第十三章 d区和ds区元素
ds区元素
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1ds区元素1.1 本章学习要求(1)掌握铜和银的重要化合物的性质,Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)的相互转化。
(2)掌握锌和汞的重要化合物的性质,Hg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ)的相互转化。
(3)了解镉的重要化合物性质。
(4)了解含汞、镉废水的处理。
ds区元素包括铜族元素(铜、银、金)和锌族元素(锌、镉、汞)。
这两族元素原子的价电子构型与其它过渡元素有所不同,为(n-1)d10n s1~2。
由于它们的次外层d能级有10个电子(全满结构),而最外层的电子构型又和s区相同,所以称为ds区。
1.2 铜族元素通性和单质1.2.1概述ⅠB族元素包括铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)三种元素,通常称为铜族元素。
铜族元素原子的价电子构型为(n-1)d10n s1。
最外层与碱金属相似,只有1个电子,而次外层却有18个电子(碱金属有8个电子)。
因此与同周期的ⅠA族元素相比,铜族元素原子作用在最外层电子上的有效核电荷较多,最外层的s电子受原子核的吸引比碱金属元素原子要强得多,所以铜族元素的电离能比同周期碱金属元素显著增大,原子半径也显著减小,铜族元素单质都是不活泼的重金属,而相应的碱金属元素的单质都是活泼的轻金属。
表 1.2-1 碱金属与铜族元素比较自然界的铜、银主要以硫化矿存在,如辉铜矿(Cu2S),黄铜矿(CuFe S2),孔雀石[Cu2(OH)2C O3]等;银有闪银矿(Ag2S);金主要以单质形式分散在岩石或沙砾中,我国江南、甘肃、云南、新疆、山东和黑龙江等省都蕴藏着丰富的铜矿和金矿。
铜族元素密度较大,熔点和沸点较高,硬度较小,导电性好,延展性好,尤其是金。
1克金可抽3公里长的金丝,可压成0.1微米的金箔,500张的总厚度比头发的直径还薄些。
金易生成合金,尤其是生成汞齐。
铜是宝贵的工业材料,它的导电能力虽然次于银,但比银便宜得多。
目前世界上一半以上的铜用在电器、电机和电讯工业上。
铜的合金如黄铜(Cu-Zn)、青铜(Cu-Sn)等在精密仪器、航天工业方面都有广泛的应用。
d区ds区重要化合物的性质
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d区ds区重要化合物的性质化合物是由不同元素组成的物质,其性质在科学研究和工业应用中具有重要的意义。
在d区和ds区,许多化合物由过渡金属元素和其他元素组成,具有特殊的性质和应用。
本文将探讨d区和ds区重要化合物的性质。
一、配合物的性质配合物是由一个或多个中心金属离子与配体(通常是有机分子或无机阴离子)形成的化合物。
在d区和ds区,配合物具有许多重要的性质。
1. 水合作用许多金属离子在溶液中结合水分子形成水合物。
这种水合作用使得配合物具有溶解度和溶解度的变化,因此在溶液中具有良好的稳定性。
2. 配合物的颜色由于d电子的存在和转移,许多配合物具有明显的颜色。
这是由于d电子的跃迁引起的电子的吸收和发射,从而产生可见光谱。
3. 配合物的磁性许多配合物具有不同的磁性。
在配合物中,d电子的自旋和轨道运动导致了不同的磁性行为,如顺磁性和反磁性。
4. 配合物的光谱性质配合物的d电子在吸收或发射光时,产生特定的吸收光谱或发射光谱。
这些光谱可以被用来研究配合物的结构和性质。
二、过渡金属氧化物的性质过渡金属氧化物是由过渡金属元素和氧元素组成的化合物。
它们在许多重要领域具有广泛的应用。
1. 磁性过渡金属氧化物中的过渡金属离子具有未成对的d电子,因此具有磁性。
这使得它们在磁性材料和磁性存储器中具有重要作用。
2. 催化性能由于过渡金属氧化物表面具有特殊的化学性质,因此它们在催化剂中起着重要作用。
它们能够促进化学反应,提高反应速率。
3. 电子导电性过渡金属氧化物具有良好的电子导电性,因此它们在电池和电子器件中被广泛应用。
4. 光催化性能一些过渡金属氧化物具有光催化性能,能够吸收光能,催化光化学反应。
这对于环境保护和能源开发具有重要意义。
三、金属盐的性质金属盐是由金属离子和阴离子组成的化合物,其性质在生活和工业中具有重要意义。
1. 溶解度金属盐在溶液中具有不同的溶解度。
这是由于金属的化合价和盐的晶体结构等因素所决定的。
2. 导电性金属盐在溶液中能够电离成金属离子和阴离子,从而具有良好的电导性。
ds区元素--课件
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(3)硫化亚铜 硫化亚铜是难溶的黑色物质,其溶度积常数为2×1047,由过量 的铜与硫加热制得:2Cu+S=Cu2S 在硫酸铜溶液中加入硫代硫酸钠溶液,加热也能生成硫化亚铜沉 淀:2Cu2++2S2O32+2H2O=Cu2S↓+S↓+2SO42+4H+ 分析化学上常用该反应除去铜。
2、氧化态为+II的化合物 (1)氧化铜和氢氧化铜 在硫酸铜溶液中加入强碱,就生成淡蓝色的氢氧化铜沉淀: CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4 氢氧化铜的热稳定性比较差,在溶液中加热到80℃,即分解为黑 褐色的CuO。 Cu(OH)2=CuO↓+H2O CuO具有一定的氧化性,可被H2、C、CO、NH3等还原为金属铜: 3CuO+2NH3=3Cu+3H2O+N2
无水硫酸铜为白色粉末,不溶于乙醇和乙醚,具有很强的吸水性, 吸水后即显示出特征的蓝色,利用该性质可以检验乙醇和乙醚等 有机溶剂中是否含有少量水分,也可以作为干燥剂使用。 在农业上硫酸铜同石灰乳混合得到一种果园中最常用的杀菌剂---波尔多液,其配方为:CuSO4·5H2O:CaO:H2O=1:1:100
铜的氧化态主要有+I和+II,氧化态为+III的化合物很少见。 1、氧化态为+I的化合物 (1)氧化物 硫酸铜碱性溶液用葡萄糖还原,可以制得Cu2O: 其化学反应方程式为: 2[Cu(OH)4]2+CH2OH(CHOH)4CHO==
3OH+CH2OH(CHOH)4COO+3H2O+Cu2O↓
(2)卤化物 2Cu2++4I=2CuI↓+I2; 定量测定铜。
元素的分区与原子结构
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元素的分区与原子结构
元素周期表中的元素可以根据其电子构型被划分到不同的区域。
这些区域包括s区、p区、d区、ds区和f区,其中除ds区外,区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。
s区元素包括氢之前的碱金属元素和氢,它们的价电子构型为ns1-2,电子分布在s能级上。
p区元素包括碱土金属元素、大部分非金属元素和卤素,它们的价电子构型为ns2np1-6,电子分布在s能级和p能级上。
d区元素包括过渡金属元素,它们的价电子构型为(n-2)d1-10ns2,电子分布在d能级上。
ds区元素是指8、9、10三个纵行对应的元素,它们的价电子构型为
ns2np6,电子分布在ds能级上。
f区元素是指镧系和锕系元素,它们的价电子构型为(n-2)f1-14ns2np6,电子分布在f能级上。
元素的分区与原子结构密切相关,不同区域的元素具有不同的电子构型和性质。
元素化学—s区、d区、ds区元素及其重要化合物
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锌盐
与S2-的作用 Zn2+ + H2S → ZnS(s,白) ,氨碱性条件下沉淀完全,溶于0.3 mol-1的HCl ZnSO4(aq) BaS(aq) ZnSBaSO4(s,白) 锌钡白(立德粉)
汞盐
为什么氯化亚汞分子式要写成 Hg2Cl2而不能写成 HgCl ?
汞除了形成氧化数为+2的化合物外,还有氧化数为+1的化合物。在氧 化数为+1的汞的化合物中,汞以(—Hg—Hg—)形式存在。Hg(Ⅰ) 的化合物叫亚汞化合物。试验证明其中的汞离子是{Hg-Hg}2+,而不是 Hg+。
2Cd O2 2CdO(s,红棕色)
2Hg O2
360 2HgO(s,红、黄)
470
ห้องสมุดไป่ตู้
潮湿
4Zn 2O2 CO2 3H2O ZnCO3 3Zn(OH)2 碱式碳酸锌
单质的化学性质
(2) 与S的 作用
溶
ZnS(白)
解
度
M+S
MS
CdS(黄)
依 次
HgS (红、黑)
减 小
氧化物与氢氧化物
铜盐
CuSO4·5H2O称为胆矾,呈蓝色
CuSO 4 5H 2O 102C CuSO 4 3H 2O 113C CuSO 4 H 2O 258C CuSO 4
无水CuSO4为白色粉末,易溶于水,吸水性强,吸水后呈蓝色, 可检验有机液体中的微量水分
铜盐
CuSO4溶液中加入氨水,先生成浅蓝色的碱式硫酸铜沉淀: 2Cu2+ + SO42-+ 2NH3∙H2O = Cu2(OH)2SO4(s) + 2NH4+
基 础 化 学
ds区元素
d区、ds区与f区元素性质与结构
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4. 硒
成年人每天约需0.4毫克。具抗氧化保护红细胞的 功用,可预防癌症。在小麦、玉米、大白菜、南瓜、 大蒜和海产品中含量较丰富。
通性
大多数金属的熔、沸点高,硬度、密度大 ● 不少元素形成有颜色的化合物 ● 许多元素形成多种氧化态 ● 形成配合物的能力比较强,包括形成经典的维尔
例如,一根螺旋状高温合金,经过高温退火后, 它的形状处于螺旋状态。在室温下,即使用很 大力气把它强行拉直,但只要把它加热到一定 的“变态温度”时,这根合金仿佛记起了什么似 的,立即恢复到它原来的螺旋形态。
原理 某些合金在固态时晶体结构随温度发生变化的规律
例如,镍-钛合金在40oC以上和40oC以下的晶 体结构是不同的,但温度在40oC上下变化时,合金 就会收缩或膨胀,使得它的形态发生变化。这里, 40oC就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。各种合金都 有自己变态温度。
Cr2O72- Orange red + H2O
Cr2O72-
橙红色
H+ OH-
CrO42-
黄色
绿色 Cr3+
灰蓝色
OH-
OH-
Cr(OH)3
S2O82-(Ag+), MnO4-
Cr(OH)4- 深绿色
Cr2O72- Orange red
酸性下Cr2O72-的强氧化性
Cr2O72- +
ClI-
H+ SO32-
0
怎样判断洗液失效?Cr2O72- Brown red
酸性溶液氧化性增强
饱和K2Cr2O7溶液与 浓硫酸1:7(体积比)
第13章过渡元素(一) 铜族和锌族元素
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第十三章过渡元素(一)铜族和锌族【内容】13.1 过渡元素的通性13.2 铜族元素13.3 锌族元素13.4 应用微量元素与人体健康(选学内容)【要求】1.掌握铜、银、锌、汞单质、氧化物、氢氧化物、重要盐类及配合物的生成、性质和用途。
2.掌握Cu(Ⅰ)、Cu(Ⅱ);Hg(Ⅰ)、Hg(Ⅱ)之间的相互转化。
3.了解ⅠA和ⅠB;ⅡA和ⅡB族元素的性质对比。
周期表中ⅠB ~ⅧB族,即ds区和d区元素称为过渡元素,(见表13﹣1)。
它们位于周期表中部,处在s区和p区之间,故而得名,它们都是金属,也称过渡金属。
表13-1 过渡元素通常按周期将过渡元素分成三个过渡系列:位于第4周期的Sc ~ Zn称第一过渡系元素;第5周期的Y ~ Cd为第二过渡系元素;第6周期的La ~ Hg为第三过渡系元素。
过渡元素有许多共同性质,本章先讨论它们的通性,然后介绍ⅠB及ⅡB族元素。
13.1过渡元素的通性1.价层电子构型过渡元素原子的最后一个电子排布在次外层的d轨道(ⅡB除外)中,最外层有1~2个s (Pd除外)电子,它们的价层电子构型为(n-1)d1~10n s1~2。
2. 原子半径过渡元素原子半径(如图13-1所示)一般比同周期主族元素的小,同周期元素从左到右原子半径缓慢减小,到铜族前后又稍增大。
同族元素从上往下原子半径增大,但第二、第三过渡系(除ⅢB外)由于镧系收缩使同族元素原子半径十分接近,导致元素性质相似。
图13-1过渡元素原子半径3. 氧化态过渡元素有多种氧化态,因其最外层s电子和次外层部分或全部d电子都可作为价电子参与成键,一般可由+2依次增加到与族数相同的氧化态(Ⅷ族除Ru、Os外,其它元素尚无Ⅷ氧化态),这种氧化态的显著特征以第一过渡系最为典型。
表13-2第一过渡系元素的氧化数(下划线表示常见的氧化态)由13-2表可看出随着原子序数的增加,氧化数先是逐渐升高,后又逐渐降低。
这种变化主要是由于开始时3d轨道中价电子数增加,氧化数逐渐升高,当3d轨道中电子数达到5或超过5时,3d轨道逐渐趋向稳定。
区、d区、ds区重要元素及其化合物
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s区、d区、ds区重要元素及其化合物(s Block, ds Block, d Block Elements and Compounds)9.1 s区元素s区元素中锂(Lithium)、钠(Sodium)、钾(Potassium)、铷(Rubidium)、铯(Cesium)、钫(Francium)六种元素被称为碱金属(alkali Metals)元素。
铍(Beryllium)、镁(Magnesium)、钙(Calcium)、锶(Strontium)、钡(Barium)、镭(Radium)六种元素被称为碱土金属(alkaline earth metals)元素。
锂、铷、铯、铍是稀有金属元素,钫和镭是放射性元素。
碱金属和碱土金属原子的价层电子构型分别为ns1和ns2,它们的原子最外层有1~2个电子,是最活泼的金属元素。
9.1.1 通性碱金属和碱土金属的基本性质分别列于表9-1和表9-2中。
表9-1碱金属的性质碱金属原子最外层只有1个ns电子,而次外层是8电子结构(Li的次外层是2个电子),它们的原子半径在同周期元素中(稀有气体除外)是最大的,而核电荷在同周期元素中是最小的,由于内层电子的屏蔽作用较显著,故这些元素很容易失去最外层的1个s电子,从而使碱金属的第一电离能在同周期元素中最低。
因此,碱金属是同周期元素中金属性最强的元素。
碱土金属的核电荷比碱金属大,原子半径比碱金属小,金属性比碱金属略差一些。
s区同族元素自上而下随着核电荷的增加,无论是原子半径、离子半径,还是电离能、电负性以及还原性等性质的变化总体来说是有规律的,但第二周期的元素表现出一定的特殊性。
例如锂的EΘ(Li+/Li)反常地小。
表9-2碱土金属的性质s区元素的一个重要特点是各族元素通常只有一种稳定的氧化态。
碱金属的第一电离能较小,很容易失去一个电子,故氧化数为+1。
碱土金属的第一、第二电离能较小,容易失去2个电子,因此氧化数为+2。
在物理性质方面,s区元素单质的主要特点是:轻、软、低熔点。
实验:ds 区元素
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实验二十:ds区金属(铜、银、锌、镉、汞)〔实验目的〕1.了解铜、银、锌、镉、汞氧化物或氢氧化物的酸碱性,硫化物的溶解性;2.掌握Cu(Ⅰ)、Cu(Ⅱ)重要化合物的性质及相互转化条件;3.试验并熟悉铜、银、锌、镉、汞的配位能力,以及Hg22+和Hg2+的转化。
〔实验原理〕铜族元素包括铜、银、金,位于周期表ⅠB族;锌族元素包括锌、镉、汞,位于周期表ⅡB 族。
由于铜、锌族元素价电子层构型为(n-1)d10ns1、(n-1)d10ns2,都属ds区,故一并进行讨论。
一、铜族元素已知铜族元素价电子构型为(n-1)d10ns1,铜族元素原子不仅可以失去ns电子,也可进一步失去部分d电子。
因此铜族元素都有+1、+2、+3三种氧化态。
但由于其稳定性不同,铜常见的氧化态为+2,银为+1,金为+3。
1.铜的化合物①Cu(Ⅰ)的化合物:Cu(Ⅰ)的化合物在固态晨稳定性高于Cu(Ⅱ),但在溶液中容易被氧化为Cu(Ⅱ)。
Cu溶液为无色。
几乎所有的Cu(Ⅰ)化合物都难溶于水,其溶解度顺序为:CuCl>CuBr>CuI>CuSCN>CuCN>Cu2S物质颜色溶解性化学性质Cu2O 红色不溶于水。
弱碱性;对热稳定。
CuOH 黄色或橙色不溶于水。
不稳定,生成后立即分解为Cu2O。
CuX 白色CuCl、CuBr、CuI都不溶于水,溶解度按顺序降低Cu2+ + 2Cl- + Cu = 2CuCl→H[CuCl2] CuCl + CO + HCl → Cu(CO)Cl5H2OCu2S 黑色在盐Cu(Ⅰ)中是最小的3Cu2S+16HNO3(浓)=6Cu(NO3)2+4NO+8H2O+3SCu2S + 4CN- = 2[Cu(CN)2]-+ S2-配合物无色溶于水,由于为d10型离子,因此一般为无色。
[Cu(NH3)2]+ + O2→[Cu(NH3)4]+ [Cu(NH3)2]+ + CO → [Cu(NH3)2(CO)]+②Cu(Ⅱ)的化合物:Cu(Ⅱ)为d9构型,它的化合物或配合物因Cu2+可发生d-d跃迁而呈现颜色。
第十三章 d区、ds区元素元素及其重要化合物
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5、某棕黑色粉末,加热情况下和浓硫酸作用会放出助燃 性气体,所得溶液与PbO2作用(稍加热)时会出现紫红色。 若再加入3%的H2O2溶液,颜色能褪去,并有白色沉淀出 现。问此棕黑色粉末为何物? 6、分析:⑴ 水溶液中,碳酸钠分别与硫酸亚铁和硫酸铁 作用产物。⑵Fe分别与氯气和盐酸作用产物 7、金属M溶于稀盐酸生成MCl2,其磁矩为5.0 B.M..在无 氧条件下操作,MCl2遇NaOH溶液产生白色沉淀A。A接 触空气就逐渐变绿,最后变成棕色沉淀B。灼烧时,B变 成红棕色粉末C。C经不彻底还原,生成黑色的磁性物质 D。B溶于稀盐酸生成溶液E。E能使碘化钾溶液氧化出I2, 但如在加入碘化钾之前先加入氟化钠,则不会析出I2。若 向B的浓NaOH悬浮液中通入氯气,可得紫红色溶液F,加 入BaCl2时就析出红棕色固体G。G是一种很强的氧化剂。 试确定M及A~G代表的物质。
8、某一无色溶液,加入氨水时生成白色沉淀;加 入稀NaOH时生成黄色沉淀;若逐滴KI加入,先析 出红色沉淀而后溶解;若加少量汞,振荡可溶解。 此无色溶液中含有何物? 9、分离并鉴定各组离子 ① Cu2+,Ag+,Hg2+ ②Cu2+,Zn2+,Cd2+
③盐类 ④配合物 三、ds区元素 ㈠ 概述 1、氧化数 2、离子极化的影响 3、化合物颜色 4、金属单质特性 ㈡ 重要化合物(铜、银、锌、镉、汞) 1、氧化物和氢氧化物 ①颜色 ②溶解性 ③酸碱性 2、卤化物、硫化物的颜色和溶解性 3、配合物 NH3、CN—、S2O32—、SCN—
4、Cu(Ⅰ)与Cu(Ⅱ)、Hg(Ⅰ)与Hg(Ⅱ) 的相互转化关系
(1) ①+3价化合物 Ⅰ、氧化物和氢氧化物性质特征 Ⅱ、盐类
a、存在形态 b、氧化还原性
ds区元素
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ds区元素(铜、银、锌、镉、汞)的性质【摘要】ds区元素是指元素周期表中的ⅠB、ⅡB两族元素,包括铜、银、金、锌、镉、汞6种自然形成的金属元素和Rg、Uub2种人工合成元素。
ds区的名称是因为它们的电子构型都是d10s1(ⅠB)或d10s2(ⅡB)。
ds区是d区元素的一部分,ds区元素都是过度金属。
但由于它们的d层是满的,所以体现的性质与其他过渡金属有所不同(比如说最高的氧化态只能达到+3)。
【关键字】元素过渡酸碱性;一、实验目的1、掌握铜、锌氢氧化物的酸碱性;2、掌握铜、银、锌、汞的配合物的生成和性质;6、掌握铜、银、锌、汞离子的分离与鉴定方法。
二、实验原理IB IIBCu Zn Cu(+2,+1)Zn(+2)Ag Cd Ag(+1)Cd(+2)Au Hg Au(+1,+3)Hg(+2,+1)蓝色的Cu(OH)2呈现两性,在加热时易脱水而分解为黑色的CuO。
AgOH在常温下极易脱水而转化为棕色的Ag2O。
Zn(OH)2呈两性,Cd(OH)2显碱性,Hg(I, II)的氢氧化物极易脱水而转变为黄色的HgO(II)和黑色的Hg 2O(I)。
易形成配合物是这两副族的特性,Cu 2+、Ag +、Zn 2+、Cd 2+与过量的氨水反应时分别生成[Cu(NH 3)4]2+、[Ag(NH 3)2]+、[Zn(NH 3)4]2+、[Cd(NH 3)4]2+。
但是Hg 2+和Hg 22+与过量氨水反应时,如果没有大量的NH 4+存在,并不生成氨配离子。
如:HgCl 2 + 2NH 3 = Hg(NH 2)Cl↓白+ 2 NH 4Cl Hg 2Cl 2 + 2NH 3 = Hg(NH 2)Cl↓白+ Hg↓黑+NH 4Cl(观察为灰色)Cu 2+具有氧化性,与I -反应,产物不是CuI 2,而是白色的CuI :Cu2++ I -= 2CuI↓白 + I 2将CuCl 2溶液与铜屑混合,加入浓盐酸,加热可得黄褐色[CuCl 2]-的溶液。
d区和ds区元素通性0444
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(3) 硫氰合物
Fe3+与SCN-反应,形成血红色的[Fe(NCS)n]3-n: Fe3+ + nSCN- ─→ [Fe(NCS)n]3-n (n = l~6) n值随溶液中的SCN-浓度和酸度而定。这一反应非常灵敏, 常用来检出Fe3+和比色法测定Fe3+的含量。 Co2+与SCN-反应,ห้องสมุดไป่ตู้成蓝色的[Co(NCS)4]2-,在定性分析化 学中用于鉴定Co2+。因为[Co(NCS)4]2-在水溶液中不稳定, 用水冲稀时可变为粉红色的[Co(H2O)6]2+,所以用SCN-检 出Co2+时,常使用浓NH4SCN溶液,以抑制[Co(NCS)4]2-的 解离,并用丙酮进一步抑制解离或用戊醇萃取。 Ni2+可与SCN-反应,形成[Ni(NCS)]+、[Ni(NCS)3]-等 配合物,这些配离子均不太稳定。
q
1.33 1.49 1.84 1.75
2.同一族
Ⅵ CrO42-/Cr3+ MoO4-/M3+ WO42-/W3+ Ⅶ MnO4-/Mn2+ TcO4-/Tc+3 ReO4-/Re3+
高 氧 化 态
稳 定 性 ↗
氧 化 性 ↘
低稳 氧定 化性 态
↗
与ⅢA ~ ⅤA 族规律相反!
反映过渡金属元素 5d, 6d 电子参与成键倾向↑
n(n 2) B.M .
3-5 过渡金属离子及化合物的颜色(自学) 3-6 配位效应对过渡金属离子半径以及热力学性质的影响 3-7 含有金属-金属键的过渡金属化合物
§13-3 铁系元素
1-1 铁系元素概述 第Ⅷ族过渡元素3d电子已超过5个,全部d电子参与成 键的可能性逐渐减小,所以铁系元素不像其前面的过 渡元素易形成VO3-,CrO42-,MnO4-那样的含氧酸根离 子。铁系元素中只有d电子最少的铁,可以形成很不稳 定的、氧化数为+6 (如高铁酸根FeO42-)的化合物。一 般条件下,铁的氧化数为+2和+3, 其中氧化数为+3 的化合物最稳定(为什么?)。钴的氧化数可为+2,+3。 镍主要形成氧化数为+2的化合物。
《d区元素》课件
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硫化物和卤化物
硫化物:硫化氢、 硫化钠、硫化钾等
卤化物:氯化氢、 氯化钠、氯化钾等
硫化物和卤化物的 性质:化学性质、 物理性质、生物性 质等
硫化物和卤化物的 应用:工业、农业 、医药等领域的应 用
其他化合物及其性质
化合物:D区元素 与其他元素形成的 化合物
性质:化合物的物 理性质、化学性质、 生物性质等
生物医学:D区元素在生物 医学研究中的应用
环境科学:D区元素在环境 监测和治理中的应用
在生物医学领域的应用
药物研发:D区元素在药物研发中具有重要作用,如用于抗癌药物的研发
基因编辑:D区元素在基因编辑技术中具有重要作用,如CRISPR-Cas9技术
生物成像:D区元素在生物成像技术中具有重要作用,如用于荧光标记和成像
D区元素的特性
化学性质:D区元素具有较强的金 属性,容易形成阳离子
电子排布:D区元素具有较复杂的 电子排布,导致其化学性质复杂
添加标题
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物理性质:D区元素具有较高的熔 点和沸点,硬度较大
应用领域:D区元素广泛应用于电 子、化工、冶金等领域
03 D区元素的物理性质
原子结构和电子排布
D区元素在元素周期表中的位置
● D区元素位于元素周期表的第4周期
● D区元素包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、硒、溴、氪、铷、锶、钇、 锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、碲、碘、氙、铯、钡、镧、铈、镨、钕、 钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、铊、 铅、铋、钋、砹、氡、钫、镭、锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、 铹、镆、铽、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、铊、铅、铋、钋、砹、氡、钫、镭、 锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹、镆、铽、镥、铪、钽、钨、 铼、锇、铱、铂、金、汞、铊、铅、铋、钋、砹、氡、钫、镭、锕、钍、镤、铀、镎、钚、
d区和ds区元素的通性
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区和ds区元素的通性
二、 单质的物理性质
d区和ds区元素的单质都有着典型的金属性质,如有金属光泽,延 展性高(锌族例外),有导电导热性。它们的密度比较大,除钪(2.99 g·cm-3)、钇(4.34 g·cm-3)和钛(4.5 g·m-3) 属轻金属外,其余元 素都为重金属(密度大于5 g·cm-3)。d区和ds区金属比主族金属有更大 的密度和硬度以及更高的熔点和沸点。例如,铬是所有单质金属中最硬 的,莫氏硬度为9,熔点、沸点最高的是钨,依次为3410 ℃和5930 ℃。 这是由于d电子也参与成键,成键价电子数增加,键强度增大。锌族元素 熔点、沸点均低,汞是常温下唯一的液体金属。以第一过渡系元素的物 理性质的递变说明上述规律性,如表9-2所示。
d区和ds区元素的通性
氧化态变化表现有如下的规律性: (1)同一周期自左至右,随着原子序数的增加, 氧化态先是逐渐升高,但第四周期在锰以后,第五周期 在钌以后,第六周期在锇以后,氧化态又逐渐降低,最 后与第ⅠB族元素的低氧化态相同; (2)同一族自上而下,高氧化态趋向于稳定,即 第四周期元素一般容易出现低氧化态,第五、六周期的 相应元素趋向于出现高氧化态。
过渡金属由于空d轨道的存在,使它们更易形成配位键, 产生丰富多彩的配位化合物,并因此呈现五彩缤纷的颜色。
d区和ds区元素的通性
四、 氧化态
d区过渡元素基本上都具有多种氧化态。ds区元素除银(氧 化数为+1)、锌、镉(氧化数为+2)外,其余都显示变价。d区 元素最外层和次外层电子层未饱和的构型特点,使其具有可变的 氧化态。最外层的两个s电子容易失去,显示+2氧化态。另外, 次外层的d电子和最外层的s电子能量相近,而且未达到稳定的结 构,所以d电子也可部分或全部参加成键,故d区元素一般有可变 的氧化态。ds区铜族和锌族(部分)元素的ns和(n-1)d层电子处 于同一能级组,不仅s电子参加成键,且(n-1)d电子也因反应条件 的不同,部分地参加成键,因此表现出几种氧化态。
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13.1 d区元素通性
(1)熔点、沸点高; 熔点最高的单质: 钨(W,3410±20℃) (2)硬度大; 硬度最大的金属: 铬(Cr),硬度仅次于金刚石. (3)密度大; 密度最大的单质: 锇(Os,22.48g· cm-3) (4)导电性、导热性、延展性好.
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13.2 铬的主要化合物
K2Cr2O7 + H2SO4(浓)→ K2SO4 + 2CrO3(暗红色针状结晶) + H2O 在酸性介质中要将Cr3+氧化只有采用强氧化剂, 如K2S2O8: 3+ 22Cr +3S2O8 +7H2O→Cr2O72-+6SO42-+14H+ 氧化值为+3和+6的Cr在酸碱性介质中的相互 转化关系为: OH-,氧化剂 [Cr(OH)4]CrO42OH- H+
过氧化铬很不稳定,在乙醚或 戊醇中较稳定: Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)化合物均有毒, 且后者毒性更大.
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13.2 铬的主要化合物
Cr3+的鉴定也可以有不同的方法,但是它们 都是在过量OH-的条件下用H2O2将Cr3+氧 化为CrO42-,然后加入不同的试剂: 方法:
(Ni2+/Ni) = -0.25V (Pd2+/Pd) = +0.92V (Pt2+/Pt) = +1.2V(估计值)
(Zn2+/Zn) = -0.763V (Cd2+/Cd) = -0.403V (Hg2+/Hg) = +0.854V
总趋势:从上到下活泼性降低.
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d区常见元素及其主要化合物
d区元素在过渡元素中占据很大的一部分.
过渡元素包括ⅢBⅧ族以及ⅠB、ⅡB族.一般分 四个系列:
第一过渡系:21Sc 30Zn 第二过渡系:39Y 48Cd 第三过渡系:57La 80Hg(不包括镧系元素) 第四过渡系:89Ac 109Une(不包括锕系元素)
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13.1 d区元素通性
几种水合离子颜色:
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13.1 d区元素通性
例如,铁的三价水合离子是淡紫色的.由于水 解形成: [Fe(OH)2(H2O)4]+而呈现 黄色 概括起来,过渡元素具有以下几个主要特点: 金属活泼性较强; 同一元素具有多种氧化值; 许多元素的水合离子或酸根具有特征的颜 色; 易形成多种配合物.
Cr2O3与-Al2O3同晶型,也极难溶(熔)解.使用 酸性熔剂,如K2S2O7共熔可转化为可溶性盐: Cr2O3 + 3K2S2O7 = Cr2(SO4)3 + 3K2SO4 (2)还原性: B/V CrO42- -0. 12 Cr(OH)3 -1.1 Cr(OH)2 -1.4 Cr -1.3
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13.3 锰的主要化合物
4.锰(Ⅶ) 的化合物: 锰(Ⅶ) 的化合物中应用最广的为KMnO4. 高锰酸钾在酸性条件下不稳定. 4 MnO4- + 4H+ → 4MnO2 + 3O2 + 2H2O 在中性或碱性介质中也会分解. KMnO4氧化能力强,不仅能与许多还原性物 质作用,与自身较低氧化值的物质也能反应. 2MnO4- + 3Mn2+ + 2H2O → 5MnO2 + 4H+ KMnO4被还原的产物取决于溶液的酸碱性以 及与较强的还原性. 2[Cr(OH)4]- + 3H2O2 + 2OH-→2CrO42- + 8H2O 另外,Cr3+以及[Cr(OH)4]-在水中均易水解.
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13.2 铬的主要化合物
2.Cr(Ⅵ)化合物: Cr(Ⅵ)化合物较典型的有H2CrO4、H2Cr2O7 及其盐. (1)酸性与缩合性: 铬酸、重铬酸都是强酸. HCr2O7- Cr2O72- + H+ K a2 = 0.85 H2CrO4 HCrO4- + H+ K a1 = 9.55 HCrO4CrO42- + H+ K a2 = 3.2×10-7 H2CrO4与H2Cr2O7在水中存在以下平衡.
2
2
3
H+
Cr(OH)3(灰绿)
过量OH-
[Cr(OH)4]-(亮绿)
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13.2 铬的主要化合物
Cr(OH)3的两性:
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13.2 铬的主要化合物
Cr3+以及其它盐溶液的颜色:
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13.2 铬的主要化合物
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13.1 d区元素通性
氧化物水合物的酸碱性: 第一过渡系低氧化值的氧化物水合物一般显 碱性,但从左到右碱性随离子半径递减; 高氧化值 氧化物水合物酸碱性变化规律为: ⅢB族 ⅦB族 (Sc(OH)3弱碱性) 酸性 增强 (HMnO4为强酸) 碱性
增强 (Ac(OH)3强碱性)
13.1 d区元素通性
密度变化示意图:
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13.1 d区元素通性
4.主要化学性质:
(1)金属活泼性: 钪钇镧是过渡元素中最活泼的金属,活泼性接 近碱土金属. (2)氧化物水合物的酸碱性: (3)易形成配合物: 具有未填满电子的d轨道,且离子半径较小,d 电子对核的屏蔽作用也较小 铁、钴、镍等元素原子也能形成配合物. 许多d区元素水合离子具有特征的颜色.
第13章 d区元素
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第13章 d区元素 CHAP.13 d BLOCK ELEMENTS
d区元素的通性 铬、钼、钨 锰 铁、钴、镍
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铜、银、金 锌、镉、汞
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13.1 d区元素的通性
d区元素在周期表中的位置
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H+,H2O2
乙醚或戊醇
Pb2+
CrO(O2)2蓝色
方法:
PbCrO4 (黄色)
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13.3 锰的主要化合物
酸性介质中的元素电势图(V):
+1.695 +1.23
MnO4- +0.564 MnO42- +2.67 MnO2 +0.95 Mn3+ +1.51 Mn2+-1.18 Mn
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13.1 d区元素通性
过渡元素金属活泼性:
M
元素
2
可溶该金属 的酸 元素
/M V
Sc --各种酸 Fe -0.44 稀 HCl H2SO4 等
Ti -1.63 热 HCl HF Co -0.29 缓慢溶解在 HCl 等酸中
V -1.2 (估算值) HNO3,HF 浓 H2SO4 Ni -0.25 稀 HCl H2SO4 等
Cr -0.86 稀 HCl H2SO4 Cu +0.34 HNO3,浓热 H2SO4
Mn -1.17 稀 HCl H2SO4 等 Zn -0.763 稀 HCl H2SO4 等
M
2
可溶该金属 的酸
/M V
总趋势:从左至右活泼性降低.
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13.1 d区元素通性
无 O2
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13.3 锰的主要化合物
Mn2+的还原性:
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13.3 锰的主要化合物
Mn2+在酸性条件下较为稳定,只有用很强的 氧化剂(PbO2、BiO3-、S2O82-或H2IO6等,以 硝酸酸化)才能将其氧化. 2Mn2++5BiO3-+14H+ → 2MnO4-+5Bi3++7H2O 此反应能用于鉴定Mn2+ 3.锰(Ⅵ) 的化合物: 锰(Ⅵ) 的化合物中较为稳定的是K2MnO4. 锰酸盐在中性或酸性溶液中易发生歧化反应. 3 MnO42- + 4H+ → MnO2 + 2MnO4- + 2H2O
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13.1 d区元素通性
1.有关原子参数: 原子半径: 第一电离能: 价电子层构型:(n-1)d1-10ns1-2 只有Pd较为特殊,4d105s0 2.氧化值: 最显著的特征就是大多数元素具有多种氧化 值.例如铬的氧化值可以从-2连续变化到+6. 3.主要物理性质:
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13.2 铬的主要化合物
难溶铬酸盐:
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13.2 铬的主要化合物
(3)氧化性: A/V Cr2O72- +1. 33 Cr3+ -0.41 Cr2+ -0.557 Cr -0.74 Cr(Ⅵ)化合物在酸性条件下具较强的氧化性. Cr2O72- + 3H2S + 8H+→2Cr3+ + 3S↓ + 7H2O Cr2O72- + 6Cl- + 14H+→2Cr3+ + 3Cl2↑+ 7H2O 2Cr2O72- + 2C2H5OH + 16H+→ 4Cr3+ + 3CH3COOH + 11H2O 铬酸洗液是由饱和K2Cr2O7溶液与浓H2SO4配 制而成,当洗液发绿时说明该洗液失效.