCl2 + SnCl2 →Hg2Cl2↓(白色) + SnCl4Hg2Cl2 + SnCl2 →2Hg↓(黑色) + SnCl4ZnCl2具强吸水性,在水中水解形成配合酸.ZnCl2 + H2O →H[ZnCl2(OH)]水解产物能溶解某些金属氧化物:6H[ZnCl2(OH)] + Fe2O3 →2Fe[ZnCl2(OH)]3 + 3H2O (3)硫化物:ZnS可用于制作白色颜料以及荧光屏等.可利用CdS的黄色来鉴定镉.HgS的溶解度极小,只有在王水中才能溶解.3. Hg(Ⅰ)与Hg(Ⅱ)的相互转化:φ θ A/V Hg2+ +0. 92 Hg+ +0.793 Hg 显然,Hg2+能氧化Hg生成Hg22+:Hg2+ + Hg →Hg22+ K θ= 142如:Hg(NO3)2 + Hg →Hg2(NO3)2若要使Hg22+转化为Hg2+,就必须降低Hg2+的浓度.Hg22+ + S2- →HgS↓+ Hg↓可见,Hg(I)在游离时不歧化,当形成沉淀(除Hg2Cl2)、或配合物时会发生歧化.φθ A/V HgS -0.758V Hg2S -0.598V Hg4.锌族元素配合物:一般形成配位数为4的配合物.如:Zn2+ + 4OH-(过量)→[Zn(OH)4]2-CdS + 2H+ + 4Cl-→[CdCl4]2- + H2S↑HgS + S2-→[HgS2]2-另外,在溶液中Hg2+与Cl-存在如下平衡:Cl- Cl- Cl- Cl-Hg2+　[HgCl]+ [HgCl2] [HgCl3]- [HgCl4]2-再如:3HgS + 12Cl- + 8H+ + 2NO3-→ 3[HgCl4]2-+ 3S↓+ 2NO↑+ 4H2O11.3 d区常见元素及其主要化合物d BLOCK MAIN ELEMENTS AND THEIR MAIN COMPOUNDSd区元素在过渡元素中占据很大的一部分.过渡元素包括ⅢB~Ⅷ族以及ⅠB、ⅡB族.一般分四个系列：第一过渡系：21Sc ~30Zn第二过渡系：39 Θ ~48Cd第三过渡系：57La ~80Hg(不包括镧系元素)第四过渡系：89Ac ~109Une(不包括锕系元素)11.3.1 d区元素通性1.有关原子参数:原子半径:第一电离能:价电子层构型:(n-1)d1-10ns1-2只有Pd较为特殊,4d105s02.氧化值:最显著的特征就是大多数元素具有多种氧化值.例如铬的氧化值可以从-2连续变化到+6.3.主要物理性质:第一过渡系的多种氧化值变化:第一过渡系总变化趋势:从左到右由高氧化值稳定变为低氧化值稳定.第二、三过渡系一般最高氧化值相当稳定,低氧化值较少见.d区同族元素从上到下氧化值的可变性减小,高氧化值趋于稳定.(1)熔点、沸点高;熔点最高的单质:钨(W,3410±20℃)(2)硬度大;硬度最大的金属:铬(Cr),硬度仅次于金刚石.(3)密度大;密度最大的单质:锇(Os,22.48g·cm-3)(4)导电性、导热性、延展性好.4.主要化学性质:(1)金属活泼性:钪钇镧是过渡元素中最活泼的金属,活泼性接近碱土金属.(2)氧化物水合物的酸碱性:(3)易形成配合物:具有未填满电子的d轨道,且离子半径较小,d电子对核的屏蔽作用也较小 铁、钴、镍等元素原子也能形成配合物.许多d区元素水合离子具有特征的颜色过渡元素金属活泼性:总趋势:从左至右活泼性降低.φθ(Ni2+/Ni) = -0.25Vφθ(Pd2+/Pd) = +0.92Vφθ(Pt2+/Pt) = +1.2V(估计值)φθ(Zn2+/Zn) = -0.763Vφθ(Cd2+/Cd) = -0.403Vφθ(Hg2+/Hg) = +0.854V总趋势:从上到下活泼性降低.氧化物水合物的酸碱性:第一过渡系低氧化值的氧化物水合物一般显碱性,但从左到右碱性随离子半径递减; 高氧化值氧化物水合物酸碱性变化规律为:几种水合离子颜色:例如,铁的三价水合离子是淡紫色的.由于水解形成: [Fe(OH)2(H2O)4]+而呈现黄色 概括起来,过渡元素具有以下几个主要特点:金属活泼性较强;同一元素具有多种氧化值;许多元素的水合离子或酸根具有特征的颜色;易形成多种配合物.铬是金属中最硬的,具较强的抗腐蚀性.1.Cr(Ⅲ)化合物:Cr(Ⅲ)化合物较典型的有Cr 2O 3(铬绿)以及Cr(OH)3.(1)酸碱性与溶解性:均为难溶解的两性化合物.Cr(OH)3的两性:Cr 3+以及其它盐溶液的颜色:Cr 2O 3与a -Al 2O 3同晶型,也极难溶(熔)解.使用酸性熔剂,如K 2S 2O 7共熔可转化为可溶性盐:Cr 2O 3 + 3K 2S 2O 7 = Cr 2(SO 4)3 + 3K 2SO 4(2)还原性:φ θ B/V CrO 42- -0. 12 Cr(OH)3 -1.1 Cr(OH)2 -1.4 Cr在碱性介质中Cr 3+具有较强的还原性.2[Cr(OH)4]- + 3H 2O 2 + 2OH -→2CrO 42- + 8H 2O另外,Cr 3+以及[Cr(OH)4]-在水中均易水解2.Cr(Ⅵ)化合物:Cr(Ⅵ)化合物较典型的有H 2CrO 4、H 2Cr 2O 7及其盐.(1)酸性与缩合性:铬酸、重铬酸都是强酸.HCr 2O 7- =Cr 2O 72- + H + K θa2 = 0.85H 2CrO 4 = HCrO 4- + H + K θa1 = 9.55HCrO 4- = CrO 42- + H + K θa2 = 3.2×10-7H 2CrO 4与H 2Cr 2O 7在水中存在以下平衡2CrO 42- + 2H + =2HCrO 4-= Cr 2O 72- + H 2O(黄) pH>6 (橙) pH<22Na 2CrO 4 +H 2SO 4→Na 2Cr 2O 7 + H 2O + Na 2SO 4 Na 2Cr 2O 7 + 2NaOH → 2Na 2CrO 4 + H 2O(2)溶解性:重铬酸盐除Ag 2Cr 2O 7外(K θsp =2.0×10-7)一般较易溶于水.4Ag + + Cr 2O 72- + H 2O = 2Ag 2CrO 4 + 2H +PbCrO 4 Ag 2CrO 4 BaCrO 4(铬黄) (砖红) (柠檬黄)难溶铬酸盐:(3)氧化性:φθ A/V Cr 2O 72- +1. 33 Cr 3+ -0.41 Cr 2+ -0.557 CrCr(Ⅵ)化合物在酸性条件下具较强的氧化性.Cr 2O 72- + 3H 2S + 8H +→2Cr 3+ + 3S↓ + 7H 2OCr 2O 72- + 6Cl - + 14H +→2Cr 3+ + 3Cl 2↑+ 7H 2O2Cr 2O 72- + 2C 2H 5OH + 16H +→ 4Cr 3+ + 3CH 3COOH + 11H 2O铬酸洗液是由饱和K 2Cr 2O 7溶液与浓H 2SO 4配制而成,当洗液发绿时说明该洗液失效.K 2Cr 2O 7 + H 2SO 4(浓)→ K 2SO 4 + 2CrO 3(暗红色针状结晶) + H 2O在酸性介质中要将Cr 3+氧化只有采用强氧化剂,如K 2S 2O 8:2Cr 3++3S 2O 82-+7H 2O→Cr 2O 72-+6SO 42-+14H +氧化值为+3和+6的Cr 在酸碱性介质中的相互转化关系为:有一个典型的反应可以用来鉴定CrO 42-或Cr 2O 72-的存在,也可以用来 鉴定Cr 3+ .Cr2O 72- + 4H 2O 2 + 2H + = 2CrO(O 2)2 + 5H 2O过氧化铬的结构为:过氧化铬很不稳定,在乙醚或戊醇中较稳定:Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)化合物均有毒, 且后者毒性更大.Cr3+的鉴定也可以有不同的方法,但是它们都是在过量OH-的条件下用H2O2将Cr3+氧化为CrO42-,然后加入不同的试剂:11.3.3锰的主要化合物酸性介质中的元素电势图(V):1.锰(Ⅳ) 的化合物:锰(Ⅳ) 的化合物最有代表性的当属MnO2.2MnO2 + 2H2SO4→2MnSO4 + 2H2O + O2↑MnO2 + 4HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2↑MnO2在碱性条件下也能被氧化.2MnO2 + 4KOH + O2 → 2K2MnO4 + H2O其它性质还有热稳定性:3MnO2 → Mn2O3 + O2↑MnO2的还原性:2.锰(Ⅱ) 的化合物:锰(Ⅱ) 的化合物较有意义的是锰(Ⅱ)盐,例如MnSO4,可作为动植物生长激素的成分.无水MnSO4具有一定的热稳定性,加热至红热也不分解,与其它几种锰(Ⅱ)盐不同.Mn2+在碱性条件下具有较强的还原性.Mn2+ + OH- → Mn(OH)2 (白)Mn(OH)2 + 1/2O2 → MnO(OH)2(棕)MnO(OH)2 + (x-1)H2O→ MnO2·xH2O(黑褐)Mn2+的还原性:Mn2+在酸性条件下较为稳定,只有用很强的氧化剂(PbO2、BiO3-、S2O82-或H2IO6等,以硝酸酸化)才能将其氧化.2Mn2++5BiO3-+14H+ → 2MnO4-+5Bi3++7H2O此反应能用于鉴定Mn2+3.锰(Ⅵ) 的化合物:锰(Ⅵ) 的化合物中较为稳定的是K2MnO4.锰酸盐在中性或酸性溶液中易发生歧化反应.3 MnO42- + 4H+ → MnO2 + 2MnO4- + 2H2O4.锰(Ⅶ) 的化合物:锰(Ⅶ) 的化合物中应用最广的为KMnO4.高锰酸钾在酸性条件下不稳定.4 MnO4- + 4H+ → 4MnO2 + 3O2 + 2H2O在中性或碱性介质中也会分解.KMnO4氧化能力强,不仅能与许多还原性物质作用,与自身较低氧化值的物质也能反应.2MnO4- + 3Mn2+ + 2H2O → 5MnO2 + 4H+KMnO 4被还原的产物取决于溶液的酸碱性以及与反应时自身的量有关KMnO 4氧化性:介质:酸性: 2MnO 4- + 5H 2S + 6H + → 2Mn 2+ + 5S↓+ 8H 2O6MnO 4- + 5S + 8H + →6Mn 2+ + 5SO 42- + 4H 2O中性: 2MnO 4- + 3SO 32- + H 2O → 2MnO 2↓+ 3SO 42- + 2OH -较浓碱溶液: 2MnO 4- + SO 32- + 2OH - → 2MnO 42- + SO 42- + H 2O相对量例如 MnO 4-酸性介质中与 SO 32-反应:SO 32-过量: 2MnO 4- +5SO 32- +6H + →2Mn 2++5SO 42- +3H 2OMnO 4-过量:最终将得到MnO 211.3.4 铁、钴、镍的主要化合物铁、钴、镍都是中等活泼的金属,且性质相似,一般称为铁系元素.相对来说铁略显活泼些,如它能被浓碱所侵蚀,而钴镍在碱性溶液中较为稳定.1.氧化物与氢氧化物:(1)酸碱性:氧化物中,Fe 2O 3(红棕色)是一种难溶于水的两性偏碱性的物质.氢氧化物中,一般认为Fe(OH)2、Co(OH)2以及新沉淀出来的Fe(OH)3略显两性Fe(OH)3 + 3OH -→[Fe(OH)6]3-(2)氧化还原性:氧化物氧化性:Ni 2O 3(灰黑色) > Co 2O 3(暗褐色) > Fe 2O 3Co 2O 3 + 6H ++ 2Cl -→2Co 2+ + Cl 2↑+ 3H 2O Ni 2O 3 + 6H + + 2Cl -→2Ni 2+ + Cl 2↑+ 3H 2O氢氧化物氧化性:Fe(OH)3(红棕) < Co(OH)3(褐棕) < Ni(OH)3(黑)2Co(OH)3 + 6HCl→2CoCl 2 + Cl 2↑+ 6H 2OFe(OH)3 + 3HCl→FeCl 3 + 3H 2O氢氧化物还原性:Fe(OH)2(白) > Co(OH)2(粉红) > Ni(OH)2(苹果绿)4Fe(OH)2 + O 2 + 2H 2O→ 4Fe(OH)3Co(OH)2初生时为蓝色,放置或加热时转变为粉红色.它被空气中O 2氧化的趋势小些.Ni(OH)2只有用强氧化剂,在强碱性条件下才能得到黑色的NiO(OH).2.一些主要的盐类:(1)水解性: Fe 3+较易水解.[Fe(H 2O)6]2+ (淡绿) =[Fe(OH)(H 2O)5]+ + H +, K θ = 10-9.5[Fe(H 2O)6]3+ (淡紫) =[Fe(OH)(H 2O)5]2+ + H +, K θ = 10-3.05Fe 3+还能发生进一步的水解,形成[Fe(OH)2(H 2O)4]+在较浓的溶液中(1mol·L -1)则形成双聚离子:[(H 2O)4Fe(OH)2Fe(H 2O)4]4+.最后水解产物为Fe(OH)3.(2)氧化还原性:还原性Fe 2+ > Co 2+ > Ni 2+氧化性Fe 3+ < Co 3+ < Ni 3+(3)较为典型的盐:FeSO 4与(NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O:FeSO4还原性较强,不太稳定.4Fe2+ + O2 + 4H+→4Fe3+ + 2H2O5Fe2+ + MnO4- + 8H+→5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O摩尔盐相对稳定得多CoCl2:CoCl2所含结晶水不同时会呈现不同的颜色.CoCl2·6H2O CoCl2·2H2O CoCl2·H2O CoCl2(粉红) (紫红) (蓝紫) (蓝)FeCl3:FeCl3是一种棕褐色的共价化合物,会升华, 400℃时能以蒸汽状态的双聚分子存在. FeCl3还是一种中等强度氧化剂.2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+, K θ= 1014.7可作刻蚀剂.CoCl2的颜色与结晶水:2Fe3+ + Sn2+→ Fe2+ + Sn4+2Fe3+ + H2S → 2Fe2+ + S + 2H+3.配合物:Fe3+、Fe2+易形成配位数6的八面体型配合物;Co2+大多数配合物具有八面体或四面体型,且可以相互转化.[Co(H2O)6]2+ + 4Cl- = [CoCl4]2- + 6H2O(粉红) (蓝)c(HCl): (3mol·L-1) (8mol·L-1)Ni2+可形成各种构型的配合物.(1)与卤素形成的配合物:Fe3+、Co3+与F-能形成稳定的配离子.[FeF6]3-、[CoF6]3-都属外轨型配合物,相对来说前者更稳定些.(2)与氨形成的配离子: Fe2+、Co2+、Ni2+与NH3所形成的配合物稳定性顺序: Fe2+ <Co2+ <Ni2+. [Co(NH3)6]2+易被氧化为[Co(NH3)6]3+.Co2+: 3d74s0,与NH3形成配合物时采取d2sp3杂化(3)与CN-形成的配合物:Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+都能与CN-形成内轨型的配离子,都很稳定.黄血盐K4[Fe(CN)6]·3H2O(黄), 是由Fe2+与过量的KCN溶液作用所得到.赤血盐K3[Fe(CN)6](深红)是由氯气氧化黄血盐得到这两种配合物有以下灵敏反应可分别用于鉴定Fe3+和Fe2+ :4 Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4-→Fe4[Fe(CN)6]3(普鲁士蓝)3 Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3-→Fe3[Fe(CN)6]2(滕氏蓝)(4)与SCN-形成的配离子:血红色[Fe(NCS)n]3-n以及蓝色的[Co(NCS)4]2-,可用来鉴定Fe3+以及Co2+:乙醚Co2+ + 4SCN-(过量) → [Co(NCS)4]2-或戊醇11.2常见金属离子的分离与鉴定SEPARATION AND EVALUATION OF MAIN METAL IONS常见金属离子:Ag+、Pb2+、Hg22+、Cu2+、Cd2+、Bi3+ Hg2+、As(Ⅲ,Ⅴ)、Sb(Ⅲ,Ⅴ)、Sn(Ⅱ,Ⅳ)Al3+、Cr3+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Zn2+Ca2+、Sr2+、Ba2+、K+、Na+、NH4+、Mg2+ 11.4.1无机定性分析概述1.对鉴定反应的要求以及进行的条件:(1)要求:鉴定反应需有明显外观特征.溶液颜色改变;沉淀生成或溶解;气体产生.(2)条件:溶液酸度:离子浓度: 要满足析出足够的沉淀量.温度:温度升高,浓度增加;温度升高,加快反应速率;温度升高,某些产物分解.催化剂:Ag+2Mn2+ + 5S2O82- + H2O → 2MnO4- + 10SO42- + 16H+溶剂:Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+(介质)→2H2CrO6 + 3H2O以戊醇萃取. (蓝色)2.鉴定反应的灵敏度与选择性:（1）灵敏度:检出限量(m):在一定条件下,利用某反应能检出某离子的最小重量( m g ).最低浓度(x):在一定条件下,被检出离子能得到肯定结果的最低浓度(m g / ml)(2)选择性:专属反应: NH4+ + OH-→NH3↑ + H2O选择性反应:(3)提高选择性的途径:控制pH:加入掩蔽剂:3.分别分析和系统分析:(1)分别分析:其它离子共存时,不经分离直接检出某种离子的方法.(2)系统分析: 按一定程序,将离子加以分组分离,然后进行鉴定.组试剂: 应满足:分离完全;反应迅速;沉淀与溶液易分开; 一个组内离子种类不宜太多.4.空白试验和对照试验:(1)空白试验:用蒸馏水代替待检试液所进行的鉴定试验.Fe3+ + NH4SCN→ [Fe(NCS)6]3-血红检查试剂、蒸馏水是否含被鉴定的离子.(2)对照试验: 用已知待检离子的溶液代替未知试液所进行的鉴定试验.2Hg2+ + SnCl2 → Hg2Cl2↓白+ SnCl4Hg2Cl2 + SnCl2 →Hg↓黑+ SnCl4检查试剂是否失效,反应条件是否控制正确11.4.2常见金属离子的系统分析法1.H2S系统分析法:Ag+、Pb2+、Hg22+、Cu2+、Cd2+、Bi3+ Hg2+、As(Ⅲ,Ⅴ)、Sb(Ⅲ,Ⅴ)、Sn(Ⅱ,Ⅳ)Al3+、Cr3+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Zn2+Ca2+、Sr2+、Ba2+、K+、Na+、NH4+、Mg2+ 分别检出NH4+、Fe3+、Fe2+2.硫化氢的代用品:硫代乙酰胺:CH3CSNH2 + 2H2O = NH4+ + CH3COO- + H2SCH3CSNH2 + 2OH- = NH3 + CH3COO- + HS-3.两酸两碱系统以及其它方法:以盐酸、硫酸、氨水以及氢氧化钠等为组试剂进行分离鉴定的方法称为两酸两碱系统分析法. 当然,也可以打破以上两种分离鉴定系统,综合利用各类物质的性质不同进行分离鉴定例题:不用硫化氢或其它硫化物试剂, 分离下列离子.Pb2+、Co2+、Bi3+、Ba2+当然,以上并不是最佳分离方案,可有多种方法.。

过渡元素的结构化学i过渡元素是指位于周期表中d区的元素，它们的电子结构中的最外层电子是通过d轨道来填充的。

过渡元素的化学性质与其电子结构密切相关。

过渡元素的原子结构通常包含了一个填满的内层壳层和一个不完全填满的d轨道。

这种电子结构使得过渡元素具有明显的特性，表现出多种氧化态，显示出良好的催化活性和与选择性，并展现出各种颜色的化合物。

过渡元素的这些特性使其具有广泛的应用领域，例如金属合金、催化剂、生物体内的重要元素等。

在过渡元素化合物中，过渡金属通常背负正电荷，与阴离子形成离子键。

例如，最常见的钠离子和氯离子形成的离子化合物是有色的晶体。

这是因为在光的作用下，d轨道的电子会跃迁并吸收特定波长的光，导致化合物显示出颜色。

钛酸盐是蓝色颜料的重要原料，而铁氧化物则是红色颜料的常见来源。

过渡元素的化合物还可以通过共价键形式存在。

在这种情况下，过渡金属和配体之间通过共用电子对进行键合。

配体是电荷不平衡的分子或离子，可以通过配位作用与过渡金属形成配位键。

配体的选择会影响化合物的稳定性、反应速率和特定性质。

过渡金属和配体之间的电子互作用会导致化合物的性质发生变化，例如磁性、光谱性质和催化活性。

过渡金属的离子还可以形成配合物。

配合物是由一个或多个配体和一个过渡金属离子组成的物质。

配体可以是氨、水、氯等单质，也可以是一些有机分子，如乙二胺、苯并咪唑等。

过渡金属与配体通过配位键连接在一起，并形成一种稳定的结构。

配体的选择和配位数的不同会影响配合物的稳定性和性质。

配合物由于过渡金属的d轨道的共振结构的改变，使其有比普通多核配合物更多的化学性质和作用。

过渡金属的特殊电子结构使其具有较高的电导率和热导率。

这使得一些过渡金属，如铜、银和金，成为良好的导电体。

过渡金属由于其d轨道的存在，在发生光吸收时电子的跃迁更为容易，使其具有良好的光吸收和催化性能。

许多过渡金属及其化合物在光催化和光电子领域有着广泛的应用。

总之，过渡元素的结构化学与其电子结构密切相关。

元素周期表中的过渡金属元素周期表是化学中的重要工具，它按照原子序数将化学元素分类，并提供了有关元素性质的重要信息。

在周期表中，过渡金属是一组独特的元素，它们在化学和物理性质上与其他元素有所不同。

本文将介绍元素周期表中的过渡金属，并探讨它们的特点、应用和重要性。

1. 过渡金属的定义过渡金属是周期表中位于d区的元素，它们的电子结构具有特殊的特点。

这些元素的外层电子结构通常包含一个或多个d电子，因此它们被称为“过渡元素”。

过渡金属的一些典型代表包括铁、铜、铬和钼等。

2. 过渡金属的特性过渡金属具有许多独特的化学和物理性质，使其在许多应用领域中非常重要。

以下是一些过渡金属的典型特性：2.1 变价性：过渡金属的不同价态具有不同的电子配置，这使它们在化学反应中能够转移电子，从而形成不同的化合物。

2.2 良好的导电性和导热性：过渡金属通常具有良好的导电性和导热性，使其在电子工业和热传导领域得到广泛应用。

2.3 高熔点和高沸点：大多数过渡金属具有较高的熔点和沸点，这使其在高温环境下稳定性较好。

2.4 形成彩色化合物：过渡金属离子可以吸收和发射可见光，因此它们在形成彩色化合物和催化剂中具有重要作用。

3. 过渡金属的应用由于过渡金属的特殊性质，它们在许多不同的领域中得到广泛应用。

以下是一些常见的应用领域：3.1 电子工业：过渡金属的良好导电性使其成为电子器件中常用的材料，如导线、接插件和电路板等。

3.2 催化剂：许多过渡金属离子具有良好的催化活性，因此它们广泛应用于化工工业中的反应催化剂。

3.3 金属合金：过渡金属与其他元素的合金形成具有特殊性能的金属材料，如钢铁、铜合金和镍基合金等。

3.4 医学应用：一些过渡金属离子在医学领域具有抗菌、止血和治疗特定疾病的作用，如铁离子在贫血治疗中的应用。

4. 过渡金属的重要性过渡金属在化学和材料科学中的重要性不可忽视。

它们的独特性质为我们提供了研究和开发新材料、催化剂和技术的基础。

第十一章副族元素化学第十章ds区元素第节素概述第一节ds区元素概述ds 区元素是指元素周期表中的ⅠB 、ⅡB 两族元素包括族元素，包括铜、银、金、锌、镉、汞等6种自然形成的金属元素及两种人工合成元素。

ds 区的名称是因为它们的外层电子构型:ⅠB : (n-1)d 10s 1或ⅡB :(n-1)d 10s 2从广义的角度看，ds区实际上是d区的一部分。

因本区元素次外层(n-1)d轨道已填满电子,而最外电子层构型和区相同，所以满电子,而最外电子层构型和s区相同，所以将此区域元素称为ds区元素。

ds区元素都是过渡金属。

但由于其d层电子是全充满的，所以体现的性质与其他过渡金属有所不同。

如：最高氧化态只能达到+3如：最高氧化态只能达到+3。

3第二节铜族元素（一）铜族元素的单质1.物理性质(1) 特征颜色：Cu(紫红)，Ag(白)，Au(黄)(2) 溶、沸点较其它过渡金属低(3) 导电性、导热性好，且Ag>Cu>Au(3)导电性导热性好且(4)延展性好铜族元素2.化学性质(1)与O 2作用)2CuO(O 2Cu 2黑⎯→⎯+∆)(CO (OH)Cu CO O H O 2Cu 322222绿⎯→⎯+++∆碱式碳酸铜Au 、Ag O 发生反应，当有沉淀剂或g 不与2发生反应，有沉淀剂或配合剂存在时，可发生反应。

5=铜族元素−−−+⎯→⎯+++4OH]4[M(CN)8CN O 2H O 4M AuAg Cu M 222，，−++⎯→⎯+++OH)(])4[Cu(NH 8NH O 2H O 4Cu 23322无色)(])[Cu(NH 243蓝+不可用铜器盛氨水O 2→O2H S 2Ag O S 2H 2Ag 2222+⎯→⎯++6银器年久变黑(2) 与酸作用铜族元素c Cu、Ag、Au不能置换稀酸中的H +d 若生成难溶物或配合物，单质还原能力则增强()2A I 2A (g)H S(s)Ag S H 2Ag 222+⎯→⎯+(g)H 2AgI 4I 2H 2Ag 2-2+⎯→⎯++−+③Cu 、Ag 、Au 可溶于氧化性酸7（二）铜的重要化合物Cu 2O CuO颜色暗红色黑色溶解性难溶于水，易溶于酸热稳定性稳定,1235熔化也不分解高C 加入氨水[Cu(NH 3)2]+(无色)微溶Cu 2O + 2H +→Cu 2++ Cu + H 2OC O +2HCl 2C Cl +H Cu 2O + 2HCl →2CuCl + H 2O 10004CuO Cu O +O C (白色)CuO + 2H +→Cu 2++ H 2O4CuO Cu 2O + O 28（二）铜的重要化合物Cu 2O CuO颜色暗红色黑色溶解性难溶于水，易溶于酸热稳定性稳定,1235 熔化也不分解高C 加入氨水[Cu(NH 3)2]+(无色)微溶Cu 2O+4NH 3+H 2O →2[Cu(NH 3)2]++2OH -在空气中被氧化4[Cu(NH 3)2]++O 2+8NH 3+2H 2O →蓝94[Cu(NH 3)4]2+(深蓝)+4OH -CuOH 不稳定，至今尚未制得为浅蓝色难溶于水2-Cu(OH)2为浅蓝色，难溶于水1.受热易脱水2[Cu(OH)4]+C 6H 12O 6(葡萄糖)→Cu 2O +C 6H 12O 7+4OH -+2H 2O Cu(OH)2 CuO + H 2O 80~90C 两性以碱性为主(葡萄糖酸)2.两性：以碱性为主+2H + →2+ O (用此反应可检查尿糖Cu(OH)2+ 2H Cu +H 2O (浅兰色)Cu(OH)2+ 2OH -→[Cu(OH)4]2-(亮兰色)3. 溶于氨水2++2OH-10Cu(OH)2+4NH 3→[Cu(NH 3)4]2 + 2OH制取:1.,Cu 2+ + Cu + 4Cl -→2[CuCl 2]-1. 在热、浓HCl 溶液中, 用Cu 粉还原CuCl 2(无色)2. 用水稀释-→2CuCl ()+2Cl -总反应：Cu 2+ + Cu + 2Cl -→ 2CuCl2[CuCl 2]2CuCl (白色) + 2Cl 应用：CuCl + CO + HCl →[CuCl(CO)] ·H 2O 11（测CO ）2无水CuCl 2为棕黄色固体,是共价化合物易溶于水和有机溶剂(如乙醇、丙酮)CuCl 2溶液随c (Cl -)不同而呈不同颜色[C Cl 24H O [C (H 2+4Cl [CuCl 4]2-+ 4H 2O [Cu(H 2O)4]2+ + 4Cl -)(12(黄色) (浅蓝色)无水CuSO4为白色粉末，易溶于水，吸水性强，吸水后呈蓝色，可检验有机液体中的微量水分。

元素周期表中的过渡元素元素周期表是化学家们用来组织和分类元素的基本工具。

其中，过渡元素是周期表中一个重要的类别，它们在化学和物理性质上都有着独特的特点。

本文将介绍过渡元素的概念、特性以及它们在日常生活中的应用。

一、过渡元素的概念元素周期表是按照原子核中的质子数（即原子序数）递增的顺序排列的。

而过渡元素是指周期表中的d区元素，这些元素具有不完全填充的d电子层。

具体来说，它们的最外层电子结构可表示为(n-1)d(n-2)fnp，其中n代表能级，np代表填充的外层电子。

过渡元素包括3d系、4d系、5d系和6d系，分别位于周期表的第3至12组、第4至12组、第5至12组和第6至12组。

由于它们的外层电子结构不同，导致了它们之间的化学特性差异。

二、过渡元素的特性1. 化学性质：过渡元素在化学反应中通常表现出多价性。

由于d电子的相对能量较高，容易参与化学反应，并能形成稳定的离子化合物。

此外，由于外层电子的分布情况不同，过渡元素在形成氧化物时可能会形成不同的氧化态，这也是其多价性的表现。

2. 金属性质：过渡元素大多数都是金属，具有良好的导电性和导热性。

此外，它们还具有韧性、延展性和磁性等金属特性。

3. 催化性质：许多过渡元素、尤其是过渡金属，具有良好的催化活性。

它们可以通过吸附、解离或转移电子等方式参与化学反应，从而降低反应活化能，加速反应速率。

4. 彩色离子：过渡元素离子在溶液中呈现出丰富的颜色。

这是由于过渡元素离子的d电子能级间的跃迁所引起的。

三、过渡元素的应用1. 催化剂：由于过渡金属的催化活性，它们被广泛应用于化学工业中的催化反应过程，如重要的工业过程氨合成、有机合成和汽车尾气催化转化等。

2. 电池材料：过渡金属在电池材料中具有重要作用。

例如，锂电池中的过渡金属氧化物可用作正极材料。

3. 金属合金：过渡金属常用于制备各种金属合金，如不锈钢、合金钢等。

这些合金通常具有较高的强度和耐腐蚀性能。

4. 彩色玻璃和陶瓷：某些过渡金属元素可以通过调节其氧化态来改变颜色。

过渡元素(一)要求(1)从电子层结构的特点理解d区元素的通性。

(2)了解钛、钒、铬重要化合物的化学性质。

了解钼、钨的重要化合物。

(3)掌握Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅵ)、Mn(Ⅶ)重要化合物的化学性质以及各氧化态锰之间相互转化关系。

(4)掌握铁、钴、镍的化合物在反应性上的差异。

熟悉铁、钴、镍的重要配合物。

(5)了解铂及其重要化合物的性质。

(一) 过渡元素通性过渡元素一般是指原子的电子层结构中d轨道或f轨道仅部分填充的元素。

因此过渡元素实际上包括d区元素和f区元素。

本章主要讨论d区元素。

d区元素价电子构型为(n-1)d1~8ns1~2(Pd 4d10和Pt 5d96s1例外), 最外两层电子均未填满。

由此构成了d区元素如下通性：(1)单质相似性最外层电子一般不超过2个，较易失去，所以它们都是金属。

又因为d区元素有较大的有效核电荷，d电子有一定的成键能力，所以它们一般有较小的原子半径、较大的密度、较高的熔点和良好的导电导热性。

例如Os的密度(22.488 g∙cm−3)，W的熔点(3380 o C，Cr的硬度都是金属中最大的。

d区元素化学活泼性也较接近。

(2)有可变氧化态因(n-1)d轨道和ns轨道的能量相近，d电子可以全部或部分参与成键，所以除ⅢB族只有＋3氧化态外，其他各族都有可变的氧化态。

氧化态变化趋势是同一周期从左到右逐渐升高，然后降低；同一族从上到下高氧化态趋于稳定。

例如MnO4−有强氧化性，而ReO4−无氧化性。

例1对同一族元素来说，随周期数增加，为什么主族元素低氧化态趋于稳定而过渡元素高氧化态趋于稳定?主族元素(主要表现在ⅢA，ⅣA，ⅤA族)随周期数增加，低氧化态趋于稳定的原因一般归因于“惰性电子对效应”。

为什么过渡元素随周期数增加高氧化态趋于稳定呢? 仔细研究一下过渡元素的电离能可发现：I1和I2往往是第二、第三过渡系列比第一过渡系列的大，但从I3开始，往往第二、第三过渡系列比第一过渡系列的小。