过渡金属元素分析PPT精品课件

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接受Ni的d电子
(σ1s)2 (σ1s*)2 (σ2s)2 (σ2s*)2 (π2p)4 (σ2p )2 (π2p*)0 (σ2p*)0 x
给予Ni的sp3杂化轨道
一方面，CO把一对电子填入Ni的sp3杂化轨道中形成σ键，
一方面又以空的π2p*轨道接受来自Ni d轨道的电子，形成π键， 从而增加配合物的稳定性，但削弱了CO内部成键，活化CO了
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作光敏剂、稳定剂和必良剂
• 二茂铁衍生物添加在高分子材料中做光敏剂，含0.1%辛酸基二 茂铁的P E 薄膜暴露在日光下，三个月完全降解。双二茂铁也用 做聚已烯薄膜光降解的光敏剂，用量为0.05—0.1%。
• 二茂铁及其衍生物可用做高分子材料的防老剂，异戊二烯橡胶 中掺入1.5—1.7mol的二茂铁，可增加耐光老化性能，已丙橡 胶硫化过程中掺入二茂铁，得到具有良好热稳定性的橡胶。用 作氯丁橡胶的硫化剂，可增加氯丁橡胶的强度。
过渡元素概述
过渡元素的通性
具有部分填充d或f壳层电子的元素。
狭义：(n-1)d1~8ns1~2 ⅢB~Ⅷ 广义：(n-1)d1~10ns1~2 ⅢB~ⅡB
8列 10列
过渡元素全部为金属，其化合物颜色多、 变 价多、形成配合物多。
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原子半径/pm
过渡元素的原子半径
过渡元素原子半径
200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100
• 二茂铁可以改善聚对苯二甲酸已二酯的抗疲劳强度，已酰基二 茂铁腙能改善已酸纤维的耐光、耐热和耐磨性。
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在生物医学方面的应用
• 二茂铁及其衍生物可用于合成的D—丙氨酸、谷胱甘肽、二茂铁青霉素、二茂铁头孢霉素、抗癌药二茂铁铂 配合物的合成，还可用作补血剂治疗缺铁性贫血症等。除上述用途外，用二茂铁的已烯基衍生物制造的含 金属的高聚物可作航飞船的外层涂料。作为铁肥有助于植物吸收，增加作物铁含量。可作杀虫、杀菌剂的 合成、研磨材料的添加剂等。

(1) 含量并不十分短缺的元素
(2) 有多种优异性质
● d = 4.54g·cm-3，比钢轻 43% ● 强度大：合金抗拉强度达180
kg·mm-2，适应温度宽
● 耐腐蚀(不怕酸、碱、海水、体液)
(3) 用途广泛：飞机、潜艇材料, 可增加深度 80%， 达 4500 m 以下； Ni-Ti记忆合金；人造关节等.
Ta、W、Re、Os、Ir、Pt. 第四过渡系：周期表中锕(89号)到112号元素。
镧系元素：镧(57号)和镥( 71号)之间的15种元素。 锕系元素：锕(89号)和铹(102号)之间的15种元素。 f区元素：镧系元素和锕系元素的总称(f区金属,内过渡元素.
镧系元素 锕系元素
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系
1/2 O2 + SO2 = SO3
● 下表中的催化剂大都是过渡元素的金属有机配合物.
某些重要的无机和金属有机工业过程中的 d 区金属催化剂
工业过程
被催化的反应
催化剂
多相催化
生产硫酸 合成氨 制造硝酸 氯碱工业 合成气制汽油 均相催化
2SO2 + O2 = 2SO3 N2 + 3H2 = 2NH3 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 2NaCl + 2H2O = Cl2 + 2NaOH + H2 CO + H2 烷烃混合物
第四过渡系
f区元素
d 区元素显示出许多区别于主族元素的性质：
● 熔、沸点高，硬度、密度大的金属大都集中在这一区 ● 不少元素形成有颜色的化合物 ● 许多元素形成多种氧化态从而导致丰富的氧化还原行为 ● 形成配合物的能力比较强，包括形成经典的维尔纳配合物

铬族元素
全水将解含为有Cr[2COr3(·OxHH2)O4]沉- 水淀溶 液 加 热 煮 沸 ， 可 完
在碱性溶液中，[Cr(OH)4]-有强还原性2，例如：
2[Cr(OH)4]-+3H2O2+2OH→2CrO4 +8H2O
（亮绿）
（黄）
在酸性溶液中，Cr3+需用很强氧化剂 ，如
S2O82-（过二硫酸根）才能将其氧化：
Na2TiO3+2H2O → H2TiO3+2NaOH
TiOSO4+2H2O → H2TiO3+H2SO4
钛族、钒族元素
（气3）和T焦iC炭l4 高最温重反要应的而Ti得卤。化物，通常同TiO2、氯 结为构共：价Ti化Cl合4中物T。i取sp3杂化，形成正四面体构型，
性质：常温下为无色液体（熔点- 23.2℃，沸点
BaCO3+TiO2 → BaTiO3+CO2
TiOSO4为白色粉末，可溶于冷水，在溶液或晶 体中实际上不存在简单的钛酰离子TiO2+，而是以
TiO2+聚合形成的金属齿状长链（TiO）n2n 形式存在。
在晶体中，这种长键彼此间由SO
连接2 起来。 4
两类盐都水解（因TiO2酸碱性均很弱），形成白 色偏钛酸（H2
许多过渡元素及其化合物具有独特的催化 性能，催化作用表现为两方面，一是反应过程 中，过渡元素可形成不稳定的配合物，这是配 合物作为中间产物可起到配位催化作用；二是 接触催化：过渡元素通过提供适宜的反应表面， 如V2O5催化制H2SO4。 （九）磁性
多数过渡元素的原子或离子有未成对电子， 所以具有顺磁性，未成对电子越多，磁距μ越 大。
第二过渡 系元素

2. 从上往下, 高氧化数化合物稳定性增加
（3）易形成配合物
• 过渡元素的离子或原子具有能级相近的外电子轨道 (n-1)d、ns、np，过渡元素的原子或离子容易形成配 合物。
• 以d、s、p组成的杂化轨道和配体孤对电子成键形成 配合物，最常见的杂化轨道为sp3、dsp2、d2sp3等。
• 同时由于过渡元素的离子半径较小，最外电子层一 般为未填满的结构dx，此d电子对核的屏蔽作用较小， 因而有效核电荷较大，对配体有较强的吸引力，所 以它们有很强的形成配合物的倾向。
• Ti-Ni合金，在冷却时从立方结构转变成菱形结构， 如果此时使之弯曲，它一直保持着这种形状。但温 度一旦升高，晶体结构又从菱形转变成立方体， Ti-Ni合金则恢复原来的形状，同时伴随着很大的恢 复力而完成较大的机械功。
（2）重要化合物
➢钛(Ti)——价电子构型3d24s2，可形成氧化数为+2、 +3、+4的化合物，其中氧化数为+4的化合物最为重要。
Zn -0.7626
稀HCl H2SO4等
值同I其。I一IB可活第族周溶泼一是期于性过过迅元非减渡渡速素氧元弱氧系从素化化金左中，性属到最与稀除活右水酸C泼作总u置的用外趋换金释,势出E属放E，氢出(MS(氢气Mc2+、气。/2M+Y/M、)均L)增为a 能大负
同族元素(除Sc分族外)自上往下金属活泼性降低
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系

ⅡB E (M2+/M)/V Ⅷ Zn -0.7626 Ni Cd -0.403 Pd Hg +0.8535 Pt
E (M2+/M)/V -0.257 +0.92 +1.2
第二、第三过渡系金属都不活泼，与氧化性酸在 加热时才能发生反应。

IB 3d104s1 Cu 128 pm
IIB 3d104s2 Zn 133 pm
原因 d10电子云球形， Z* 增加少，而ns电子数目↑， 使电子互相作用↑，r↑
对比：主族元素原子半径变化规律 (pm)
原子半径变化
周期 二、三
Z
*
Z*
1 ns或np 0.35 0.65
r/pm 10
四、五、六(d) 1 (n-1)d 0.85 0.15
5
镧系
1 (n-2)f 1 很小 镧系收缩
例：La：187.7 pm Lu：173.5 pm
r 187.8 173.5 1pm 71 57
镧系收缩 — 从57 La – 71 Lu，随着原子序数递增，增加的电 子进入(n-2) f（即4f）轨道(4f 0 ~145d 0~16s2)；对于最外层6s电 子而言，4f 电子位于次外层， Z*增加很小，因此 (1)相邻两元素原子半径仅略为缩小 (Δr ≈ 1pm)； (2) 但57 La – 71 Lu共15种元素，累积的原子半径缩小值Δr相 当大，达 14.2 pm 。
镧系收缩的影响：
(1)第五周期，IIIB族元素钇(Y)成为“稀土”一员 ：
四 Sc 63Eu 4s76s2 39Y 4d15s2 64Gd 4f75d16s2
五Y
198.3
180.3
180.1 pm
六 La-Lu 67Ho3+
39Y3+
68Er3+
89.4
89.3
88.1 pm
习惯上，把Y列入“重稀土”。
见教材p.221-222, 表8-2 –表8-4.
2. 同一副族原子半径：第四周期元素 < 五 ~ 六

子
[Ti(H2O)6]4++2H2O [Ti((OH)2(H2O)4]2++2H3O+
(TiO)n2n+链（TiO2+称为钛铣离子）
Ti
Ti
Ti
OOOOOO
Ti
Ti
Ti
Ti
第二十章 过渡金属（一）
§20.1钛副族
4、三氯化钛 (Titanium Trichloride)
制备 2TiCl4＋H2 2TiCl3＋2HCl
制备
将二氧化钛（金红石矿）和碳粉混合加 热至1000K ~ 1100K进行氯化制得气态TiCl4， 冷凝即得到液体TiCl4：
2TiO2+2C+4Cl2
2TiCl4+2CO2
TiO2 + CCl4 = TiCl4 + CO2
第二十章 过渡金属（一）
性质
§20.1钛副族
性质一：水解性 TiCl4 + H2O = TiOCl2(钛酰氯) + 2HCl TiCl4 + 3H2O = TiO2.nH2O + 4HCl
价轨道：(n 1)d、ns、np
第二十章 过渡金属（一）
§20.1钛副族
§20-1 钛副族
一、钛副族概述
Ti
Zr
Hf
地壳中的丰度/%
钛在地壳中丰度居第十位，是稀有金属。
第二十章 过渡金属（一）
➢化学性质
§20.1钛副族
• 钛能溶于热盐酸和热硝酸中
2Ti + 6HCl = 2TiCl3 + 3H2 2Ti + 3H2SO4 = Ti2(SO4)3 + 3H2 • 钛最好的溶剂是氢氟酸：

器件
化学工业：用 航空航天工业： 于制造催化剂、 用于制造耐高 染料、农药等 温、耐腐蚀的
合金材料
核工业：用于 制造核燃料和 核反应堆的部
件
环保工业：用 于处理废水、 废气等污染物
过渡元素在生物体内 的作用：如铁、铜、 锌等在血液、骨骼、 神经等系统中的作用
过渡元素在药物中 的应用：如铁、铜、 锌等在药物中的作 用
汇报人：
原子结构：过渡元素原子核外电子排布具有周期性规律 电子排布：过渡元素原子核外电子排布具有周期性规律 电子排布特点：过渡元素原子核外电子排布具有周期性规律 电子排布规律：过渡元素原子核外电子排布具有周期性规律
金属性：过渡元素中，金属性最强的是铼，最弱的是铋 非金属性：过渡元素中，非金属性最强的是铋，最弱的是铼 电离能：过渡元素中，电离能最高的是铼，最低的是铋 过渡元素的物理性质与其金属性和非金属性有关，电离能是衡量元素化学性质的重要指标
磁性：过渡 元素具有磁 性，其中铁、 钴、镍等元 素具有较强 的磁性
热导率：过 渡元素的热 导率较高， 其中铜、银 等元素具有 较高的热导 率
电导率：过 渡元素的电 导率较高， 其中铜、银 等元素具有 较高的电导 率
熔点：过 渡元素的 熔点较高， 其中钨、 钼等元素 具有较高 的熔点
硬度：过 渡元素的 硬度较高， 其中钨、 钼等元素 具有较高 的硬度
应用：氧化物和氢氧化物在工业、化学实验和日常生活中有广泛的应用，如催化剂、颜料、药物等
盐类：过渡元素与 酸或碱反应生成的 化合物，如氯化铁、 硫酸铜等
络合物：过渡元素 与有机配体形成的 化合物，如铁氰化 钾、铜氨络合物等
性质：盐类和络合物 具有不同的物理和化 学性质，如颜色、溶 解度、稳定性等