元素d

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。

1、三个过渡系：第一过渡系——第四周期元素从钪(Sc)到锌(Zn);第二过渡系——第五周期元素从钇(Y)到镉(Cd);第三过渡系——第六周期元素从镥(Lu)到汞(Hg);2、d区元素除 B族外，过渡元素的单质都是高熔点、高沸点、密度大、导电性和导热性良好的金属;3、第一过渡系元素的单质比第二、三过渡系元素的单质活泼;4、d区元素的颜色:第一过渡系金属水合离子的颜色：由d10和d0构型的中心离子所形成的配合物，在可见光照射下不发生d-d跃迁；而d1~d9构型的中心离子所形成的配合物，在可见光的照射下会发生d-d跃迁；对于某些具有颜色的含氧酸根离子，如：VO 43-(淡黄色)、CrO 42-(黄色)、MnO 4-(紫色)等，它们的颜色被认为是由电荷迁移引起的; 5、(1)钛(Ti)是银白色金属，其表面易形成致密的氧化物保护膜，使其具有良好的抗腐蚀性，特别是对湿的氯气和海水具有良好的抗腐蚀性能；(2)加热TiO 22nH O 可得到白色粉末状的TiO 2:3002222CTiO nH O TiO nH O −−−→+;(3)自然界中存在的金红石是TiO 2的另一种存在形式，由于含少量的铁、铌、钒、钽等而呈红色或黄色;(4)TiO 2在工业上用作白色涂料和制造钛的其他化合物； (5) TiO 2+H 2SO 4(浓)=TiOSO 4+H 2O ; TiO 2+2C(s)=Ti(s)+2CO(s) ; (6)制取Ti 的方法：通常用TiO 2、碳和氯气在800C~900C 时进行反应：800~900224222C CTiO C Cl TiCl CO ++−−−−→+ ;用Mg 还原TiCl 4: TiCl 4+2Mg=Ti+2MgCl 2 ; (7)TiCl 4在加热的情况下：2TiCl 4+H 2=2TiCl 3+2HCl ;(8)Ti 4+由于电荷多，半径小，使它具有强烈的水解作用，甚至在强酸溶液中也未发现有[Ti(H 2O)6]4+的存在，Ti 4+在水溶液中是以钛氧离子(TiO 2+)的形式存在；(9)在中等酸度的Ti 4+的盐溶液中加入H 2O 2：TiO2++H2O2=[TiO](H2O2)]2+(橘黄色) ;(10)在酸性溶液中用Zn还原TiO2+时，可形成紫色的[Ti(H2O)6]3+(可简写成Ti3+):2TiO2++Zn+4H+=2Ti3++Zn2++2H2O ;(11)向含有Ti3+的溶液中加入碳酸时：2Ti3++3CO32-+3H2O=2Ti(OH)3(s)+3CO2;(12)在酸性溶液中，Ti3+是一种比Sn2+略强的还原剂，它易被空气中的氧所氧化：4Ti3++2H2O+O2=4TiO2++4H+;(13)有机化学中常用Ti3+来证实硝基化合物的存在，它可将硝基还原为氨基：RNO2+6Ti3++4H2O=RNH2+6TiO2++6H+;6、(1)钒在自然界中的存在极为分散，很少可以见到钒的富矿；(2)钒是银灰色金属，在空气中是稳定的，其硬度比刚大；(3)钒对于稀酸也是稳定的，但在室温下，它能溶于王水或硝酸中，生成VO2+；浓硫酸和氢氟酸仅在加热条件下与钒发生作用；(4)加热时。

D区元素的应用原理1. 什么是D区元素D区元素是指周期表中的第三行（即d区）的元素，也被称为过渡元素。

这些元素具有一些特殊的性质，使其在许多领域中具有广泛的应用。

2. D区元素的特性D区元素有以下几个特性：•较高的熔点和沸点：D区元素通常具有较高的熔点和沸点，这是由于它们之间的金属键相对较强导致的。

•多种氧化态：D区元素可以形成多种不同的氧化态，这是由于其外层d电子的不稳定性决定的。

例如，铁可以形成+2和+3的氧化态，铜可以形成+1和+2的氧化态。

•良好的催化作用：D区元素常常具有良好的催化作用，能够加速化学反应的速度。

这是由于其d电子可以提供额外的反应中心。

•磁性：D区元素通常具有磁性，这是由于其d电子的自旋和轨道角动量相互作用导致的。

铁、镍和钴是常见的具有磁性的D区元素。

3. D区元素的应用D区元素由于其特殊的性质，被广泛应用于各个领域。

以下是D区元素在不同领域中的主要应用：3.1 冶金工业•钢铁生产：铁是冶金工业中最重要的D区元素，它被用于制造钢铁。

由于铁具有较高的熔点和良好的硬度，使得钢铁在建筑、交通、机械等领域得到广泛应用。

•合金制备：D区元素常常与其他金属元素形成合金，以改善金属的性能。

例如，铜和锌形成的黄铜具有良好的可加工性和耐腐蚀性。

3.2 化学催化剂D区元素在化学催化剂中具有广泛应用。

催化剂是能够加速化学反应速率但不参与反应的物质。

以下是几个常见的D区元素催化剂及其应用场景：•铁催化剂：在氨基酸合成、氨合成等反应中广泛应用。

•钯催化剂：用于氢化反应、烯烃的部分氢化等。

•铂催化剂：在有机合成反应中具有广泛应用，如氢化、氧化、加成等。

3.3 电子行业•电池制造：D区元素的氧化态变化使其非常适合作为电池的正负极材料。

例如，锂作为锂离子电池的正极材料，具有高储能密度和较长的循环寿命。

•电子器件制造：D区元素在半导体领域中具有重要应用。

例如，硅是最常用的半导体材料之一，它具有稳定的半导体性能，在电子芯片和光电器件制造中得到广泛应用。

d区元素一(相关知识d区元素是指周期表中4d及5d轨道上的元素，通常也被称作过渡金属。

它们在化学性质上表现出中等电负性、高离子化能、高化合价、易氧化以及形成带有镍白色或银白色的亮泽金属外观等特点。

这些元素的最外层电子组态为ns2(n-1)d，在化学反应中，它们借助着这些d轨道上的电子来提高反应速率、稳定物种的结构以及调节电荷分布。

这些元素在生命过程中扮演着很重要的角色，同时也是一些基础材料和高科技产业的重要组成部分，例如高温合金、电池、合成纤维以及电子器件等。

d区元素从第四周期开始，元素逐渐变得稀有，其中的超过一半元素被定性为稀有金属元素。

这些元素的多项化学性质受到它们的外层d轨道上电子的影响。

这些d轨道上的电子数量众多，容易形成配合物，因此它们具有强的络合能力和催化活性。

另外，d区元素之间的相互作用也属于d-d键，因此它们的反应机理也具有研究价值。

d区元素的原子半径比p区的元素要大，因为它们拥有更多的电子，同时原子序数越大，原子半径也会越来越小。

在同一周期内，d区元素的离子半径比p区元素要小，这是因为它们已经失去了一部分电子，离子半径因此变小。

在化学反应中，d区元素通常会表现出它们的多价性，这是因为d轨道上电子的容易发生氧化还原反应，进而形成不同价态的离子。

在配位化学中，d区元素能够形成大量的稠合配合物，因为它们的d轨道可以用来接受配体的配位键，从而形成稳定的配合物。

d区元素中金属的环境共价能力有时候很强，这也是它们常被用来作为催化剂的主要原因。

例如，在氧化反应中，d区元素可以很容易地释放出氧分子，进而形成氧化物。

在还原反应中，d区元素则可以发生电子传递，将电子传递到其他离子或者分子上。

在这些反应中，p区元素通常没有这样的作用。

从原始形态到纯粹化学物质，d区元素产生了众多的应用。

在纯净状态下，它们被用来制造带有镍白色或银白色的亮泽金属外观，这些金属被广泛应用在制造飞机、汽车和高速列车等交通设施中。

d区元素实验报告D区元素实验报告引言：D区元素是指周期表中的3d元素，包括钛、铬、锰、铁、镍、铜和锌等。

这些元素具有独特的化学性质和广泛的应用价值。

本实验旨在通过对D区元素的实验研究，深入了解它们的特性和反应行为。

实验一：钛的物理性质及应用钛是一种轻质、高强度的金属，具有优异的耐腐蚀性和生物相容性。

在实验中，我们首先测量了钛的密度和熔点，结果显示钛的密度为4.54g/cm³，熔点为1668℃。

这些物理性质使得钛广泛应用于航空航天、医疗器械和化工等领域。

例如，钛合金是航空航天工业中常用的结构材料，其轻量化和高强度的特性使得飞机和火箭等载具更加高效和安全。

实验二：铬的化学性质及反应铬是一种重要的过渡金属，具有多种化合价和氧化态。

在实验中，我们观察了铬与氧气的反应，发现铬能够与氧气形成铬酸盐。

这种反应具有重要的应用价值，例如在铬酸盐电池中，铬被氧化为铬酸盐，从而产生电能。

此外，铬还常用于镀铬工艺，使得金属表面具有耐腐蚀性和装饰性。

实验三：锰的氧化还原反应锰是一种具有多种氧化态的元素，其氧化还原反应广泛存在于自然界和工业生产中。

在实验中，我们观察了锰的氧化还原反应，发现锰能够在不同氧化态之间转变。

例如，锰的二氧化物（MnO2）可以在酸性条件下被还原为锰离子（Mn2+），而锰离子则可以被氧气氧化为高氧化态的锰酸盐。

这些氧化还原反应在电池、催化剂和水处理等方面具有重要的应用。

实验四：铁、镍和铜的电化学性质铁、镍和铜是常见的D区元素，它们在电化学反应中具有不同的特性。

在实验中，我们通过测量它们的电极电势和电导率，研究了它们的电化学性质。

结果显示，铁具有较高的电极电势和电导率，而镍和铜的电极电势和电导率相对较低。

这些性质使得铁在电化学工业中常用于阴极保护和电池制造，而镍和铜则广泛应用于电子产品和电镀工艺中。

实验五：锌的腐蚀反应锌是一种常见的D区元素，具有良好的防腐蚀性能。

在实验中，我们观察了锌与酸的反应，发现锌能够与酸产生氢气和相应的盐。