第12章-d区元素和f区元素知识分享
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s区元素的单质均为金属晶体;p区元素的中间部分,其单质的晶体结构较为复杂,有的为原子晶体,有的是过渡型(链状或层状)晶体,有的为分子晶体。
周期系最右方的非金属和稀有气体则全部为分子晶体。
总的来看,同一周期元素的单质,从左到右,一般由典型的金属晶体经过原子晶体、层状晶体或链状晶体等,最后过渡到分子晶体。
同一族元素单质由上而下,常由分子晶体或原子晶体过渡到金属晶体。
副族元素单质均为金属晶体.表9-5 主族及零族元素单质的晶体类型ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 零一H2分子晶体He分子晶体二Li金属晶体Be金属晶体B原子晶体C金刚石原子晶体石墨片状结构晶体富勒烯碳原子簇分子晶体N2分子晶体O2分子晶体F2分子晶体Ne分子晶体三Na金属晶体Mg金属晶体Al金属晶体Si原子晶体P白磷为分子晶体黑磷为层状结构晶体S斜方硫、单斜硫为分子晶体弹性硫为链状结构晶体Cl2分子晶体Ar分子晶体四K金属晶体Ca金属晶体Ga金属晶体Ge原子晶体As黑砷为分子晶体灰砷为层状结构晶体Se红硒为分子晶体灰硒为链状结构晶体Br2分子晶体Kr分子晶体五Rb金属晶体Sr金属晶体In金属晶体Sn灰锡为原子晶体白锡为金属结构晶体Sb黑锑为分子晶体灰锑为层状结构晶体Te灰碲链状结构晶体I2分子晶体Xe分子晶体六Cs金属晶体Ba金属晶体Tl金属晶体Pb金属晶体Bi层状结构晶体(近于金属晶体)Po金属晶体At金属晶体(具有某些金属性)Rn分子晶体单质的晶体结构和物理性质表9-5列出了主族及零族元素单质的晶体类型。
可以看出:s区元素的单质均为金属晶体;p区元素的中间部分,其单质的晶体结构较为复杂,有的为原子晶体,有的是过渡型(链状或层状)晶体,有的为分子晶体。
周期系最右方的非金属和稀有气体则全部为分子晶体。
总的来看,同一周期元素的单质,从左到右,一般由典型的金属晶体经过原子晶体、层状晶体或链状晶体等,最后过渡到分子晶体。
同一族元素单质由上而下,常由分子晶体或原子晶体过渡到金属晶体。
初中化学元素周期表知识点梳理元素周期表是化学学习中的重要内容之一,它是化学元素按一定规律排列的表格。
通过学习元素周期表,我们可以了解元素的基本信息和特性,对于化学的学习和应用都有很大帮助。
下面是对初中化学元素周期表的知识点进行梳理。
1. 元素周期表的基本结构元素周期表由水平行和垂直列组成。
水平行称为周期,垂直列称为族。
每个周期和族代表一类元素。
周期数代表原子核的电子层次,族数代表原子核的价电子数。
2. 元素周期表的分区元素周期表根据元素的性质分为s区、p区、d区和f区。
- s区:位于周期表的最左边两个周期,主要包括1A和2A族元素。
这些元素的价电子可以填充在s电子层中。
- p区:位于周期表中间的若干周期,主要包括13~18族元素。
这些元素的价电子可以填充在p电子层中。
- d区:位于周期表的过渡金属区域,主要包括3~12族元素。
这些元素的价电子可以填充在d电子层中。
- f区:位于周期表底部,主要包括锕系和镧系元素。
这些元素的价电子可以填充在f电子层中。
3. 学会读懂元素周期表元素周期表上,每个方格中都标有元素的符号、原子序数、相对原子质量等信息。
其中,原子序数表示元素的原子核中的质子数,也是元素的唯一标识。
相对原子质量表示元素的均匀度,是元素原子质量与碳-12同位素原子质量的比值。
4. 元素周期表中的主要元素元素周期表中,有一些元素是我们必须要熟悉的。
- 第1周期的氢元素:氢元素是宇宙中最常见的元素之一,具有非金属特性。
- 第2周期的氦元素:氦元素是惰性气体,常用于充气球和气体保护焊接等工业应用。
- 第17族的卤素元素:卤素元素包括氟、氯、溴和碘等,具有活泼的化学性质,常用于消毒和制取液体溴等应用。
- 第18族的稀有气体:稀有气体包括氦、氖、氩、氪、氙和氡,具有高度稳定的化学性质,常用于气体放电管等应用。
5. 元素周期表中的周期规律元素周期表中的元素排列是按照一定的规律进行的。
其中,主要有两个周期性规律:- 元素电子结构的周期性规律:在元素周期表中,每个周期的元素的电子结构有着相似的规律。
第12章d区元素和f区元素【12-1】试用d区元素价电子层结构的特点来说明d区元素的特性。
解:d 区元素最后一个电子填充到d 轨道上,其价层电子组态为:(n-1)d1-8ns1-2,位于周期表的中部,包括ⅢB -ⅦB和Ⅷ族元素,它们都是过渡元素,每个元素都有多种氧化值。
同周期过渡元素的原子半径随着原子序数的增加而缓慢地依次减小,到了第Ⅷ族元素后又缓慢增大。
同族过渡元素的原子半径,除了ⅢB外,自上而下随着原子序数的增大而增大。
各过渡系元素电离能随原子序数的增大,总的变化趋势是逐渐增大的。
同副族过渡元素的电离能递变不很规则。
熔点、沸点高, 密度大, 导电性、导热性、延展性好。
在化学性质方面,第一过渡系元素的单质比第二、三过渡系元素的单质活泼。
化学性质变化总趋势是同一过渡系单质的活泼性从左到右降低。
或:d 区元素价电子层结构是(n-1)d1-8ns1-2。
它们ns轨道上的电子数几乎保持不变,主要差别在于(n-1)d 轨道上的电子数不同。
又因(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,由此构成了d区元素的一些特性:全部是金属,原子半径小,密度大,熔、沸点高,有良好的导热、导电性能,化学性质相近。
大多具有可变的氧化态。
由于d轨道有未成对电子,水合离子一般具有颜色。
由于所带电荷高,离子半径小,且往往具有未充满的d电子轨道,所以容易形成配合物。
【12-2】完成下列反应式:(1)TiO2+H2SO4(浓)→(2)TiO2++Zn+H+→(3)TiO2+C+Cl2→(4)V2O5+NaOH→(5)V2O5+H2SO4→(6)V2O5+HCl→(7)VO2++H2C2O4+H+→解:(1)TiO2 + H2SO4 (浓) = TiOSO4 + H2O(2)2TiO2+ + Zn + 4 H+ = 2 Ti3+ + Zn2+ +2 H2O(3)TiO2 + 2 C + 2 Cl2 (加热) = TiCl4 + 2 CO(4)V2O5 + 6 NaOH = 2 Na3VO4 + 3 H2O(5)V2O5 + H2SO4 = (VO2)2SO4 + H2O(6)V2O5 + 6 HCl = 2 VOCl2 + Cl2 + 3 H2O(7)2VO+ + H2C2O4 + 2 H+ = 2VO2+ + 2CO2 +2H2O【12-3】在酸性溶液中钒的电势图为已知φθ(Zn2+/Zn)=-0.76V, φθ(Sn2+/Sn)=-0.14V, φθ(Fe3+/Fe2+)=0.77V。
问实现下列变化,各使用什么还原剂为宜?(1)VO2+→V2+(2)VO2+→V3+(3)VO2+→VO2+解:(1)VO2+→ V2+:E⊖(VO2+/ V2+) = 0.37V ,用Zn、Sn(2)VO2+→ V3+:E⊖(VO2+/ V3+) = 0.68V ,用Zn、Sn(3)VO2+→ VO2+:E⊖(VO2+/ VO2+) = 1.0V ,用Fe2+、Zn、Sn【12-4】完成下列反应式:(1)(NH4)2Cr2O7→(2)Cr2O3+NaOH→(3)Cr3++NH3·H2O→(4)Cr(OH)4-+Br2+OH-→(5)Cr2O72-+Pb2++H2O→(6)MoO42-+NH4++PO43-+H+→(7)Na2WO4+HCl→解:(1)(NH4)2Cr2O7 (加热) = Cr2O3 + N2 + 4 H2O(2)Cr2O3 + 2 NaOH = 2 NaCrO2 + H2O(3)Cr3+ + 6 NH3• H2O = [Cr(NH3)6]3+ + 6 H2O(4)2Cr(OH)4- + 3Br2+ 8OH- = 2CrO42- +6Br- + 8H2O(5)Cr2O72- + 2 Pb2+ + H2O = 2 PbCrO4 +2 H+(6)12 MoO42- + 3 NH4+ + 3 PO43- + 24 H+ = (NH4)3[P(Mo3O9)4]↓ + 12 H2O(7)Na2WO4 + 2 HCl = H2WO4↓+ 2 NaCl【12-5】BaCrO4和BaSO4的溶度积相近,为什么BaCrO4可溶于强酸,而BaSO4则不溶?解:由于在溶液中存在着如下平衡:2CrO42- +2 H+⇌ Cr2O72- + H2O。
在强酸溶液中,平衡想右移动,溶液中游离铬酸根浓度大大降低,几乎都转化为重铬酸根,而重铬酸钡是易溶物质,所以铬酸钡能溶于强酸中。
因为硫酸是强酸,在强酸溶液中游离的硫酸根浓度几乎不会降低,所以硫酸钡不溶。
【12-6】以K2Cr2O7为主要原料制备K2CrO4,CrCl3和Cr2O3,用方程式表示各步的反应。
解:【12-7】试用热力学原理判断,(NH4)2Cr2O7的下列两种分解过程,哪种反应趋势更大?(1)(NH4)2Cr2O7(s)=Cr2O3(s)+N2(g)+4H2O(g)(2)(NH4)2Cr2O7(s)=2Cr2O3(s)+NH3(g)+H2O(g)解:【12-8】完成下列反应式:−∆(1)MnO2+KOH+KClO3−→(2)MnO4-+H2O2+H+→(3)MnO4-+NO2-+H2O→(4)MnO4-+NO2-+OH-→(5)K2MnO4+HAc→解:(1)3 MnO2 + 6 KOH + KClO3(加热) = 3K2MnO4 + KCl + 3 H2O(2)2MnO4- + 5H2O2+ 6H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O(3)2MnO4-+ 3NO2-+ H2O = 2MnO2 + 3NO3-+ 2OH-(4)2MnO4- + NO2- + 2OH- = 2MnO42- +NO3- + H2O(5)3 K2MnO4 + 4 HAc = 2 KMnO4 + MnO2 + 2 H2O + 4 KAc【12-9】以MnO2为主要原料制备MnCl2,K2MnO4和KMnO4,用方程式来表示各步反应。
MnO+H O+2H=Mn+O+2H O解:+2+222222K MnO+Cl=2KMnO+2KCl24242MnO+O+4KOH=2K MnO+2H O22242【12-10】完成下列反应式: (1)FeCl 3+NaF → (2)Co(OH)3+H 2SO 4→ (3)Co 2++SCN -(4)Ni(OH)2+Br 2+OH -→ (5)Ni+CO →解:(1)FeCl 3 + 6 NaF = Na 3[FeF 6] + 3 NaCl (2)4Co(OH)3 + 4H 2SO 4 = 4CoSO 4 + O 2 + 10H 2O (3)Co 2+ + 4 SCN - = [Co(SCN)4]2-(4)2 Ni(OH)2 + Br 2 + 2 OH - = 2 Ni(OH)3 + 2Br - (5)Ni + 4CO = Ni(CO)4【12-11】铁能使Cu 2+还原,而铜能使Fe 3+还原,这两事实有无矛盾?解:无矛盾。
在前一个事实中,铁是还原剂,二价铜离子是氧化剂,查书附录得:E θ(Cu 2+/Cu)=0.337V ,E θ(Fe 2+/Fe)=-0.440V ,氧化剂标准电极电位高于还原剂标准电极电位近0.8V ,反应可以自发进行;而在后一个事实中,三价铁离子是氧化剂,铜是还原剂,E θ(Fe 3+/Fe 2+)=0.771V ,氧化剂标准电极电位高于还原剂标准电极电位约0.43V ,反应可以自发进行。
【12-12】用反应式说明下列现象:(1)在Fe 2+溶液中加入NaOH 溶液,先生成灰绿色沉淀,然后沉淀逐渐变成红棕色。
(2)过滤后,沉淀用酸溶解,加几滴KSCN 溶液,立刻变成血红色,再通入SO 2气体,则血红色消失。
(3)向红色消失的溶液中滴加KMnO 4溶液,其紫红色会褪去。
(4)最后加入黄血盐溶液生成蓝色沉淀。
解:(1) Fe 2+ + 2OH - = Fe(OH)2↓ 4 Fe(OH)2 + O 2 + 2H 2O = 4Fe(OH)3(2) Fe(OH)3 + 3H + =Fe 3+ + 3H 2O Fe 3+ + nSCN - = Fe(NCS)n (3-n)+ Fe(NCS)n 3-n + SO 2 + 2H 2O =2Fe 2+ + SO 42- + 2nSCN - + 4H +(3) MnO 4- + 5Fe 2+ + 8H + =M n 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2O MnO 4- + 10SCN - + 16H + = 2M n 2+ + 5(SCN)2 + 8H 2O (4) Fe 3+ + Fe(CN)4- + K +=KFe(CN)Fe ↓ 1) Fe 2+ + 2OH - = Fe(OH)2↓4 Fe(OH)2 + O 2 + 2H 2O = 4Fe(OH)3(2) Fe(OH)3 + 3H + =Fe 3+ + 3H 2O Fe 3+ + nSCN - = Fe(NCS)n (3-n)+ Fe(NCS)n 3-n + SO 2 + 2H 2O =2Fe 2+ + SO 42- + 2nSCN - + 4H +(3) MnO 4- + 5Fe 2+ + 8H + =M n 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2O MnO 4- + 10SCN - + 16H + = 2M n 2+ + 5(SCN)2 + 8H 2O (4) Fe 3+ + Fe(CN)4- + K + =KFe(CN)Fe ↓【12-13】指出下列实验结果,并写出反应式:(1)用浓盐酸分边处理Fe(OH)3,CoO(OH)及NiO(OH)沉淀。
(2)分边在FeSO 4,CoSO 4及NiSO 4溶液中加入过量氨水,然后放置在无CO 2是空气中。
解:(1)沉淀都可以溶解,且CoO(OH),NiO(OH)与浓盐酸反应有气体放出。
(1)沉淀都可以溶解,且CoO(OH), NiO(OH)与浓盐酸反应有气体放出Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl 3 + 3H 2O2CoO(OH) + 6HCl = 2CoCl 2 + Cl 2↑ + 4H 2O 2NiO(OH) + 6HCl = 2NiCl 2 + Cl 2↑ + 4H 2O(1)FeSO 4中加入氨水,先得到白色胶状沉淀,放置在空气中一段时间,得到棕红色沉淀,CoSO 4加入氨水后无沉淀,放置在空气中一段时间变为橙黄色溶液, NiSO 4加入氨水得到蓝色溶液。
Fe 2+ + 2NH 3·H 2O = Fe(OH)2↓ + 2NH 4+4 Fe(OH)2 + O 2 + 2H 2O = 4Fe(OH)3Co 2+ + 6NH 3·H 2O = [Co(NH 3)6]2+ + 6H 2O4 [Co(NH 3)6]2+ + O 2 + 2H 2O = 2 [Co(NH 3)6]3+ + 4OH -Ni 2+ + 6NH 3·H 2O = [Ni(NH 3)6]2+ + 6H 2O【12-14】已知Cr(CO)6,Ru(CO)5和Pt(CO)4都是反磁性的羰基化合物。