无机化学:chapter 14 过渡元素
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无机化学元素的周期表无机化学元素周期表是现代化学的基石之一。
它是由俄罗斯化学家门捷列夫在1869年首次提出。
周期表是对所有已知元素的排列,并以其物理和化学性质为依据。
在周期表中,元素被分为若干个周期,每个周期有一个主族和一些过渡元素。
周期表的基本结构周期表的基本结构是由元素周期和元素族两个基本概念构成的。
元素的周期是指在周期表中相邻元素的排列顺序;而元素的族则是指同一主族内的全部元素。
周期表中的元素周期周期表中的元素周期是指元素在周期表中从左到右排列的顺序。
周期表中的第一周期只有两个元素:氢和氦。
元素周期表中的其他周期分别是:第二周期:锂、铍、硼、碳、氮、氧、氟和氖;第三周期:钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯和氩;第四周期:钾、钙、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、砷、硒、溴和氪;第五周期:铷、锶、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、碲、碘和氙等等。
周期表中的元素族元素周期表中的元素族是指具有相同物理和化学性质的元素。
元素周期表中的元素族分为主族元素、过渡元素、稀土元素和放射性元素。
主族元素是指周期表中1、2、13、14、15、16、17和18族元素,它们常常在化学反应中成为离子或共价化合物。
过渡元素是指元素周期表中的第3到第12族元素,它们有多达18个电子,有着独特的物理和化学性质。
稀土元素是指周期表中的第57到第71个元素,它们有着非常相似的化学性质,因此被归为一类。
放射性元素是指周期表中的最后一个元素类别,其中最著名的是铀和钚等,它们具有较高的放射性。
元素周期表中的特别元素元素周期表中存在一些特别的元素,这些元素在周期表中的位置有着特殊的意义。
其中最著名的是氢,它是第一周期中唯一一个元素,是宇宙中最基本的原子。
在周期表中,氢虽然在第一周期,但是它的化学性质非常特殊,可以与氧、氮、硫等元素形成非常复杂的化合物。
碳是另外一个特别的元素,在第二周期中,但是它的化学性质非常活跃,可以与氢、氧、氮等元素组成数百万种复杂的化合物。
第14章 碳、硅、硼14.1. 对比等电子体CO 与N 2的分子结构及主要物理、化学性质。
解:CO 和N 2是等电子体(14e ),分子轨道能级图相似,分子中都有三重键:∶N ≡N ∶、C O δ+δ-∶∶,键能相近。
一般条件下,两种物质都是气体,很少溶于水;熔、沸点,临界压力,临界温度等一些物理性质也相似。
但CO 和N 2分子中三重键特点并不完全相同,N 2分子中负电荷分布是对称的,而CO 却是不对称的。
C 原子略带负电荷,再加上C 的电负性比N 小,因此CO 比N 2较易给出电子对向过渡金属原子(离子)配位,除形成σ―配键外,还有π―反馈键形成,故生成的配合物较稳定。
而N 2的配位能力远不如CO ,分子氮配合物远不如羰基化合物稳定。
所以CO 的键能虽比N 2略大,但化学性质却比N 2要活泼,不象N 2那样“惰性”。
14.2 概述CO 的实验室制法及收集方法,写出CO 与下列物质起反应的方程式并注明反应的条件:(1)Ni ;(2)CuCl ;(3)NaOH ;(4)H 2 ;(5)PdCl 2 解:CO 的实验室制法:HCOOH浓H 2SO 42O用排水集气法收集。
(1)Ni + 4CO100 -250atm 423 -493KNi(CO)4(2)(3)CO + NaOH HCOONa1.01×103kPa473K(4)CO + 3H 2CH 4 + H 2O Fe 、Co 、Ni523K,101kPa(5) CO + PdCl 2 + H 2O === Pd ↓ + CO 2 + 2HCl14.3. 某实验室备有CCl 4、干冰和泡沫灭火器(内为Al 2(SO 4)3和NaHCO 3),还有水源和砂。
若有下列失火情况,各宜用哪种方法灭火并说明理由: (1)金属镁着火; (2)金属钠着火;(3)黄磷着火; (4)油着火; (5)木器着火。
解:14.4. 标准状况时,CO 2的溶解度为170 mL / 100g 水:(1)计算在此条件下,溶液中H 2CO 3的实际浓度。
过渡元素的结构特点与基本性质过渡元素的结构特点与基本性质元素周期表中第四、五、六七周期元素中,第ⅢB~ⅤⅢ族,共25种元素,统称为过渡元素。
过渡元素的单质都是⾦属,所以也称为过渡⾦属元素。
见表16.1.5s0,是⼀种例外的电⼦排布)。
镧系、锕系的元素的电⼦排布,增加的电⼦填⼊(n-2)f亚层,例如:57La 4f 05d1 6s 2,在结构上,它们最外层⼆个电⼦层都是未充满的,因此在元素周期表的划分上不属于过渡⾦属元素,⽽属于内过渡元素。
也称之为镧系、锕系元素。
镧系57La ~ 71Lu (15种元素) 4f 0~145d0-1 6s2锕系89Ac~103Lr铹(15种元素)5f 0~146d0~1 7s216.1.1 价电⼦构型过渡⾦属价电⼦构型的通式为:(n-1)d1~9 ns1~2。
原⼦核外电⼦排布遵循能量最低原理、保⾥不相容原理和洪特规则。
L. Pauling 原⼦轨道近似能级图如下:1s; 2s 2p ; 3s 3p; 4s 3d 4p; 5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p ; 7s 5f 6d也有⼀些电⼦排布例外的情况,例如:Z = 24,41 ~ 46:Nb 铌4d45s1不是4d35s241W 钨 5d46s2不是4d55s142Ru 钌4d75s1不是4d65s244Rh 铑4d85s1不是4d75s245Pd 钯4d105s0 不是4d85s24616.1.2 氧化态的规律过渡⾦属元素常表现为多种氧化态,其根本原因在于内层电⼦的排布,过渡⾦属外层电⼦排布为:(n-1)d1~9 ns1~2 ,(n-1)d 轨道与ns轨道能量相近,部分(n-1)d电⼦参与成键。
例:Mn:+2 ~ +7均出现,主要+2,+3,+4,+6,+7.Fe:+2 ~ +6均出现,主要+2,+3,+6.过渡⾦属元素的最⾼氧化态与所在的族相等,最⾼氧化态= 所处的族数例:Sc +3 Ⅲ3d14s2Cr +6 Ⅵ3d54s1Mn +7 Ⅶ3d54s1但Ⅷ族:多数最⾼氧化态⼩于其族数,是因为随着有效核电荷的增加(Z *↑),不是所有(n-1)d 电⼦都参与成键。
过渡元素的结构特点与基本性质元素周期表中第四、五、六七周期元素中,第ⅢB~ⅤⅢ族,共25种元素,统称为过渡元素。
过渡元素的单质都是金属,所以也称为过渡金属元素。
见表16.1.过渡金属元素属于ⅢB~ⅤⅢ族,d区,外层电子排布为(n-1)d ns(Pd,4d10 5s0,是一种例外的电子排布)。
镧系、锕系的元素的电子排布,增加的电子填入(n-2)f亚层,例如:57La 4f 05d1 6s 2,在结构上,它们最外层二个电子层都是未充满的,因此在元素周期表的划分上不属于过渡金属元素,而属于内过渡元素。
也称之为镧系、锕系元素。
镧系57La ~ 71Lu (15种元素) 4f 0~145d0-1 6s2锕系89Ac~103Lr铹(15种元素)5f 0~146d0~1 7s216.1.1 价电子构型过渡金属价电子构型的通式为:(n-1)d1~9 ns1~2。
原子核外电子排布遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。
L. Pauling 原子轨道近似能级图如下:1s; 2s 2p ; 3s 3p; 4s 3d 4p; 5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p ; 7s 5f 6d也有一些电子排布例外的情况,例如:Z = 24,41 ~ 46:Nb 铌4d45s1不是4d35s241W 钨 5d46s2不是4d55s142Ru 钌4d75s1不是4d65s244Rh 铑4d85s1不是4d75s245Pd 钯4d105s0 不是4d85s24616.1.2 氧化态的规律过渡金属元素常表现为多种氧化态,其根本原因在于内层电子的排布,过渡金属外层电子排布为:(n-1)d1~9 ns1~2 ,(n-1)d轨道与ns轨道能量相近,部分(n-1)d电子参与成键。
例:Mn:+2 ~ +7均出现,主要+2,+3,+4,+6,+7.Fe:+2 ~ +6均出现,主要+2,+3,+6.过渡金属元素的最高氧化态与所在的族相等,最高氧化态= 所处的族数例:Sc +3 Ⅲ3d14s2Cr +6 Ⅵ3d54s1Mn +7 Ⅶ3d54s1但Ⅷ族:多数最高氧化态小于其族数,是因为随着有效核电荷的增加(Z *↑),不是所有(n-1)d 电子都参与成键。