【教学课件】第十六章过渡金属元素

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十六章 过渡金属元素,表8-1 过渡金属元素（,d,区元素共23种）,周期族,B,B,B,B,B,四,Sc,Ti,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,五,Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd,六,La,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt,七,Ac,B,族，,d,区,(,n-1,),d,19,ns,12,(,例外,Pd,4d,10,5s,0,),Z,=1,，增加的电子填入,(n-2)f,亚层,57,La,4f,0,5d,1,6s,2,镧系,57,La,71,Lu,（,15,种元素）,4f,014,5d,0-1,6s,2,锕系,89,Ac,103,Lr,铹（,15,种元素）,5f,014,6d,01,7s,2,内过渡元素,8-1,过渡元素的通性,例外：,Z,=24,，,41 46,：,41,Nb,铌,4d,4,5s,1,不是,4d,3,5s,2,42,W,5d,4,6s,2,不是,4d,5,5s,1,44,Ru,钌,4d,7,5s,1,不是,4d,6,5s,2,45,Rh,铑,4d,8,5s,1,不是,4d,7,5s,2,46,Pd,钯,4d,10,5s,0,不是,4d,8,5s,2,一、价电子构型,通式：,(n-1)d,19,ns,12,决定原子轨道的能量因素,由,Z,n,决定的,：,n,l,n,和,l,竞争,L.Pauling 原子轨道近似能级图（牢记）,1,s,;,2,s,2,p,;,3,s,3,p,;,4,s,3,d,4,p,;,5,s,4,d,5,p,;,6,s,4,f,5,d,6,p,;,7,s,5,f,6,d,8-1,过渡元素的通性,原因:,(,n-1)d,与,ns,轨道能量相近,部分,(n-1)d,电子参与成键,例：,Mn,：,3 +7,均出现，主要,+2,，,+3,，,+4,，,+6,，,+7.,Fe,：,-2 +6,均出现，主要,+2,，,+3,，,+6.,（一）同一元素，多种氧化态,二、氧化态的规律,例：Sc +3,3d,1,4s,2,Cr +6,3d,5,4s,1,Mn +7,3d,5,4s,1,B,B族,：,最高氧化态=族数,（二）最高氧化态,但族：,多数最高氧化态 族数,Z,*,，不是所有,(n-1)d,电子都参与成键。,仅见Ru(VIII)和Os(VIII),例如：RuO,4,、OsO,4,Fe(VIII)和Ni(VIII)具有强氧化性,而 FeO,4,2-,高铁酸根,NiO,4,2-,高镍酸根,(三)氧化态的稳定性,1.同一周期,例,：,第一过渡系列,氧化性：,Sc,3+,TiO,2+,VO,2,+,Cr,2,O,7,2-,MnO,4,-,TiO,2+,VO,2,+,Cr,2,O,7,2-,MnO,4,-,FeO,4,2-,其中：,A,/V,Cr,2,O,7,2-,/Cr,3+,1.33,MnO,4,-,/Mn,2+,1.49,FeO,4,2-,/Fe,2+,1.84,NiO,4,2-,/Ni,2+,1.75,BB,最高氧化态,+3+7+6,最高氧化态氧化性,最高氧化态稳定性,低氧化态稳定性,1.水溶液以氧基的形式存在，,TiO,2+,，,VO,2,+,，有颜色,2.,低氧化态的化合物有颜色,高,稳,氧,CrO,4,2-,/Cr,3+,MnO,4,-,/Mn,2+,氧,定,化,MoO,4,-,/M,3+,TcO,4,-,/Tc,+3,化,性,性,WO,4,2-,/W,3+,ReO,4,-,/Re,3+,态,与A,A族规律相反！,2.同一族,I,3d,I,4d,I,5d,即,n,(n-1)d,电子电离倾向,（,d,电子云发散）,(2),形成,d-p,键,能力：,3d,4d,5d,稳定性：,CrO,4,2-,MoO4,2-,MoO4,2-,WO,4,2-,最高氧化态氧化性,对比,主族元素：恰好相反,。,AAA,第六周期,Tl,（),Pb,(),Bi,(),强氧化性,（低稳定性）,（,6s,2,惰性电子对效应,）,8-1,过渡元素的通性,Z,*,，,r,同亚层：电子数，,r,主量子数,n,=电子层数，,r,影响原子半径的因素,三、原子半径,(一)、同一周期,原子序数增加，电子数增加，半径减小,例外：,B B,(n-1)d,10,(n-1)d,10,ns,1,(n-1)d,10,ns,2,Ni 125pm,Cu 128pm Zn 133pm,原因：,d,10,电子云球形，,Z,*,增加少，而,ns,电子数目，,使电子互相作用，,r,周期,Z,*,Z,*,r/pm,二、三,1,ns,或,np,0.35,0.65,10,四、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,三、原子半径,例：La：187.7pm Lu：173.5pm,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 14,5d,01,6s,2,),；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,(,r,1pm)；,2但,57,La,71,Lu,共,15,种元素，,累积的原子半径缩小值,r,相当大,，达 14.2 pm。,镧系收缩的影响,1第五周期，B族元素钇（Y）成为“稀士”一员：,四 Sc,63,Eu,4s,7,6s,2,39,Y,4d,1,5s,2,64,Gd,4f,7,5d,1,6s,2,五 Y 198.3 180.3 180.1,六 La-Lu,67,Ho,3+,39,Y,3+,68,Er,3+,89.4 89.3 88.1,习惯上，把,Y,列入“,重稀士,”。,2紧随镧系之后的第六周期几种元素Hf（铪）,Ta（钽）和（钼）与同族第五周期元素原了半径相近，性质相似难以分离：,五 YZr NbMo,六 La-LuHf TaW,镧系收缩的影响,（二）同一副族原子半径,：第,四,周期元素,五,六,3同一副族（B,）第一电离能,I,1,相近,第五周期,第六周期,r,相近，第六周期元素,Z,*,I,1,相近,四、第一电离能I,1,的变化,影响因素,Z,*,I,1,r,I,1,(一)、同一周期,左,右,r,Z,*,I,1,和,（,I,1,+,I,2,）,(总趋势),(二)、同一副族,原子半径,r,有效核电荷,Z,*,第一电离能,I,1,第四周期 第五周期 第六周期,第四周期 第五周期 第六周期,第四周期 第六周期,七、过渡元素氧化物水合物的酸碱性,（二）低氧化态氧化物水合物,M(OH),2,、,M(OH),3,一般呈碱性，且,碱性主要取决,于,Ksp,：,Ksp,，碱性强,规律性不强,（一）最高氧化态氧化物的水合物,碱性,B B B B B,Sc(OH),3,HMnO,4,Y(OH),3,HTcO,4,La(OH),3,HReO,4,酸性,酸性,规律与主族相同,七、过渡元素氧化物水合物的酸碱性,（二）低氧化态氧化物水合物,M(OH),2,、,M(OH),3,一般呈碱性，且,碱性主要取决,于,Ksp,：,Ksp,，碱性强,规律性不强,（一）最高氧化态氧化物的水合物,碱性,B B B B B,Sc(OH),3,HMnO,4,Y(OH),3,HTcO,4,La(OH),3,HReO,4,酸性,酸性,规律与主族相同,七、过渡元素氧化物水合物的酸碱性,（二）低氧化态氧化物水合物,M(OH),2,、,M(OH),3,一般呈碱性，且,碱性主要取决,于,Ksp,：,Ksp,，碱性强,规律性不强,（一）最高氧化态氧化物的水合物,碱性,B B B B B,Sc(OH),3,HMnO,4,Y(OH),3,HTcO,4,La(OH),3,HReO,4,酸性,酸性,规律与主族相同,九、形成多碱、多酸倾向,是较高价态,M,n+,在一定pH值下,多步水解通过,羟桥键,而形成的,多核配合物,：,例：Fe(H,2,O),6,3+,水解形成,Fe,2,(H,2,O),8,(OH),2,4+,一、多碱,二个八面体共棱,pH 胶体溶液,pH Fe,2,O,3,xH,2,O,Cr,3+,、Al,3+,、类似Fe,3+,二、多酸,同多酸,：同一种含氧酸分子缩合而成,如：H,2,Mo,4,O,13,(四钼酸)、H,10,W,12,O,41,(十二钨酸),杂多酸,：两种不同含氧酸分子缩合而成,多酸,由,含氧酸缩合脱H,2,O,而形成“多酸”,如：,(,N,H,4,),3,PMo,12,O,40,1826,年,H,3,PMo,12,O,40,十二铂磷杂多酸,H,3,P W,12,O,40,十二钨磷杂多酸,H,4,SiMo,12,O,40,十二钼硅杂多酸,H,4,Si W,12,O,40,十二钨硅杂多酸,杂多酸,中心原子（,P,、,Si,、B、Ge等,）,配位体,（多钼酸根、多钨酸根）,中心原子：,B、Si、P、As、Fe、Ni、Cu、Zn、Ti,等等,配位体：,Mo、,W、,V、Nb、Ta,1908年，才真正分离出来,1929年，确定了其结构,Keggin 结 构,(,1)中心原子XO,4,形成四面体结构，,(2)配原子MO,8,形成八面体结构，三个MO,8,共边相连，,形成三个三金属簇M,3,O,10,(3)三金属簇与中心四面体之间共角相连,2:18系列，Dawson结构,1：12系列的Keggin结构,8-2,单质及不同氧化态化合物,的氧化还原性质,G,/,F,图：以相应,值作判据。,一、金属单质的还原性,(,书,P231),表,8-7,过渡金属,（M,2+,/M）值及有关热力学数据,(一)与酸作用,：,1,第一过渡系列：,（M,2+,/M）2000K,）,(四)、钛含量的测定,H,2,SO,4,-,HCl,溶解试样,放入,Al,片,TiO,2+,+Al+6H,+,=3Ti,3+,+Al,3+,+3H,2,O,(3),标准的,FeCl,3,滴定（,NH,4,SCN,做指示剂）,Ti,3+,+Fe,3+,+H,2,O=TiO,2+,+Fe,2+,+2H,+,Fe(SCN),6,3-,血红色,（一）共价化合物,固态为分子晶体，,R.T.,无色、有刺激性气味液体，,可溶于有机溶剂。,（二）极易水解,制烟雾弹。,SiCl,4(l),水解相似。,TiCl,4(l),+(x+2)H,2,O =TiO,2,xH,2,O,(s),+4HCl,(g),Ti,2,、,Ti,3,不存在，（易氧化）,TiCl,2,、,TiBr,2,晶体存在,Ti,4,不存在(水解),（三）,Lewis,酸,TiCl,4,+2HCl(,浓,)=2H,+,+TiCl,6,2-,（四）用于制,Ti(s),TiCl,4,(g)Ti(s),二、四氯化钛,TiCl,4,四、,Ti(H,2,O),6,3+,红紫色,，,d,-,d,跃迁引起。,三、二氧化钛,TiO,2,（两性）,天然二氧化钛称“金红石”，含杂质。,人工制备纯,TiO,2,俗称“钛白粉”，是优良的白色涂料，着色力强，遮盖力强，化学稳定性好，优于“锌白”（,ZnO,）和铅白（,2PbCO,3,Pb(OH),2,）等白色涂料。,TiO,2,+H,2,SO,4,=TiOSO,4,+H,2,O,TiO,2,+NaOH=NaTiO,3,+H,2,O,8-4 钒 Vanadium,一、钒单质,（一）R.T.“钝化”：,与强碱、HCl、稀H,2,SO,4,、空气、海水均不反应。,但溶于,HF(aq),、,HNO,3,、浓,H,2,SO,4,和“王水”。,例：,2 V +6 HF =2 VF,3,+2 H,2,（二）受热,时，V显,强还原性,（似Ti）。,美丽的颜色,（希腊语）,二、五氧化二钒V,2,O,5,（一）酸碱两性：,V,2,O,5,+6 NaOH =2 Na,3,VO,4,+3 H,2,O,V,2,O,5,+H,2,SO,4,=(VO,2,),2,SO,4,+3 H,2,O,（二）酸介质中，中