第24章d区金属

第24章 d区金属（二）第五、六周期金属

185 第 24 章 d 区金属（二）

[ 教学要求 ]

1.掌握第五、第六周期 d 区金属的基本特征及其周期性规律。

2.掌握锆铪分离和铌钽分离。

3.握 VIB 族钼、钨元素及其重要化合物的性质和用途，掌握同多酸、杂多酸及其盐的概念。

4.了解铂系元素及其化合物的性质和用途以及铂系金属周期性规律。

[ 教学重点 ]

1.过渡元素的价电子构型特点及其与元素通性的关系。

2.Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni 的单质及化合物的性质。

[ 教学难点 ]

同多酸、杂多酸及其盐的概念，Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni 的配合物的性质。

[ 教学时数 ] 6 学时

[ 主要内容 ]

1.第五、第六周期 d 区金属的基本特征及其周期性规律。

2.锆和铪的单质、氧化物、卤化物、配合物的性质，锆和铪的分离。

3.铌和钽的单质、氧化物、水合氧化物、卤化物的性质，铌和钽的分离。

4.钼和钨的单质、氧化物、含氧酸、同多酸、杂多酸及其盐的性质。

5.锝和铼的单质、氧化物、含氧酸、配合物的性质。

6.铂系元素的单质、氧化物、含氧酸、卤化物、配合物的性质。

[ 教学内容 ]

1.第五、六周期d区金属元素的基本特征：基态电子构型特例多；两系列元素原子半径很接近；金属单质密度大、熔点、沸点高；高氧化态稳定，低氧化态不常见；配合物的配位数较高，主要形成低自旋配合物，形成金属—金属键的元素较多；化合物的磁性要考虑自旋—轨道耦合作用。

2.锆和铪的存在、制备与分离，单质的性质和用途，以及重要化合物的性质。

3.铌和钽的存在、制备与分离，单质的性质和用途，以及重要化合物的性质。

4.钼和钨的存在与冶炼，性质、反应和用途，重要化合物的性质，以及钼和钨同多酸、杂多酸及其盐的性质和生物方面的应用。

5.锝和铼单质的性质和用途，以及重要化合物的性质。 无机化学（下册 第四版）讲义

186 6.铂系金属简介，介绍铂系元素的通性，单质的提炼与分离、性质和用途，氧化物和含氧酸盐、卤化物及其配合物的性质和反应。

24-1 基本特征

(1) 基态电子构型特例多

(2) 原子半径很接近

(3) 密度大、熔点、沸点高

(4) 高氧化态稳定 , 低氧化态不常见

(5) 配合物的配位数较高 , 形成金属 - 金属键的元素较多

(6) 磁性要考虑自旋 - 轨道耦合作用

24-2 锆和铪

1、存在、制备与分离

2、性质和用途

3、重要化合物

(1) 氧化物

(2) 卤化物

(3) 锆的配合物

24-3 铌和钽

1 存在、性质与用途

2 制备和分离

3 重要化合物

(1) 氧化物及水合氧化物

(2) 卤化物

24-4 钼和钨

4-1 钼和钨的化合物

钼和钨在化合物中可以表现 +II 到 +VI 的氧化态，其中最稳定的氧化态为

+VI ，如三氧化物，钼酸和钨酸及其盐都是重要的化合物。

三氧化钼是白色晶体，加热时变黄，熔点为 1068K ，沸点为 1428K ，即使在低于熔点的情况下，它也有显著的升华现象， 三氧化钨为淡黄色粉末，加热时变为橙黄色。熔点为 1746K ，沸点为 2023K 。

和 CrO3 不同， MoO3 和 WO3 虽然都城是酸性氧化物，但它们都不溶于水，仅能溶于氨水和强碱溶液生成相应的含氧酸盐。

MoO3 +2NH3 · H2O=(NH 4 ) 2 MoO4 +H2O

WO3 +2NH3 · H2O=(NH4)2WO4 +H2O

这两种氧化物的氧化性极强，仅在高温下能被氢、碳或铝还原。 第24章 d区金属（二）第五、六周期金属

187 MoO3 虽然可由钼或者 MoS3 在空气中灼烧得到，但通常是由往钼酸铵溶液中加盐酸，析出 H2 MoO4 再加热焙烧而得。

(NH4)2 MoO4 +2HCl=H2MoO4 +2NH4Cl

H2MoO4 =MoO3 +H2O

同样， WO 3 也可由往钨酸钠溶液中加入盐酸，析出 H2MoO4 再加热脱水而得。

Na2WO4 +2HCl ＝ H2WO4 +2NaCl

H2WO 4 =H2O+WO3

钼和钨的含氧酸盐，只有铵、钠、钾、铷、锂、铍和铊（ I ）的盐可溶于水，其余的含氧酸盐都城难溶于水。在可溶液性盐中，最重要的是它们的钠盐和铵盐。

已知的硫化物中，重要的有 MoS2 ， MoS3 ， Mo2S 6 ， WS2 和 WS3 等。

MoS2 在自然界以辉钼矿存在。在实验室中可用单质合成，或 MO3 （ M=Mo ，

W ）在 H2S 中加热，也可用 MO3 与硫粉和 KCO3 一同加热制得。在上述硫酸化物中以 MS2 最稳定，在于 473K 时其晶体有导电性，化学性质极为惰性，仅溶溶于王水或煮沸的浓硫酸中。在高温下， MS2 同氯、氧作用，分别 生成 MCl6 和

MO3 。

Mo 2 是层状结构，层与层之间的结合力弱，有石墨一样的润滑性，在机械工业中用作润滑剂。

4-2 同多酸和杂多酸及其盐

前已提到地 CrO42- 离子的溶液中，加酸后可得 Cr2O72- 、离子，如酸性很强还可形成 Cr3O10 2- 、 Cr4O132- 等多铬酸要根离子。

简单酸脱水，通过氧原了将酸根离子联系起来的反应就是缩合反应的一种类型，缩合反应的结果生成多酸。

钼酸盐和钨酸盐在酸性溶液中，亦有很强的缩合倾向，较铬酸盐更为突出 。例如 ，随溶液的 PH 值减小， MoO42- 、离子也可以形成 Mo2O72- ， Mo3O102-

等离子，与其相应的酸为重钼酸、三钼酸等是比较复杂的酸，称为多酸。多酸可以看作是若干不分子和两个或两个以上的酸酐组成的酸，如果酸酐相同则称同多酸。。

除上述的各种多酸外，前面已学过的如多钒酸 ( 如二钒酸 H4V2O7 、三钒酸

H3V3O9) ，多硅酸 ( 如焦旺破 H6Si2O7) 等都属于同多酸。这些酸相应的盐称同多酸盐。如七钼酸六铵 (NH4) 6Mo7O 24 ٠4H2O (NH4)10W12O41 ٠11 H2O 。

在某些多酸中，除了由同一种酸酐组成的同多酸外，也可以由不同的酸酐组成多酸，称为杂多酸。如十二钼硅酸 H4(SiMo12O40), ，十二钨硼酸 H4(BW12O40) 。相应的盐称杂多酸盐。例如向磷酸钠的溶液中加入 WO 3 达到饱和，就析出 12- 钨磷酸钠，它的化学式为 Na3[P(W12O40 )] 或 3Na2O P2O5 , 其中 P ： W ＝ 1 ：

12 。又如，把用硝酸酸化的 (NH4)2 MoO4 溶液加热到约 323K ，加入 Na2HPO4 无机化学（下册 第四版）讲义

188 溶液，可得到黄色晶体状沉淀 12- 磷铂酸铵。

12MoO4 2- +3NH4 + +HPO42- +23H ＝NH4)3[P(Mo12O40)]·6H2O+6H2O

上面提到的钼、钨和磷的杂多酸及其盐常用于分析化学上。例如上述反应就中用于检定 MoO42- 或 PO43- 离子。在这些杂多酸盐中，磷是中心原子， W3O10 2-

和 Mo3O102- 是配位体。在多酸盐中能够作为中心原子的元素很多，最重要的有

V 、 Nb 、 Ta 、 Cr 、 Mo 、 W 等过渡元素和 Si 、 P 等非金属元素。

二十世纪六十年代以前，多酸化学的发展较慢，但近二十几年来，对杂多化合物性质的研究十分活跃，由于它们具有优异的性能，其应用前景为人所瞩目。如杂多酸 具有酸性和氧化性以及在水溶液和因态中具有稳定均一的确定结构，从而显示出良好的催化性能。例如， P-V-Mo 杂多酸是乙烯氧化成乙醛、异丁烯酸的合成反应的很好的催化剂。此外在用作新型的离子交换剂以及分析试剂上，杂多化合物也是很有前途的。特别引起人们兴趣的 是近代发现的一些杂多化合物也具有较好的抗菌素病毒抗菌素癌作用。

4-3 钼和钨的原子簇化合物

24-5 锝和铼

1 单质

2 氧化物和含氧酸盐

3 锝和铼的配合物

24-6 铂系金属简介

6-1 铂系元素通性

铂系元素包括 VIIIB 族中的钌、铑、钯和锇、铱、铂六种元素。根据它们的密度，钌、铑、钯约为 12g/cm3 ，称轻铂系金属；锇、铱和铂的密度约为 22g/cm3 ，

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存在，因此统称为铂系元素。自然界中含铂系金属的矿物大多数属于天然元素

类型的矿物，最重要的矿物是天然铂矿和锇铱矿。前者以铂为主要成分，还有其它铂系金属其生在一起；后者除有锇和铱外，也含有钌和铑等。

铂系元素的基本性质如表 22 — 2 所列。

一、铂系元素的物理和化学性质

铂系元素除锇为蓝灰色外，其余都是银白色。它们都是难熔的金属，在每一个三元素组中，金属的熔点从左到右逐渐降低，其中锇的熔点最高 (3318K) ，钯的熔点最低 (1825K) 。纯净的铂具有很好的可塑性，将铂冷轧可以制得厚度为 0.0025

毫米的箔。

铂系元素的价电子结构除 Os 和 Ir 的 ns 电子为 2 以外，其余都是 1 或

0 ，这说明铂系元素原子的最外层电子有从 ns 居填入 (n-1)d 层的强烈趋势，而见这种趋势在三元素组里随原子序的增高而增强。它们的氧化数变化和铁、钴、镍第24章 d区金属（二）第五、六周期金属

189 相似，即每一个三元素组形成高氧化态的倾向、都是从左到右逐 渐降低，重铂元素形成高氧化态的倾向比轻铂元素相应各元素大。

大多数铂系金属能吸收气体，尤其是氢气。其中钯吸收氢的功能特别大，在标淮状况下， l 体积海绵状的钯能吸收 680-850 体积的氢。催化活性高也是铂系金属的一个特性，特别是金属细粉 ( 如铂黑 ) 的催化活性更大。

铂系元素的化学稳定性非常高，常温下，与氧、硫、氯等非金属元素不起作用，但在高温下可反应。钯和铂都溶于王水，钯还可以溶于浓硝酸和热硫酸中，它是铂系 元素中最活泼的一个。而钌、铑、锇、铱连王水也不能使其溶解。在有氧化剂将在时，铂系金属与碱一起熔融都可转变成可溶性的化合物。

二、铂系元素的用途

铂系金属主要应用于化学工业及电气工业方面。例如铂 ( 俗名叫“白金” ) ，由于它的化学稳定性很高，又能耐高温，在化学上常用它制造各种反应器皿、蒸发皿、坩埚以及电极、铂网等。但是熔化的苛性碱或过氧化钠对铂的腐蚀很严重， 在高向温下，它也能被碳、硫、磷等还原性物质所侵蚀，因此使用铂器皿时应该迎守一定的操作规则。

铂和铑合金的热电偶常用来测定 1473 — 2023K 范围内的温度。铂铱的合金可制长度及质量的标准器，如保存在法国巴黎的国际米尺标本，就是用合有 90% 铂及 l0% 铱的合金做成的。锇铱的合金可以用来制造一些仪器 ( 如指南针 ) 的主要另件以及自来水笔的笔尖。