课件无机化学23 第四周期d区金属共125页
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2024年无机化学课件
无机化学课件一、引言无机化学是研究无机物质的组成、结构、性质、变化规律及其应用的一门基础学科。
无机化学课件旨在为学生提供系统的无机化学知识，培养学生的无机化学素养，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
本文档将围绕无机化学课件的结构、内容、特点等方面进行详细阐述。
二、无机化学课件的结构1.总论总论部分主要包括无机化学的基本概念、研究对象、研究方法和发展趋势等。
通过这部分内容的学习，学生可以对无机化学有一个全面、系统的认识。
2.化学元素与化合物化学元素与化合物部分主要介绍无机化学中常见的元素、离子和化合物的性质、变化规律及应用。
内容包括：元素周期表、主族元素、过渡元素、金属与非金属、离子化合物和共价化合物等。
3.化学反应原理化学反应原理部分主要介绍无机化学中的基本反应类型、反应机理和动力学等内容。
通过这部分内容的学习，学生可以了解无机化学反应的基本规律，为后续实验课程打下基础。
4.实践与应用实践与应用部分主要介绍无机化学在工业、农业、医药等领域的应用，以及无机化学实验技术。
这部分内容旨在培养学生的实际操作能力，提高学生的无机化学素养。
5.习题与思考题习题与思考题部分包括大量的习题和思考题，旨在帮助学生巩固所学知识，提高分析问题和解决问题的能力。
三、无机化学课件的内容1.总论（1）无机化学的基本概念：介绍无机化学的定义、研究对象和特点。
（2）无机化学的研究方法：介绍无机化学的实验方法和理论方法。
（3）无机化学的发展趋势：介绍无机化学在科学研究和实际应用中的新进展。
2.化学元素与化合物（1）元素周期表：介绍元素周期表的结构、周期性规律和元素性质。
（2）主族元素：介绍主族元素的电子层结构、化学性质和反应类型。
（3）过渡元素：介绍过渡元素的电子层结构、化学性质和配位化合物。
（4）金属与非金属：介绍金属和非金属的性质、变化规律和鉴别方法。
（5）离子化合物和共价化合物：介绍离子化合物和共价化合物的结构、性质和命名方法。
无机化学 第23章
5
重庆
文理学院
第三过渡系：周期表中第六周期的d区(5d)元素
包括Hf、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.
6
重庆
文理学院
第一过渡系
第二过渡系 第三过渡系
第四过渡系
镧系元素 锕系元素
7
f区元素
重庆
文理学院
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 维尔纳配合物和金属有机配合物
素金属离子 M 2+ (aq) 的颜色与此有关.
26
重庆
文理学院
● 荷移跃迁: 电荷从一个原子向另一个原子的转移 配位体—金属荷移跃迁(LMCT) 金属—配位体荷移跃迁(MLCT)
水溶液中[CrCl(NH3)5]2+ 的紫外-可见光谱
[CrCl(NH3)5]2+
27
Cl-上未配位的 一对孤对电子向 以金属为主的轨 道上跃迁
21
水合氧化物的酸性增强，碱性减弱。
重庆
文理学院
•23-2-4 氧化还原稳定性(自学) •23-2-5 配位性(自学) •23-2-6 水合离子的颜色和含氧酸根 的颜色
颜料 是指不溶解于、只能以微粒状 态分散于粘合剂中的着色剂.
Yellow lead chromate
重庆
文理学院
第三过渡系：周期表中第六周期的d区(5d)元素
包括Hf、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.
6
重庆
文理学院
第一过渡系
第二过渡系 第三过渡系
第四过渡系
镧系元素 锕系元素
7
f区元素
重庆
文理学院
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 维尔纳配合物和金属有机配合物
素金属离子 M 2+ (aq) 的颜色与此有关.
26
重庆
文理学院
● 荷移跃迁: 电荷从一个原子向另一个原子的转移 配位体—金属荷移跃迁(LMCT) 金属—配位体荷移跃迁(MLCT)
水溶液中[CrCl(NH3)5]2+ 的紫外-可见光谱
[CrCl(NH3)5]2+
27
Cl-上未配位的 一对孤对电子向 以金属为主的轨 道上跃迁
21
水合氧化物的酸性增强，碱性减弱。
重庆
文理学院
•23-2-4 氧化还原稳定性(自学) •23-2-5 配位性(自学) •23-2-6 水合离子的颜色和含氧酸根 的颜色
颜料 是指不溶解于、只能以微粒状 态分散于粘合剂中的着色剂.
Yellow lead chromate
无机化学_二十三章_第四周期d区金属
配位性
配合能力强，易形成一系列配合物，因d轨 道不满而参加成键时易形成内轨型配合物。 它们的电负性较大，金属离子与配体间的相 互作用加强，形成较稳定的配合物。 中心离子半径在0.075~0.06nm范围内的配合 物表现的较突出，主要表现在配位体交换慢， 有些很慢。 如：CrCl3· 2O在水溶液中长 6H 期放置：
铼
107
锇
铱
铂
110
Rf
105
Db
106Sgຫໍສະໝຸດ Bh108 Hs 109
Ac-Lr
钅 钅 钅 钅 钅 钅 Uun 卢 杜 喜 波 黑 麦
第三过渡 系元素
23-2 第一过渡系元素的基本性质
23-2-1 23-2-2 23-2-3 碱性 23-2-4 23-2-5 23-2-6 23-2-7
IIIB族是它们中最活泼的金属，性质与碱 土金属接近。同族元素的活泼性从上到下依次 减弱。
氧化态
过渡金属元素有可变氧化态，通常有小于它们族 数的氧化态。 1.第一过渡系元素除钪外都可失去4s 2形成+II氧化 态阳离子。 2.由于3d和4s轨道能级相近，因而可失去一个3d 电 子形成+III氧化态阳离子。 3.随着原子序数的增加，氧化态先是逐渐升高，达到 与其族数对应的最高氧化态，从Ti到Mn的最高氧化 态往往只在氧化物、氟化物或氯化物中遇到，随后出 现低氧化态。 4.同一元素氧化态的变化是连续的。 5.第一过渡系列后半部的元素（V,Cr,Mn,Fe,Co） 能出现零氧化态，它们与不带电的中性分子配位体形 成羰基配合物。
氧化还原稳定性
各元素不同氧化态化合物氧化还原稳定性的变化趋 势与规律： 1.第四周期过渡金属元素氧化态的标准电极电势从左至 右由负值逐渐增加到正值，表明同周期金属还原性依次 减弱。 2.第四周期过渡金属元素繁荣最高氧化态含氧酸的标准 电极电势从左至右随原子序数的递增而增大，即氧化态 逐渐增强。 3.第四周期过渡金属元素的中间氧化态化合物在一定条 件下不稳定，既可发生氧化反应，也可发生还原反应， 有一些元素的化合物（如Cu+、 V3+、Mn3+、 MnO42-）还可发生歧化反应。
无机化学(本科)全套教学课件pptx-2024鲜版
9
酸碱平衡常数计算与应用
2024/3/28
酸碱平衡常数定义
01
表示酸碱反应平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积
的比值。
酸碱平衡常数计算
02
通过测定平衡时各物质的浓度，利用平衡常数表达式进行计算。
酸碱平衡常数应用
03
用于预测酸碱反应的方向、程度和速率，以及判断酸碱的强度。
10
沉淀溶解平衡原理及影响因素
氧化剂与还原剂
氧化剂接受电子，还原剂失去电 子。 2024/3/28
氧化还原反应类型
根据反应物和生成物的性质分类， 如金属与非金属、酸与碱等。
氧化数概念
表示元素在化合物中的氧化状态， 通过计算化合价确定。
14
原电池与电解池工作原理
原电池工作原理
将化学能转化为电能的装置，由正负极和电 解质组成。
电极反应与电池反应
无机化学(本科)全套教 学课件pptx
2024/3/28
1
contents
目录
• 无机化学概述与基础知识 • 酸碱反应与沉淀溶解平衡 • 氧化还原反应与电化学基础 • 配位化合物与金属有机化学 • 无机固体化学与纳米材料 • 无机合成与绿色合成技术
2024/3/28
2
01
无机化学概述与基础知识
2024/3/28
2024/3/28
沉淀的溶解
利用某些试剂使已生成的 沉淀溶解，如胃药中的氢 氧化铝治疗胃酸过多。
分步沉淀
当溶液中存在多种难溶电 解质时，通过控制条件可 实现分步沉淀，从而分离 出各种难溶电解质。
12
03
氧化还原反应与电化学基础
2024/3/28
13
氧化还原反应原理及类型
二十三d区金属一四周期d区金属PPT课件
稀土元素
第一过渡系 第二过渡系
第三过渡系 第四过渡系
镧系元素 锕系元素
f区元素
内过渡元素
●过渡元素的性质特点 ①各元素间从左到右的水平相似性： ②不同于主族，周期性变化规律不明显，原子半径、电离能随原子序数 增加，虽变但不显著，
d 区元素显示出许多区别于主族元素的性质：
①它们都是金属。它们的硬度较大，熔点和沸点较高，导热、导电性 能好，延性及展性好。它们相互之间或与其它金属元素易生成合金。 ②大部分金属的电极电势为负值，即还原能力较强。例如第一过渡系 元素一般都有能从非氧化性酸中置换出氢。 ③除少数例外，它们都存在多种氧化态从而导致丰富的氧化还原行为。 ④它们的水合离子和酸根离子常呈现一定的颜色。 ⑤它们的原子或离子形成配合物的倾向都有较大。
d 电子组态 d1 d2 d3
d4
d5 d6 d7
d8
d9 d10
M2+(aq) Sc2+ Ti2+ V2+ Cr2+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+ Zn2+
稳定性增大
同周期元素族氧化态稳定性变化趋势
● 红色为常见的氧化态 ● 同期自左至右形成族氧化态的能力下降 ●同期自左至右低氧化态稳定上升 由图清楚说明了由Sc 至 Cu 族氧化态的热力 学稳定性趋势
(3) 金属单质的物理性质 ●熔点、沸点高
熔点最高的单质： 钨(W) 3683±20℃
●硬度大 ●密度大
硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
密度最大的单质： 锇(Os ) 22.48 g·cm-3
●导电性，导热性，延展性好 ●过渡元素的单质：原子半径较小，而彼此排列紧密，未成对d电子、s电
第23章+d区金属(一)sk
无机化学
从上→下 过渡元素同一族 从上 下，金属性减弱 从上→ 碱性增强， 从上 下，碱性增强，酸性减弱 从上→ 非过渡元素同一族 从上 下，金属性增强 从上→ 碱性增强， 从上 下，碱性增强，酸性减弱 决定金属性强弱 原子半径 从原子结构出发解释
有效核电荷 决定氧化物水合物酸碱性 离子半径 从离子结构出发解释 离子电荷
区金属（ 第23章 d区金属（一） 章 区金属 第四周期d区金属 第四周期 区金属
• • • • • • • •
无机化学
23-1 引言 23-2 第一过渡系元素的基本性质 23-3 钪（了解） 了解） 23-4 钛 23-5 钒 23-6 铬 23-7 锰 23-8 铁 钴 镍
23-1 引言
d区金属 ：在元素周期表中具有部分填 区金属 充的d电子的过渡元素，因都是金属，称为d 充的d电子的过渡元素，因都是金属，称为d 电子的过渡元素 区金属 。由于铜族元素的某些氧化态也有部 分填充的d电子有关， 分填充的 电子有关，所以铜族元素也常归 电子有关 于过渡元素。 于过渡元素。
无机化学
2. 原因： 原因： 价电子结构，同周期 轨道中价电子数增加， 轨道中价电子数增加 价电子结构，同周期3d轨道中价电子数增加，氧化 态升高， 轨道中电子数达到 或超过5时 态升高，当3d轨道中电子数达到 或超过 时，3d 轨道中电子数达到5或超过 轨道逐渐趋向稳定， 轨道逐渐趋向稳定，因此高氧化态逐渐不稳定 （呈现氧化性）随后，氧化态降低(Fe,3d64s2 ，+3) 呈现氧化性）随后，氧化态降低 同族：从上向下， 与 轨道能量越接近 轨道能量越接近， 同族：从上向下，d与s轨道能量越接近，从上 向下高氧化态趋向于比较稳定（与主族相反） 向下高氧化态趋向于比较稳定（与主族相反） 主族是由于惰性电子对之故 之故。 而主族是由于惰性电子对之故。
大学无机化学d区元素介绍
失去结晶水
失去结晶水
水溶液中铬的各种离子
颜色
Cr2O
27
橙红
CrO
24
黄
Cr3+(aq) 紫
Cr(OH)
4
亮绿
Cr2+(aq) 蓝
Cr2+(aq)
存在的pH
＜2
＞6
酸性
强碱 酸性
Cr3+(aq)
1. （1）Cr(Ⅵ) 含氧酸及其离子在溶液中的转化
•H2Cr2O7, H2CrO4均为强酸,仅存在于稀溶液
(2) Cr(Ⅵ) 的难溶盐 铬酸盐比相应的重铬酸盐溶解度小。 Ksp(Ag2CrO4) =1.1×10-12 Ksp(Ag2Cr2O7 )=2.0×10-7
4Ag Cr2O72- H2O 2Ag2CrO4 (s,砖红) 2H 2Ba2 Cr2O72- H2O 2BaCrO4 (s,柠檬黄)2H 2Pb2 Cr2O72- H2O 2PbCrO4 (s,黄) 2H
如：VH18，TaH0.76，LaNiH5.7 。 4. 与硼、碳、氮形成间充式化合物。
5.多种氧化态 红色为常见的氧化态
§12.2 钛 钒
12.2.1.（1）金属钛的物理性质
银白色光泽，熔点较高，密度比钢小，机 械强度大，抗腐蚀性很强。 航天、航海、军械兵器等部门不可缺少的 材料。
12.2.1 （2）钛的 化合物
18
•V2O5与强酸反应（pH < 1） 得到的不是五价钒离子，而是含五价钒的钒氧离子：
V2O5 + 2H+ = 2VO2+ + H2O
•五氧化二钒具有氧化性，可以氧化盐酸：
V2O5 + 6HCl = 2VOCl2 + Cl2 + 3H2O
失去结晶水
水溶液中铬的各种离子
颜色
Cr2O
27
橙红
CrO
24
黄
Cr3+(aq) 紫
Cr(OH)
4
亮绿
Cr2+(aq) 蓝
Cr2+(aq)
存在的pH
＜2
＞6
酸性
强碱 酸性
Cr3+(aq)
1. （1）Cr(Ⅵ) 含氧酸及其离子在溶液中的转化
•H2Cr2O7, H2CrO4均为强酸,仅存在于稀溶液
(2) Cr(Ⅵ) 的难溶盐 铬酸盐比相应的重铬酸盐溶解度小。 Ksp(Ag2CrO4) =1.1×10-12 Ksp(Ag2Cr2O7 )=2.0×10-7
4Ag Cr2O72- H2O 2Ag2CrO4 (s,砖红) 2H 2Ba2 Cr2O72- H2O 2BaCrO4 (s,柠檬黄)2H 2Pb2 Cr2O72- H2O 2PbCrO4 (s,黄) 2H
如：VH18，TaH0.76，LaNiH5.7 。 4. 与硼、碳、氮形成间充式化合物。
5.多种氧化态 红色为常见的氧化态
§12.2 钛 钒
12.2.1.（1）金属钛的物理性质
银白色光泽，熔点较高，密度比钢小，机 械强度大，抗腐蚀性很强。 航天、航海、军械兵器等部门不可缺少的 材料。
12.2.1 （2）钛的 化合物
18
•V2O5与强酸反应（pH < 1） 得到的不是五价钒离子，而是含五价钒的钒氧离子：
V2O5 + 2H+ = 2VO2+ + H2O
•五氧化二钒具有氧化性，可以氧化盐酸：
V2O5 + 6HCl = 2VOCl2 + Cl2 + 3H2O
2024版无机化学课件
金属材料
利用无机化学原理对金属材料进行表面处理、合 金化等改性处理，提高其性能和使用寿命。
3
纳米材料 无机化学方法在纳米材料的制备和表征方面具有 独特优势，为纳米科技的发展提供了有力支持。
生物医药领域
生物矿化
01
无机化学在生物矿化过程中起着重要作用，如骨骼、牙齿的形
成与修复等。
药物载体
02
利用无机纳米材料作为药物载体，可以提高药物的靶向性和生
较弱，无方向性和饱和性，对物质 的物理性质如熔沸点、溶解度等有
影响。
氢键的形成与特点
氢原子与电负性较大的原子（如N、 O、F）之间形成的特殊作用力，具 有方向性和饱和性，对物质的物理 性质有显著影响。
氢键对物质性质的影响
使物质的熔沸点升高，溶解度增大， 并对生物大分子的结构和功能有重 要作用。
04
元素周期律
元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化，这个规律 叫做元素周期律。元素周期律是元素周期表的高度概括，它只 用简单的一句话，概括了元素性质的变化与元素的原子结构的 关系。
03
化学键与分子结构
离子键及其性质
离子键的形成
由阴、阳离子之间通过静电作用所形成 的化学键，通常存在于金属元素与非金 属元素之间。
过渡元素及其化合物
过渡元素的通性
具有未充满的d电子层，常形成 多种氧化态和配合物。
铬的化合物
如重铬酸钾、铬酸等，具有强氧 化性，常用于电镀和鞣革等。
锰的化合物
如高锰酸钾、二氧化锰等，具有 强氧化性和催化性能。
铁的化合物
如硫酸亚铁、氯化铁等，具有还 原性和氧化性，常用于制备磁性
材料和颜料等。
06
无机化学在生活中的应用
利用无机化学原理对金属材料进行表面处理、合 金化等改性处理，提高其性能和使用寿命。
3
纳米材料 无机化学方法在纳米材料的制备和表征方面具有 独特优势，为纳米科技的发展提供了有力支持。
生物医药领域
生物矿化
01
无机化学在生物矿化过程中起着重要作用，如骨骼、牙齿的形
成与修复等。
药物载体
02
利用无机纳米材料作为药物载体，可以提高药物的靶向性和生
较弱，无方向性和饱和性，对物质 的物理性质如熔沸点、溶解度等有
影响。
氢键的形成与特点
氢原子与电负性较大的原子（如N、 O、F）之间形成的特殊作用力，具 有方向性和饱和性，对物质的物理 性质有显著影响。
氢键对物质性质的影响
使物质的熔沸点升高，溶解度增大， 并对生物大分子的结构和功能有重 要作用。
04
元素周期律
元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化，这个规律 叫做元素周期律。元素周期律是元素周期表的高度概括，它只 用简单的一句话，概括了元素性质的变化与元素的原子结构的 关系。
03
化学键与分子结构
离子键及其性质
离子键的形成
由阴、阳离子之间通过静电作用所形成 的化学键，通常存在于金属元素与非金 属元素之间。
过渡元素及其化合物
过渡元素的通性
具有未充满的d电子层，常形成 多种氧化态和配合物。
铬的化合物
如重铬酸钾、铬酸等，具有强氧 化性，常用于电镀和鞣革等。
锰的化合物
如高锰酸钾、二氧化锰等，具有 强氧化性和催化性能。
铁的化合物
如硫酸亚铁、氯化铁等，具有还 原性和氧化性，常用于制备磁性
材料和颜料等。
06
无机化学在生活中的应用
【精选】无机化学元素周期表PPT课件
样, 电子亲和能也有第一、第二、…之分. 元素第一电子 亲和能的正值表示放出能量, 负值表示吸收能量。
X(g) + e- == X- (g) X- (g) + e- == X 2- (g)
AΔrHm
例如，O- (g) + e- == O2- (g) A2 = -780 kJ . mol-1
◆ 电子亲和能是气态原子获得一个电子过程中能量变化的一种量度。 ◆ 与电离能相反，电子亲和能表达原子得电子难易的程度。 ◆ 元素的电子亲和能越大，原子获取电子的能力越强,即非金属性越强。
主族元素的化合价
+1 +2
+3 +4 +5 -4 -3
+6 +7 -2 -1
RH4 RH3 H2R HR
R2O RO R2O3 RO2 R2O5 RO3 R2O7
E (g) == E+ (g) + e- I 1
E+ (g) ==E 2+ (g) + e- I 2
● ● ●
I1<I2<I3<I4
同周期总趋势： 自左至右增大
同族总趋势： 自上至下减小
电子亲和能Y ( electron affinity)
电子亲和能是指一个气态原子得到一个电子形成负
离子时放出或吸收的能量, 常以符号Y表示。像电离能一
15.3 pm
◆ 第一过渡系10个元素平均减小: [ r(Sc) - r(Zn)]/9 = [164 pm - 137 pm]/9 =
3.0 pm
◆ 镧系15个元素平均减小:
[ r(La) - r(Lu)]/14 = [188 pm - 173pm]/14 =
X(g) + e- == X- (g) X- (g) + e- == X 2- (g)
AΔrHm
例如，O- (g) + e- == O2- (g) A2 = -780 kJ . mol-1
◆ 电子亲和能是气态原子获得一个电子过程中能量变化的一种量度。 ◆ 与电离能相反，电子亲和能表达原子得电子难易的程度。 ◆ 元素的电子亲和能越大，原子获取电子的能力越强,即非金属性越强。
主族元素的化合价
+1 +2
+3 +4 +5 -4 -3
+6 +7 -2 -1
RH4 RH3 H2R HR
R2O RO R2O3 RO2 R2O5 RO3 R2O7
E (g) == E+ (g) + e- I 1
E+ (g) ==E 2+ (g) + e- I 2
● ● ●
I1<I2<I3<I4
同周期总趋势： 自左至右增大
同族总趋势： 自上至下减小
电子亲和能Y ( electron affinity)
电子亲和能是指一个气态原子得到一个电子形成负
离子时放出或吸收的能量, 常以符号Y表示。像电离能一
15.3 pm
◆ 第一过渡系10个元素平均减小: [ r(Sc) - r(Zn)]/9 = [164 pm - 137 pm]/9 =
3.0 pm
◆ 镧系15个元素平均减小:
[ r(La) - r(Lu)]/14 = [188 pm - 173pm]/14 =
d区金属(一)第四周期d区金属(精)
最高氧化态氧化物及其水合氧 化物的酸碱性
同种元素，不同氧化态的氧化物，其酸碱性随氧化 数的降低酸性减弱，碱性增强。 Mn2O7 MnO3 MnO2 Mn2O3 MnO 强酸性 酸性 两性 弱碱性 碱性 这是由于其水合物中非羟基氧的数目减少。 同一过渡系内各元素的最高氧化态的氧化物及水合 物，从左到右碱性减弱，酸性增强。 Sc2O3 TiO2 CrO3 Mn2O7 强碱 两性 酸性 强酸 同族元素，自上而下各元素相同氧化态的氧化物及 其水合物，通常是酸性减弱，碱性增强。 H2CrO4 H2MoO4 H2WO4 中强酸 弱酸 两性偏酸性
23-4 钛
23-4-1 概述 23-4-2 钛的重要化合物
23-5 钒
23-5-1 概述 23-5-2 钒的重要化合物
23-6 铬
23-6-1 概述 23-6-2 铬的重要化合物 23-6-3 含铬废水的处理（自学）
23-7 锰
23-7-1 概述 23-7-2 锰的重要化合物
氧化还原稳定性
各元素不同氧化态化合物氧化还原稳定性的变化趋势 与规律： 1.第四周期过渡金属元素氧化态的标准电极电势从左至右 由负值逐渐增加到正值，表明同周期金属还原性依次减 弱。 2.第四周期过渡金属元素繁荣最高氧化态含氧酸的标准电 极电势从左至右随原子序数的递增而增大，即氧化态逐 渐增强。 3.第四周期过渡金属元素的中间氧化态化合物在一定条件 下不稳定，既可发生氧化反应，也可发生还原反应，有 一些元素的化合物（如Cu+、 V3+、Mn3+、 MnO42-）还 可发生歧化反应。
第23章 d区金属（一）第四周 期d区金属
23-1 引言 23-2 第一过渡元素的基本性质 23-3 钪（自学） 23-4 钛 23-5 钒 23-6 铬 23-7 锰 23-8 铁 钴 镍 习题
第19章d区金属(一)第四周期d区金属
1
FeTiO3 + 2H2SO4 === TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O D TiOSO4 + 2H2O H2TiO3↓+ H2SO4 D H2TiO3 TiO2 + H2O 从热力学原理看： TiO2(s) + 2Cl2(g) === TiCl4(g) + O2(g)
ห้องสมุดไป่ตู้反应不自发
而
TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) === TiCl4(g) + 2CO(g)
Δ r H θ = -72.4 kJ × mol -1
θ Δ r S = 0.220 kJ × K -1 × mol -1
若 T＝1000K 时
θ 1 ∆ rG ＝－292.4kJ∙mol ＜0
n+ O2 2－→M 的荷移跃迁。
19.2 Sc2O3 在哪些性质上与 Al2O3 相似，为什么？
3+ 3+ 答： （1）都为碱性氧化物。在 Sc 、Al 溶液中加碱得水合氧化物 M2O3·nH2O(M=Sc、Al)。 3+ （2）其水合氧化物都是两性的，溶于浓碱 NaOH 得 Na3[M(OH)6]，溶于酸得到 M 盐，其水
D r H θ = 148 . 9 kJ × mol -1
θ D r S = 0 . 041 kJ × K -1 × mol -1
，
θ θ θ 若 T＝2000K 时，根据∆ rG ＝∆ rH T∆ rS θ 1 则∆ rG ＝66.9kJ∙mol ＞0
反应可自发
19.4 根据以下实验说明产生各种现象的原因并写出有关反应方程式。 （1）打开装有四氯化钛的瓶塞，立即冒白烟； （2）向此瓶中加入浓盐酸和金属锌时，生成紫色溶液； （3）缓慢地加入氢氧化钠至溶液呈碱性，则析出紫色沉淀； （4）沉淀过滤后，先用硝酸，然后用稀碱溶液处理，有白色沉淀生成。 解： （1）TiCl4 在潮湿空气中易发生水解，产生的白色的二氧化钛的水合物 TiO2∙nH2O。 TiCl4 + 3H2O === H2TiO3↓+ 4HCl 或 TiCl4 + 2H2O == TiO2+ 4HCl （2）2TiCl4 + Zn === 2TiCl3 + ZnCl2
2018年安徽化学竞赛 无机 23第23章d区元素(共55页PPT)
END
§23-7 锰
一、概述 • 1774年瑞典化学家甘恩发现的。 • 锰在地壳层的丰度是0.1%， 占12位，在 过渡元素中排第三位，仅次于铁和钛。 • 近年来发现在巨大面积的海洋表层中存 在有约1012吨以上的锰结核。 • 我国在1991年获准开发的7.5万km2海底 里，1999年探明有多金属结核60000吨。
七、磁性及催化性 • 大多数过渡元素及其化合物具有顺磁性， 因为它们有未成对的电子。 • 在催化性能上，许多过渡元素的金属及 化合物都有突出表现。
§23-6 铬
一、概述 1797年法国化学家沃克兰在研究西伯利亚红 铅矿时发现了铬。 实验： • 红铅矿石+碳酸钾→碳酸铅+ 鲜黄色溶液 • 鲜黄色溶液+铅盐→黄色沉淀物 • 鲜黄色溶液+SnCl2 →绿色溶液 • 命名：hromium “色彩艳丽”
无机化学
第23章 d区金属
§23-1 引言
• d区元素：这一区元素具有部分填充的d 壳层的电子。 • 由于Cu2+具有3d9组态，所以常把铜族元 素也作为过渡金属。 • d区过渡元素分为： 第一过渡系（第四周期d区金属） 第二过渡系（第五周期d区金属） 第三过渡系（第六周期d区金属） 内过渡元素：镧系和锕系
1 . 4 8 1 . 1 1 . 4 2 -0 . 1 3 C r ( O H ) C r O C r ( O H ) 碱 性 介 质 3 4 C r 2 1 . 2 C r O 2
(1) 在酸性溶液中Cr(VI)具有较强氧化性，而Cr(II)有 强还原性， Cr(III)稳定。 (2) 在碱性溶液中, Cr(VI)的氧化性很弱, Cr(III)易被氧 化为Cr(VI)。
单 质 铬 • • • • • • 铬是银白色有光泽的金属 纯时相当软；含有杂质时硬而脆 具有较高熔点 铬是金属中最硬的 铬易与其他金属形成合金 含铬12%的钢称为“不锈钢”
无机化学演示文稿23244 教学课件
Ti2(SO4)3+Fe2(SO4)3===2Ti(SO4)2+2FeSO4 二价钛具有更强的还原性。
23-5-1 概述
23-5 钒
一、存在:丰度 0.009％，含量不少，但分散，主要有 矾钛铁矿，钒酸钾铀矿，钒铅矿。
二、性质和用途
电子构型为(n-1)d3ns2 价态有+V、+IV、+III、+II, V、Nb、Ta以+V价 最稳定，V的+IV价也较稳定。
2.由于3d和4s轨道能级相近，因而可失去一个3d 电子形成+III氧化态阳离子。
3.随着原子序数的增加，氧化态先是逐渐升高，达 到与其族数对应的最高氧化态，从Ti到Mn的最高 氧化态往往只在氧化物、氟化物或氯化物中遇到， 随后出现低氧化态。
4.同一元素氧化态的变化是连续的。
5.第一过渡系列后半部的元素（V,Cr,Mn,Fe,Co） 能出现零氧化态，它们与不带电的中性分子配位体 形成羰基配合物。
过渡金属的离子18电子构型又使它们具有较大 的变形性易于作为形成配合物的中心体.在水溶液 或晶体中,所有过渡金属的+III和+II氧化态的配 合物，通常是四或六配位的，在化学性质方面也 具有相似性。
23-2-6 水合离子的颜色和含氧酸根颜色
Mn (Ⅱ) Fe(Ⅱ) Co(Ⅱ) Ni(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ)
23-2-4 氧化还原稳定性
从各元素电势图得出各元素不同氧化态化合 物氧化还原稳定性的变化趋势与规律：
1.第四周期过渡金属元素+2氧化态的标准电极电 势从左至右由负值逐渐增加到正值，表明同周期 金属还原性依次减弱。
2.第四周期过渡金属元素的最高氧化态含氧酸的标 准电极电势从左至右随原子序数的递增而增大， 即氧化性逐渐增强。
23-5-1 概述
23-5 钒
一、存在:丰度 0.009％，含量不少，但分散，主要有 矾钛铁矿，钒酸钾铀矿，钒铅矿。
二、性质和用途
电子构型为(n-1)d3ns2 价态有+V、+IV、+III、+II, V、Nb、Ta以+V价 最稳定，V的+IV价也较稳定。
2.由于3d和4s轨道能级相近，因而可失去一个3d 电子形成+III氧化态阳离子。
3.随着原子序数的增加，氧化态先是逐渐升高，达 到与其族数对应的最高氧化态，从Ti到Mn的最高 氧化态往往只在氧化物、氟化物或氯化物中遇到， 随后出现低氧化态。
4.同一元素氧化态的变化是连续的。
5.第一过渡系列后半部的元素（V,Cr,Mn,Fe,Co） 能出现零氧化态，它们与不带电的中性分子配位体 形成羰基配合物。
过渡金属的离子18电子构型又使它们具有较大 的变形性易于作为形成配合物的中心体.在水溶液 或晶体中,所有过渡金属的+III和+II氧化态的配 合物，通常是四或六配位的，在化学性质方面也 具有相似性。
23-2-6 水合离子的颜色和含氧酸根颜色
Mn (Ⅱ) Fe(Ⅱ) Co(Ⅱ) Ni(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ)
23-2-4 氧化还原稳定性
从各元素电势图得出各元素不同氧化态化合 物氧化还原稳定性的变化趋势与规律：
1.第四周期过渡金属元素+2氧化态的标准电极电 势从左至右由负值逐渐增加到正值，表明同周期 金属还原性依次减弱。
2.第四周期过渡金属元素的最高氧化态含氧酸的标 准电极电势从左至右随原子序数的递增而增大， 即氧化性逐渐增强。
第四周期d区金属
第23章 d区金属（一） 第四周期d区金属
本章教学要求
1．掌握过渡元素的价电子构型特点及其与元素通性的关系；
2． 掌握第四周期d区金属元素氧化态、最高氧化态氧化物 及其水合氧化物的酸碱性、氧化还原稳定性、水合离子以 及含氧酸根颜色等变化规律 ；
3．掌握第一过渡系元素Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的单 质及化合物的性质和用途；
f 区：(n-2)f1-14 (n-1)d0-2ns2
锕系全部 是放射性
元素
23-2 第一过渡系元素的基本性质
2-1 过渡元素的价电子构型
元素
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni
价电子构型 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2
上周 到期 下基 原本 子接 半近 径
略
增 加
镧系收缩
镧系元素的原子(离子)半径, 随着原子序数增大而缩小。
(n-2)f0~14(n-1)d0~1ns2
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
φ0A（MIV/M）
-0.86 -1.46 -1.51
(1) 不与水、空气、稀酸等反应。
表面容易形成氧化膜保护层， 所以它们具有抗腐蚀性。
钛能与热浓盐酸或热硝酸反应， 但Zr和Hf则不溶，它们最好溶剂是氢氟酸。
2Ti＋6HCl＝2TiCl3＋3H2↑ Ti+6HNO3＝[TiO(NO3)2]+4NO2 ↑+3H2O Ti+6HF =[TiF6]2- + 2H+ + 2H2↑ Zr＋6HF＝[ZrF6]2- ＋ 2H+ + 2H2↑
本章教学要求
1．掌握过渡元素的价电子构型特点及其与元素通性的关系；
2． 掌握第四周期d区金属元素氧化态、最高氧化态氧化物 及其水合氧化物的酸碱性、氧化还原稳定性、水合离子以 及含氧酸根颜色等变化规律 ；
3．掌握第一过渡系元素Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的单 质及化合物的性质和用途；
f 区：(n-2)f1-14 (n-1)d0-2ns2
锕系全部 是放射性
元素
23-2 第一过渡系元素的基本性质
2-1 过渡元素的价电子构型
元素
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni
价电子构型 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2
上周 到期 下基 原本 子接 半近 径
略
增 加
镧系收缩
镧系元素的原子(离子)半径, 随着原子序数增大而缩小。
(n-2)f0~14(n-1)d0~1ns2
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
φ0A（MIV/M）
-0.86 -1.46 -1.51
(1) 不与水、空气、稀酸等反应。
表面容易形成氧化膜保护层， 所以它们具有抗腐蚀性。
钛能与热浓盐酸或热硝酸反应， 但Zr和Hf则不溶，它们最好溶剂是氢氟酸。
2Ti＋6HCl＝2TiCl3＋3H2↑ Ti+6HNO3＝[TiO(NO3)2]+4NO2 ↑+3H2O Ti+6HF =[TiF6]2- + 2H+ + 2H2↑ Zr＋6HF＝[ZrF6]2- ＋ 2H+ + 2H2↑
大学无机化学第四版d区金属
•A、第一过渡系（轻过渡系：Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn ）、第二、第三过渡系（重过渡系）。理由是第二、第三过渡 系的同族元素性质相似性明显于第一过渡系元素，与第一过渡系元素 表现出明显的差异。 •B、主过渡元素（d区元素）、内过渡元素(f区元素，包括镧系和锕系）
•C、前过渡元素（ⅣB-ⅦB）：高价离子易聚合作用。 Ti （Ⅳ）、 Zr （Ⅳ）等易形成多聚阳离子， V（ Ⅴ）易形成多酸阴离子。
红色
Pb(Cr, Mo, S)O4 (钼红) PbCrO4或Pb(Cr, S)O4 (铬黄) ZnCrO4 (铬酸锌)
黄色
绿色
铬绿 (铅铬黄+铁蓝)
许多国家都在颁布相应的法律限制使用含有危害人体健康和环境的重 金属元素（如 Cd,Cr,Hg,Mo,等）的颜料. 因此，发展新型、无毒的无机 颜料材料已迫在眉睫. 已有人将 γ–Ce2S3 掺杂着碱金属作为红色和黄色 颜料. 它们可用于染色制衣工业和塑料工业，从而替代了 CdSe1-xSx材料.
第二十三章 d 区元素
Chapter 23 d-Blocks Elements
d 区元素的电子分别填充在 3d 亚层、4d 亚层和 5d 亚层上 .
1996年2月德国科学家宣布发现112号元素， 使第四过渡系的空格 终于被添满.包括ⅢB－ⅡB共10个竖行40种元素。
(n-1)d 1-10ns 1-2
形成有色化合物是 d 区元素的一个重要特征，最重要的无机 颜料大部分都是 d 区元素化合物.
某些重要的无机颜料
颜色 白色 氧化物 TiO2 (钛白) ZnO (锌白) α Fe2O3 (红色氧化铁) Pb3O4 (红铅粉) α FeO(OH) (黄色氧化铁) (Ti, Cr, Sb)O2 (铬锑钛黄) Cr2O3 (氧化铬绿) (Co, Ni, Zn)2O4 (尖晶石绿) 硫化物 ZnS (硫化锌) ZnS (BaSO4) (锌钡白) CdS/CdSe (镉红) CdS (镉黄) 铬酸盐