d区元素_24780375
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元素周期表d区元素
元素周期表d区元素元素周期表是化学家们查询元素属性和性质的重要参考资料，它将元素按照其电子结构的相似性排列在一起，以此组织原子的信息。
根据电子配置规律，元素周期表可以分为7列7行，其中大多数元素都被分配到d区，也即第4行和第5行，因此本文将主要介绍d区元素。
首先要说的是d区元素的电子配置特征。
由于d区元素多出现在第4和5行上面，所以它们的电子配置规律与之前第3行元素有些不同。
离子化时，外层电子数会增加到8电子，因此在离子化后，d区元素失去4个电子，四个外层电子进入4d轨道中，这就是d区元素的电子配置特征。
其次是d区元素的化学性质。
d区元素的化学性质特别多样化，它们在物理性质以及物化性质上具有重要影响，具体表现在反应活性上。
一般来说，d区元素较容易发生反应，其最明显的特征是它们容易与其它元素组成化合物或离解离子，因此在化学反应中也常常会用到d区元素。
再来看d区元素的用途。
d区元素有着广泛的用途，它们不仅可以用于工业生产，也在其它方面发挥着重要作用，比如可以用于制药、农业等。
同时，d区元素也可以用于合成新的元素，如重元素等，这些新元素也有一定的应用价值。
最后，重点介绍d区元素有哪些？根据元素周期表，d区元素包括锌、锰、钴、钛、铁、铜、银、金、锡、锗、钼、钯、镍、铍、铑、铷等元素。
除此以外，还有一些非金属性质的元素也是d区元素，比如氯、氩、溴、碘、钾、氧等等。
总结而言，d区元素是周期表上的重要组成部分，它们的电子配置特征和化学性质丰富多样，同时也有很多用途，比如工业生产、制药农业、合成新元素等等。
本文介绍的d区元素有锌、锰、钴、钛、铁、铜、银、金、锡、锗、钼、钯、镍、铍、铑、铷等元素，同时还有一些非金属性质的元素，比如氯、氩、溴、碘、钾、氧等等。
d区元素1
KCl,浓H2SO4
K2Cr2O7
浓H2SO4, SO2 浓HCl
KCr(SO4)2· 2O(铬钾矾) 12H
CrCl3· 2O H
(暗红色,针状)
K2Cr2O7 + H2SO 4 (浓) K2SO 4 + 2CrO3 (s) + H2O
(3) 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不稳定性
(见光)遇酸
4MnO + 4H (微酸) 4MnO2 + 3O2 + 2H2O
4 +
浓碱 24MnO4 + 4OH 4MnO4 + O2 + 2H2O 加热 2KMnO4 220CK2MnO4 + MnO2 (s) + O2
锰(Ⅵ)的化合物 K2MnO4暗绿色晶体，在强碱性溶液存在。 在酸性、中性溶液中歧化
24
(4) K2Cr2O7的氧化性
2 + 3SO3 - + 8H+ Cr2 O 27
+ 2Cr3+ + 4H2 O 3SO 3S + 2Cr + 7H2 O
3+
24
Cr2 O + 3H2S + 8H
27
27
+
+ 6Fe2 + + 14H+ Cr2 O
K 2 Cr2 O7 (s) + 14HCl(浓)
3MnO2- + 4H+ MnO2 + 2MnO- + 2H2 O 4 4 3MnO + 2CO2 MnO2 + 2MnO + 2CO
11.d区元素
r (M) pm
173 159 143 137
Ei,1 kJ mol
529.7 660.7 720.3 739.3
1
氧化值 +3 +2,+3,+4 +2,+3,+4,+5 +2,+3,+4,+5,+6
Re
Os Ir Pt Au Hg
5d56s2
5d66s2 5d76s2 5d96s1 5d106s1 5d106s2
过渡元素的原子半径
二、过渡元素单质的物理性质
过渡元素的单质通常是高熔点、高沸点、密度 大、导电性和导热性良好的金属。同周期元素单质 的熔点，从左到右一般是先逐渐升高，然后又缓慢 下降。产生这种现象的原因是这些金属的原子间除 了主要以金属键结合外，还可能具有部分共价键。 原子中未成对的 d 电子数增多，金属键的部分共价 性增强，导致这些金属单质的熔点升高。在同一族 中，第二过渡系元素的单质的熔点、沸点大多高于 第一过渡系，而第三过渡系的熔点、沸点又高于第 二过渡系(第 3 族除外)，熔点最高的单质是钨。过 渡元素单质的硬度也有类似的变化规律，硬度最大 的金属是铬。 在过渡元素中，单质密度最大的是第 8 族的锇， 其次是铱、铂、铼。这些金属都比室温下同体积的 水重 20 倍以上，是典型的重金属。
第一过渡系元素的一般性质
价层电 元素 子组态 Sc Ti V Cr 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 熔点/℃ 1541 1668 1917 1907
r (M) 沸点/℃ pm
2836 3287 3421 2679 161 145 132 125
r (M 2+ ) pm
《d区元素》课件
剂、药物等
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
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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、
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
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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、
元素周期表区元素
d区元素的特征
配合物形成
d区元素容易与配体形成稳定的配合物。 这是因为它们的最外层电子数较少，倾向 于通过配位键与配体形成稳定的化合物。 这些配合物的结构多样性和稳定性为化学 合成和材料科学提供了丰富的可能性
d区元素的特征
磁性和导电性
一些d区元素，如铁、钴、镍等，具有磁性 。这是因为它们的最外层电子数较少，难以 抵消内部的自旋磁矩。此外，一些d区金属 在固态下具有导电性，如铜、银等。这些特 性使得这些元素在电子学和磁学领域具有广 泛的应用
d区元素的应用
生物成像技术
d区元素还可以用于生物成像技术，如MRI、CT等医学影像技术。例如，锰离子可以作为 MRI造影剂，用于脑部成像，帮助医生诊断神经系统疾病。此外，一些d区元素还可以用于 荧光探针的制备，通过发出荧光信号来检测生物样品中的分子和细胞。这些技术可以帮助 医生更准确地诊断疾病并提供更有效的治疗方案
d区元素的氧化态通常从+2到+8不等。其中，最常见的氧化态是+2和+3。例如，钛的氧化 态为+4，而铁的氧化态则可以为+2、+3和+8等。这些不同的氧化态反映了这些元素在化学 反应中的不同活性和反应性
d区元素 的应用
d区元素的应用
d区元素在许多领域 中都有着广泛的应用 。它们是现代工业和 科技的重要组成部分 ，包括催化剂、电池 、电子器件、药物等
d区元素的应用
未来趋势和挑战
随着科技的不断进步，d区元素的研究和应用将继续发展。未来可能的研究趋势包括开发 新的d区金属或其化合物的合成方法、探索新的物理和化学性质、开发新的应用领域等。 同时，我们也面临着一些挑战，如提高资源利用效率、减少环境污染、应对气候变化等。 这些挑战需要我们不断探索和创新，以实现可持续发展
12第十二章 d区元素
Cr
2
O
2 7
-
1.33
Cr 3 + -0.41 Cr 2 + -0.91 Cr
-0.74
EB / V
CrO
2 4
-
-0.12
Cr(OH)
4
-1.1
Cr(OH) 2 -1.4
Cr
-1.3
2Cr(OH)
4
+ 3H 2O 2
+ 2OH
-
2CrO
24
+
8H
2O
三、单质铬的性质 ① 灰白色, 熔点沸点高，硬度大。 ② 活泼金属，表面已形成一层氧化膜，活泼性
•Fe，Co和Ni熔点接近。
氧化物
FeO CoO NiO 黑色 灰绿色 暗绿色
Fe2O3
Co2O3
转红色 黑色
FeO、CoO、NiO
Ni2O3 黑色
溶于酸
不溶于碱
Fe2O3 Co2O3 Ni2O3都有氧化性 氧化能力依次增强
M2O3 + 6HCl = 2MCl2 + Cl2 + 3H2O （M=Co、Ni）
Fe2+ Co2+ Ni2+
OH-
Fe(OH)2白色 Co(OH)2粉红色 空气
Co(OH)2绿色
Fe(OH)3红棕色 很快 CoO(OH)暗棕色 缓慢
因为 所以
Fe(OH)3
H+
CoO(OH)
NiO(OH)
4M3+ + 2H2O = 4M2+ + 4H+ + O2 2M3+ + 2Cl- = 2M2+ + Cl2
d区元素
金属单质的物理性质
(1) 原子的价电子层构型 (n-1)d1-10ns1-2 (2) 原子半径和电离能
总趋势: 同周期 左→右
小→大
同副族 上页 下页 目录 返回 不规律
(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
硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
2SO2 + O2 = 2SO3 N2 + 3H2 = 2NH3
V2O5
Fe3O4
PtRh(90:10)合金或 PtRhPd(90:5:5)合金 RuO2阳极(电解) Fe催化剂
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
2NaCl + 2H2O = Cl2 + 2NaOH + H2 CO + H2 =烷烃混合物
泼性下降，甚至不溶于 HNO3 和王水。
● 无膜金属与酸的反应
Cr 2H (稀) Cr (蓝) H 2
O2
2
2Cr 2H 2SO4 (浓) Cr2 (SO 4）3 3SO2 H 2O
(2) 用途 ● 不锈钢的铬含量在12%~14%
Cr 3 (紫)
● 纯铬用于制造不含铁的合金
H2SO4
Cr
Al
Cr2O3
Fe(CrO2)2(s) Na2CO3(s)
Na2Cr2O7 (aq)
矿石制铬铁，用于制造特种钢： FeCr2O4 + 4C Fe +2Cr + 4CO
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2. 金属铬
(1) 性质 ● 灰白色, 熔点沸点高，硬度大(最高) ● 活泼金属，表面因形一层成氧化膜，活
大学无机化学 d区元素介绍
16.3.2 铬的化合物
Cr2O3 (铬绿)
颜色 CrO3 (铬酐) 暗红色
熔点/℃ 受热时的变化 198 250℃分解为 Cr2O3与O2 熔融不分解 熔融不分解 不分解 失去结晶水 失去结晶水
K2CrO4
K2Cr2O7 (红矾) Cr2O3 (铬绿) CrCl3· 2O 6H
黄色
橙红色 绿色 紫色
Ac, (104-112,人工合成元素)
57-71
89-103
2
第十六章
d区元素（一）
§16.1 d区元素概述
§16.2 钛 钒
§16.3 铬 钼 钨 多酸型配合物 §16.4 锰
§16.5 铁 钴 镍
§16.1 d区元素概述
16.1.1 d区元素通性
1.原子的价电子层构型：
(n-1)d1-10ns1-2
•常温下，Cr, Mo, W表面因形成致密的氧化膜而降低了化学 活性，在空气中或水中都相当稳定。
21
16.3.1 铬、钼、钨的单质
铬分族(VIB)：Cr, Mo, W 价电子构型：(n-1)d 4-5ns1-2 灰白色金属，熔沸点高，硬度大。 表面易形成氧化膜。 室温时纯铬溶于稀HCl,H2SO4，在浓 HNO3中钝化。高温下与活泼的非金属及 C,B,N反应。
(4) Cr(Ⅲ)的还原性与氧化性
酸性条件：E (Cr2 O / Cr ) = 1.33V 2Cr 3S2O 7 H 2 O
24
4 27 3
3
28
Ag
2Cr2O 7 SO 2 14H 4
E (CrO / Cr(OH)-4 ) = -0.12V 碱性条件： 3H 2 O 2 2OH 2Cr(OH)
d区元素
（1） 同周期元素的活泼性从左至右降低 （2） 第二、三过渡系金属单质活泼性降低， Zr、Hf 仅能溶于王水，Ru、 Rh、 Os、Ir不溶 于王水，与其有较大的电离能、升华焓有关， 有些还易形 成致密的氧化膜
（3）与B、C、N形成间充式化合物，m.p.比 纯金属还高 ，TiC、 WC、TiN、TiB 的 m.p. > 3000℃，硬度都接近于金刚石
ZnS (硫化锌) ZnS (BaSO4) (锌钡白) CdS/CdSe (镉红)
铬酸盐
白色
红色
Pb(Cr, Mo, S)O4 (钼红)
黄色
CdS (镉黄)
PbCrO4或Pb(Cr, S)O4 (铬黄) ZnCrO4 (铬酸锌)
绿色
Cr2O3 铬绿 (氧化铬绿) (铅铬黄+铁蓝) (Co, Ni, Zn)2O4 (尖晶石绿)
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。
(1 ) 颜色的互补 (2 ) 无机化合物生色机理— 产生能量较低的激发态
水可以部分地被氯离子所置换，形成不同的水合异 构体，并呈现不同的颜色：
[Cr(III)(H2O)6] Cl3
紫色 淡绿色
[Cr(III)Cl(H2O)5]Cl2· H2O
[Cr(III)Cl2(H2O)4]Cl· 2H2O
暗绿色
实验室见到的三价铬离子溶液常为淡绿色，就是 因为部分内界H2O被溶液中的氯离子所置换的缘故。
第一电离能
总趋势: 同周期 左→右 小→大 同副族 不规律
（3）与B、C、N形成间充式化合物，m.p.比 纯金属还高 ，TiC、 WC、TiN、TiB 的 m.p. > 3000℃，硬度都接近于金刚石
ZnS (硫化锌) ZnS (BaSO4) (锌钡白) CdS/CdSe (镉红)
铬酸盐
白色
红色
Pb(Cr, Mo, S)O4 (钼红)
黄色
CdS (镉黄)
PbCrO4或Pb(Cr, S)O4 (铬黄) ZnCrO4 (铬酸锌)
绿色
Cr2O3 铬绿 (氧化铬绿) (铅铬黄+铁蓝) (Co, Ni, Zn)2O4 (尖晶石绿)
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。
(1 ) 颜色的互补 (2 ) 无机化合物生色机理— 产生能量较低的激发态
水可以部分地被氯离子所置换，形成不同的水合异 构体，并呈现不同的颜色：
[Cr(III)(H2O)6] Cl3
紫色 淡绿色
[Cr(III)Cl(H2O)5]Cl2· H2O
[Cr(III)Cl2(H2O)4]Cl· 2H2O
暗绿色
实验室见到的三价铬离子溶液常为淡绿色，就是 因为部分内界H2O被溶液中的氯离子所置换的缘故。
第一电离能
总趋势: 同周期 左→右 小→大 同副族 不规律
大学无机化学 d区元素介绍
性质：Cr2O3 6H Cr 3H2O
△ Δ
△
3
3H2O Cr2O3 2OH- Cr(OH)4
(2) Cr(OH)3
Cr 3
(适量)OH- (灰绿)
H
பைடு நூலகம்
Cr(OH)3 (s) H ∆ H2O Cr2O3 (绿)
OH -
(亮绿色)
Cr(OH)
4
(3) Cr(H2O)3 6 的水解
Ac, (104-112,人工合成元素)
57-71
89-103
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第十六章
d区元素（一）
§16.1 d区元素概述
§16.2 钛 钒
§16.3 铬 钼 钨 多酸型配合物 §16.4 锰
§16.5 铁 钴 镍
§16.1 d区元素概述
16.1.1 d区元素通性
1.原子的价电子层构型：
(n-1)d1-10ns1-2
3Sn 2Cr 7H 2 O 3Cl 2 2CrCl 3 2KCl 7H 2 O
4
14H
K 2 Cr2 O 7 (s) 14HCl(浓)
☆2 ☆铬(Ⅲ)的化合物
(1) Cr2O3的制备与性质 △ Δ 2Cr2O3 制备：4Cr 3O2
(NH4 ) 2 Cr2O7 Cr2O3 N 2 4H2O
-7
2Ag2 CrO4 (s, 砖红) 2H 2BaCrO4 (s, 柠檬黄) 2H 2PbCrO4 (s, 黄) 2H
(3) K2Cr2O7的氧化性
E (Cr2 O /Cr ) = 1.33V
2 Cr2 O 3SO 3 8H 27 3 3SO 2Cr 4H 2 O 24
△ Δ
△
3
3H2O Cr2O3 2OH- Cr(OH)4
(2) Cr(OH)3
Cr 3
(适量)OH- (灰绿)
H
பைடு நூலகம்
Cr(OH)3 (s) H ∆ H2O Cr2O3 (绿)
OH -
(亮绿色)
Cr(OH)
4
(3) Cr(H2O)3 6 的水解
Ac, (104-112,人工合成元素)
57-71
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2
第十六章
d区元素（一）
§16.1 d区元素概述
§16.2 钛 钒
§16.3 铬 钼 钨 多酸型配合物 §16.4 锰
§16.5 铁 钴 镍
§16.1 d区元素概述
16.1.1 d区元素通性
1.原子的价电子层构型：
(n-1)d1-10ns1-2
3Sn 2Cr 7H 2 O 3Cl 2 2CrCl 3 2KCl 7H 2 O
4
14H
K 2 Cr2 O 7 (s) 14HCl(浓)
☆2 ☆铬(Ⅲ)的化合物
(1) Cr2O3的制备与性质 △ Δ 2Cr2O3 制备：4Cr 3O2
(NH4 ) 2 Cr2O7 Cr2O3 N 2 4H2O
-7
2Ag2 CrO4 (s, 砖红) 2H 2BaCrO4 (s, 柠檬黄) 2H 2PbCrO4 (s, 黄) 2H
(3) K2Cr2O7的氧化性
E (Cr2 O /Cr ) = 1.33V
2 Cr2 O 3SO 3 8H 27 3 3SO 2Cr 4H 2 O 24
d 区 元 素
d区元素
二、 钒（V）、铌（Nb）和钽（Ta）
钒的化合物都有五彩缤纷的美丽色彩，故以瑞典女神 Vanadies命名。钒在地壳中的丰度为0.0136%，它的分布广泛且 分散，海水中含量在10-9数量级，但在海洋生物体内得到富积， 如海鞘体内钒的含量是海水的几千倍。钒的主要矿物为绿硫钒 （VS2或V2S5）、铅钒矿（Pb5(VO4)3Cl）等。我国四川攀枝花蕴 藏的钒钛铁矿是重要的钒资源。同样由于镧系收缩的影响，铌和 钽性质相似，在自然界可与铁共生，它们共生的矿物的主要成分 可以用通式Fe(MO3)2表示。钒、铌、钽均是稀有金属。
d区元素
1. 金属钒及其化合物
钒是银灰色有延展性的金属，但不纯时硬而脆。钒是 活泼金属，易呈钝态，常温下不与水、苛性碱及稀的非氧 化性酸作用，可溶于氢氟酸、强氧化性酸和王水，也能与 熔融的苛性碱反应。高温下可与大多数非金属反应，甚至 比钛还容易与氧、碳、氮和氢化合，所以制备钒金属单质 很难，常用较活泼金属（如钙）热还原V2O5得到。
d区元素
锆和铪主要用于原子能工业。锆合金强度高， 可用作核反应堆中核燃料的包套材料。铪具有特别 强的热中子吸收能力，主要用于军舰和潜艇原子反 应堆的控制棒。锆不与人体的血液、骨骼及组织发 生作用，已用作外科和牙科医疗器械，并能强化和 代替骨骼。铪合金难熔，具有抗氧化性，用作火箭 喷嘴、发动机和宇宙飞行器等。
d区元素
d区元素
2. 铌和钽
铌和钽都是钢灰色金属，略带蓝色。它们具有极 其相似的性质，都有很强的抗腐蚀能力，能抵抗浓热 的盐酸、硫酸、硝酸和王水。铌和钽只能溶于氢氟酸 或氢氟酸与硝酸的热混合液中，在熔融碱中被氧化为 铌酸盐或钽酸盐。铌酸盐或钽酸盐进一步转化为其氧 化物，再由金属热还原得到铌或钽单质。
第三节 d区元素
4. 铁、钴和镍及其化合物
铁、钴、镍属ⅧB族元素，由于它们的性质相 似，故常称为铁系元素。铁系元素的化学性 质表现出许多相似性。 在铁系元素的二价盐溶液中加入氢氧化物， 可生成Fe(OH)2（白）、Co(OH)2（粉红）和 Ni(OH)2（绿）沉淀。Fe(OH)2可很快被空气中 的氧氧化，因此看到的是灰绿色的Fe(OH)2和 Fe(OH)3的混合物，最后被完全氧化为棕红色 Fe(OH)3；Co(OH)2也会慢慢地被氧化为棕褐色 Co(OH)3；只有Ni(OH)2可稳定存在。由此可见 Ni2+,Co2+,Fe2+的还原性依次增大。Co(OH)2明 显显两性，可溶于较浓的强碱中，
3. 锰及其重要化合物
锰为ⅦB族元素，它的价电子层结构为3d54s2，有+2， +4，+6，+7四种氧化态。Mn2+ 的盐有MnSO4·5H2O， MnCl2·4H2O等，它们都是粉红色晶体，易溶于水，在 酸性溶液中Mn2+ 相当稳定。Mn4+ 的化合物主要有 MnO2 ，MnO2 可作KClO3、H2O2 分解为O2 的催化剂。在 酸性溶液中MnO2 可氧化浓H2SO4、浓HCl。如： 2MnO2 +2H2SO4 = 2MnSO4 +O2+2H2O MnO2 +4HCl= MnCl2+ Cl2 +2H2O MnO2 不溶于稀酸，但可溶于稀酸和H2O2的混合溶液。 MnO2 + H2O2 +2H+ = Mn2+ + O2+2H2O
Cr2O72- +6Fe2++14H+ = 2Cr3++6Fe3++7H2O Cr2O72- +6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O 在加热条件下， Cr2O72-可使Cl-、Br-氧化成单质： Cr2O72- +14HCl（浓）= 2Cr3+ +3Cl2+8Cl-+7H2O Cr2O72- +14HBr（浓）= 2Cr3+ +3Br2+8Br-+7H2O
d区元素一
C r
2Fe 2 O3 8Na 2 CrO4 8CO2
② 2Na 2 CrO4 H 2SO 4
③ Na 2 Cr2 O7 2C ④ 2Al Cr2 O3
Na 2 Cr2 O7 Na 2SO 4 H 2 O
Cr2 O3 Na 2 CO3 CO
2Cr Al 2 O3
16.1.2 d区元素的物理性质 16.1.3 d区元素的化学性质
16.1.4 d区元素的氧化态
16.1.5 d区元素离子的颜色
16.1.1 d区元素的原子半径和电离能
1.d区元素在周期表中的位置
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 8列 10列
Sc Ti
2
V
3
Cr
4
Mn
5
Fe
6
Co
7
Ni
8
Cu
9
Zn
10 无 色
-
浅桃红 褐 紫 天蓝 (几乎 浅绿 粉红 无色) 1 2 3 4 5 6
绿
浅蓝
M3+中d电子 数
0
7
[M(H2O)6]3+ 无 紫 绿 蓝紫 颜色
红
浅紫
绿
粉红
7. 形成多种配合物
磁性
§16.3
铬
钼
钨 多酸型配合物
铬、钼、钨的单质
(NH4 ) 2 Cr2O7 Cr2O3 N 2 4H2O
Δ
性质：Cr2O3 6H Cr 3 3H2O
3H2O Cr2O3 2OH Cr(OH) 2.Cr(OH)3 (适量)OH (灰绿) OH (亮绿色) 3 Cr Cr(OH)4 Cr(OH)3 (s)
第十三章 d区元素
K2Cr2O7 + H2SO4(浓)→K2SO4 + 2CrO3(暗红色结晶) + H2O
三、 Cr(Ⅵ)的鉴定
方法1: H+,H2O2 乙醚或戊醇 Pb2+ CrO(O2)2蓝色 PbCrO4 (黄色)
方法2:
Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ = 2CrO(O2)2 + 5H2O Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)化合物均有毒, 且后者毒性更大. 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-再检验。
第三节
锰的主要化合物 （ⅦB族，3d 4s ）
5 2 5 2
锰是属于ⅦB族，价电子层结构为3d 4s
2 2+ 5
失去4s 电子后，Mn 外层电子构型为3d （半充满）， 2+ 所以Mn 相当稳定，但d电子也参与成键，从而表现 出多种氧化态，如有+2，+4，+6，+7 氧化态。最高 氧化态为+7，其中以+2，+4，+7 氧化态较重要。
+
Cr3+(绿) + H2O (亮绿) CrO2-+ H2O
2-
OH-(适量)
Cr(OH)3
+过量OH-
CrO2 具有还原性，易H2O2，Cl2，Br2被氧化为CrO4 （黄色）。 2CrO2- + 3H2O2 + 2OH-→2CrO42- + 4H2O
Cr(OH)3的两性:
二、Cr(Ⅵ)化合物：H2CrO4、H2Cr2O7及其盐 1、酸性与缩合性：铬酸、重铬酸都是强酸，在水中存在 以下平衡： 2CrO42- + 2H+ ↔ 2HCrO4- ↔Cr2O72- + H2O (黄) pH>6 (橙) pH<2
三、 Cr(Ⅵ)的鉴定
方法1: H+,H2O2 乙醚或戊醇 Pb2+ CrO(O2)2蓝色 PbCrO4 (黄色)
方法2:
Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ = 2CrO(O2)2 + 5H2O Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)化合物均有毒, 且后者毒性更大. 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-再检验。
第三节
锰的主要化合物 （ⅦB族，3d 4s ）
5 2 5 2
锰是属于ⅦB族，价电子层结构为3d 4s
2 2+ 5
失去4s 电子后，Mn 外层电子构型为3d （半充满）， 2+ 所以Mn 相当稳定，但d电子也参与成键，从而表现 出多种氧化态，如有+2，+4，+6，+7 氧化态。最高 氧化态为+7，其中以+2，+4，+7 氧化态较重要。
+
Cr3+(绿) + H2O (亮绿) CrO2-+ H2O
2-
OH-(适量)
Cr(OH)3
+过量OH-
CrO2 具有还原性，易H2O2，Cl2，Br2被氧化为CrO4 （黄色）。 2CrO2- + 3H2O2 + 2OH-→2CrO42- + 4H2O
Cr(OH)3的两性:
二、Cr(Ⅵ)化合物：H2CrO4、H2Cr2O7及其盐 1、酸性与缩合性：铬酸、重铬酸都是强酸，在水中存在 以下平衡： 2CrO42- + 2H+ ↔ 2HCrO4- ↔Cr2O72- + H2O (黄) pH>6 (橙) pH<2
课件：d区元素
d区元素包括如Cr、Mn、Fe等金属元素，它们能形成具有多种氧化值的化合物。这些化合物通常呈现出特定的颜色，这是由于物质吸收了部分可见光导致d-d跃迁所引起的。值得注意的是，含有d0或d10结构的金属离子，如Sc3+、Zn2+、Cu+和Ag+，通常是无色的。d区元素相对活泼，除了能直接与氧和卤素化合外，还能形成特殊的化合物，如金属型氢化物和间充式化合物。在配位化学方面，除了ⅠB和ⅡB两副族的金属离子配些复杂离子的颜色可能由电荷迁移所引起。对于具体的d区元素，如Cr、Mn和Fe，它们都有多种常见的价态和重要的化合物转化关系。例如，Cr的常见价态有+6和+3，它们之间可以通过不同的化学反应相互转化。同样，Mn和Fe也有各自的常见价态和重要的化学反应。这些反应不仅揭示了d区元素的丰富化学性质，也为这些元素在实际应用中的多样性提供了基础。
第十六章d区元素
1420 K TiCl4 + 2Mg 1220 Ti + 2MgCl2
2．钛的重要化合物 (1) 二氧化钛 经过化学处理制造出来的纯净二氧化钛 是雪白色的粉末(冷时为白色，受热时则为 浅黄色)，俗称钛白。 钛白是世界上最白的东西，1g钛白就可 以把450多平方厘米的面积涂得雪白，其遮 盖性大于锌白，持久性高于铅白，而且粘附 性很强，不易起化学变化、无毒 。
在强酸性溶液中显红色，在稀酸或 中性溶液中显橙黄色。
16.2.2 钒及其化合物 1．钒的单质 (Vanadium)
1830年瑞典化学家塞大斯特伦(Scfstrom N G，1787-1845)在研究斯马兰矿区的铁矿时， 用酸溶解铁，在残渣中发现了钒。 在地壳中的丰度为0.015％，大大超过 铜、锌、钙等普通元素的含量。然而大部 分钒呈分散状态，钒几乎不生成自己的矿 物而分散在铁矿或铝矿中。因提取和分离 比较困难，钒被列为稀有金属。
Ziegler-Natta 催化剂： CH3CH=CH2
CH3
--(CH- CH2)n--(聚合)
Al ( CH 2CH 3 )3 TiCl 3
(3) 四氯化钛 四氯化钛是分子晶体，在常温下是一 种无色液体，熔点为250K，沸点为409K， 具有刺激性的嗅味儿，它在水中或潮湿的 空气中都极易水解，将它暴露在空气中会 发烟。 TiO2 + 2C + 2C12 ==== TiCl4 + 2CO2
TiO2 + H2O
(2) 三氯化钛 在灼热的管式电炉中，用过量的氢气 还原气态的TiCl4即可得TiCl3。 2TiCl4 + H2 ======== 2TiCl3 + 2HCl 用还原剂Zn与TiCl4的盐酸溶液作用， 可得六水合三氯化钛的紫色晶体. 2TiCl4 + Zn ======== 2TiCl3 + ZnCl2
2．钛的重要化合物 (1) 二氧化钛 经过化学处理制造出来的纯净二氧化钛 是雪白色的粉末(冷时为白色，受热时则为 浅黄色)，俗称钛白。 钛白是世界上最白的东西，1g钛白就可 以把450多平方厘米的面积涂得雪白，其遮 盖性大于锌白，持久性高于铅白，而且粘附 性很强，不易起化学变化、无毒 。
在强酸性溶液中显红色，在稀酸或 中性溶液中显橙黄色。
16.2.2 钒及其化合物 1．钒的单质 (Vanadium)
1830年瑞典化学家塞大斯特伦(Scfstrom N G，1787-1845)在研究斯马兰矿区的铁矿时， 用酸溶解铁，在残渣中发现了钒。 在地壳中的丰度为0.015％，大大超过 铜、锌、钙等普通元素的含量。然而大部 分钒呈分散状态，钒几乎不生成自己的矿 物而分散在铁矿或铝矿中。因提取和分离 比较困难，钒被列为稀有金属。
Ziegler-Natta 催化剂： CH3CH=CH2
CH3
--(CH- CH2)n--(聚合)
Al ( CH 2CH 3 )3 TiCl 3
(3) 四氯化钛 四氯化钛是分子晶体，在常温下是一 种无色液体，熔点为250K，沸点为409K， 具有刺激性的嗅味儿，它在水中或潮湿的 空气中都极易水解，将它暴露在空气中会 发烟。 TiO2 + 2C + 2C12 ==== TiCl4 + 2CO2
TiO2 + H2O
(2) 三氯化钛 在灼热的管式电炉中，用过量的氢气 还原气态的TiCl4即可得TiCl3。 2TiCl4 + H2 ======== 2TiCl3 + 2HCl 用还原剂Zn与TiCl4的盐酸溶液作用， 可得六水合三氯化钛的紫色晶体. 2TiCl4 + Zn ======== 2TiCl3 + ZnCl2
d区元素
10 d区元素【本章学习要求】（1）了解过渡元素的通性。
（2）了解钛、钒及其重要化合物的性质。
（3）了解铬的电势图，掌握Cr(Ⅲ),Cr( Ⅵ)化合物的酸碱性、氧化还原性及其相互转化。
了解钼钨的化合物。
（4）了解锰的电势图，掌握Mn(Ⅱ),Mn( Ⅳ),Mn(Ⅵ),Mn(Ⅶ)的重要化合物的性质和反应。
（5）掌握Fe(Ⅱ),Co( Ⅱ),Ni(Ⅱ)的重要化合物的性质及其变化规律；掌握Fe(Ⅲ),Co( Ⅲ),Ni(Ⅲ)的重要化合物的性质及其变化规律。
熟悉铁、钴、镍的重要配合物。
在长式周期表中，从ⅢB钪族开始到ⅡB锌族共十个纵行的元素（到目前为止共37种元素，不包括镧系和锕系元素）称为过渡元素。
过渡元素包括d区和ds区元素，它们都是金属，故也称过渡金属。
表10-1 过渡元素在周期表中的位置从过渡元素在周期表中的位置不难看出，每一周期中的过渡元素在性质上处于从典型金属性的s 区元素到大多为非金属的p区元素之间的过渡。
过渡元素原子的价层电子构型为(n-1)d1-10ns1-2(Pd为5s0)。
它们在原子结构上的特点是最后一个电子排布在次外层的d轨道中（ⅡB除外），最外层有1至2个s电子（Pd除外）。
d区元素的原子都具有未充满的d轨道，ⅠB族元素还具有未充满的d轨道的氧化态（如Cu2+）。
由于过渡元素原子电子层结构的特点，不仅决定了它们和主族元素的性质存在明显的差异，而且它们本身之间也具有许多共同的性质。
根据同一周期过渡元素金属性递变不明显，具有更多相似性的特点，通常将过渡元素分成三个过渡系列。
第一过渡系，第4周期从钪（Sc）到锌（Zn）；第二过渡系，第5周期从钇（Y）到镉（Cd）；第三过渡系，第6周期从镥（Lu）到汞（Hg）。
在这三个过渡系列中，以第一过渡系元素较为常见。
本章先对过渡元素的通性作一概括介绍，然后对较为常见、工业上应用较广的铬、锰、铁、钴、镍及其重要化合物，作为d区元素的代表进行讨论。
11章介绍ds区元素。
无机及分析化学(第十章d区元素
（6）d区元素的配位化合物
▲ d区元素易形成配位化合物（原因） ▲ d区元素的配位化合物多为2，4，6配位的。 ▲ d区元素水合离子吸收光谱的测定
▲ 物质颜色与吸收光的关系
物质颜色 吸 收 光 波长（nm) 760-630 630-600 600-570 570-500 500-450 450-430 430-400 颜色 绿 红 蓝 橙 紫红 黄 红 绿 橙 青 黄 蓝 黄绿 紫 物质的颜色与吸收光为互补关系：
▲ Ti的配合物及Ti的鉴定
TiO2++ H2O2 → [Ti（H2O2]2+ 无色 橘黄色
1、钒及钒的化合物
（1）钒的单质 ▲在自然界中的存在及丰度（分散、与其它金属共生） ▲物理性质（特殊性：高硬度） ▲化学性质（特殊性） ▲应用
（2）钒的化合物
▲钒的价电子构型：3d34s2 ▲V成键特点及可能的氧化态：+5，+4,+3,+2，最稳定 价态是+5，低价态的离子键性质，高价的共价键突出。 ▲V的元素电势图：
TiO2 + TiO2 + TiO2 +
2Cl2 + 2C →
TiCl4 + + H2 O
2CO2 （高温） CO2 （高温）
பைடு நூலகம்
BaCO3 → BaTiO3 TiCl4 + H2SO4 → TiOSO4 + 4HCl + 2HCl + 2ZnCl2
TiCl4 + 2H2O → TiO2 2TiCl4 + H2 → 2TiCl3 TiCl4 + Zn → 2TiCl3
（3）Cr(Ⅲ)化合物 Cr2O3：（两性、还原性） Cr2O3 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 Cr2O3 + NaOH → 2Na(CrO2)+ H2O Cr(OH)3: （两性、还原性） Cr(OH)3 + 6H+ → Cr3+ + 3H2O Cr(OH)3 + OH- → CrO2- + 2H2O （4）Cr(Ⅵ)化合物（M2CrO4、M2Cr2O7或 MCrO4、MCr2O7) 1）重要的化合物 Na2CrO4、Na2Cr2O7 和K2CrO4、K2Cr2O7 BaCrO4、BaCr2O7、 PbCrO4、Ag2Cr2O7 Cr的配合物、Mo,W的多酸型配合物 2）重要的化学性质 ▲不稳定性（？）：K2Cr2O7 → 4K2CrO4 + Cr2O3 + 3O2 ▲氧化性：有较强的氧化性 Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + H2O E0 = 1.33V k2Cr2O7 +6FeSO4+7H2SO4→3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+K2(SO4)3+7H2O Cr2O72- + 6Br- + 14H+ → 2Cr3+ +3Br2 + 7H2O 3Br2 + 2Cr(OH)3 + H2O → 6Br- + Cr2O72- + 8H+
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2[Cr(OH)6]3- + (n-3)H2O
通常将 [Cr(H2O)6]3+ 简写为 Cr 3+ ，将 [Cr(OH)6]3-简写为 CrO2-
Cr3+
OHH+
(紫色)
0.1 mol/L
Cr(OH)3 (灰蓝色)
pH4.96.8
OHH+
[Cr(OH)4]-
(绿色)
pH1215
2. Cr(VI)的化合物：
碱性介质中:
CrO42-0.13 V
Cr(OH)3
-1.1 V
Cr(OH)2
-1.4 V
Байду номын сангаас
Cr
铬化合物的颜色
a. 铬的化合物都具有五彩缤纷的颜色,例如:
绿色的Cr2O3， 紫色的 Cr2(SO4)3， 黄色的 PbCrO4， 砖红色的Ag2CrO4， 桔红色的 K2Cr2O7 b. Cr(III)离子的外电子层结构是3s23p63d3,3个未 成对电子在可见光作用下发生d－d跃迁。 c. Cr(VI)价电子层3d0，但Cr(VI)有较强正电场， Cr－O间有较强极化作用，可发生氧端原子向 Cr(VI)的跃迁。
1.d区元素的原子半径和电离能
同族元素比较，第五、六周期元素的原子或离子 半径极为相近( 镧系收缩的结果)。
同周期元素比较，从左到右，原子或离子半径一般 变小，但变化幅度很小，还出现个别反常现象。 因此第五和第六周期的同副族元素及其化合物，性 质相似，结构相似，以致给分离工作带来了困难。
总趋势: 同周期 左→右 大→小 同副族 不规律
ZnS (硫化锌) ZnS (BaSO4) (锌钡白) CdS/CdSe (镉红)
铬酸盐
白色
红色
Pb(Cr, Mo, S)O4 (钼红)
黄色
CdS (镉黄)
PbCrO4或Pb(Cr, S)O4 (铬黄) ZnCrO4 (铬酸锌)
绿色
Cr2O3 铬绿 (氧化铬绿) (铅铬黄+铁蓝) (Co, Ni, Zn)2O4 (尖晶石绿)
Cr2O72- 与 CrO42- 间的转化 2CrO42- + 2H+ 黄色 Cr2O72- + H2O 橙红色
2CrO42- (aq) + 2H+(aq) → Cr2O72-(aq) + H2O(l) Cr2O72-(aq)+14H+(aq)+6e- → 2Cr3+(aq)+7H2O(l) Eo= +1.33V
2Cr3+ + 3S2O8
2-
+ 7H2O
Ag+
Cr2O72- + SO42- +14H+ 2CrO4- + 8H2O
2Cr(OH)4- + 3H2O2 + 2OH-
碱性条件：E(CrO4-/Cr(OH)4-) = 1.33V
氧化性
Cr3+ + Zn Cr2+ (蓝色) + Zn2+
Cr3+和同一过渡系中的M3+的比较: Ti3+，V3+——易失电子——还原剂 Mn3+，Fe3+，Co3+—易得电子—氧化剂 Cr3+得电子失电子都很难
第一电离能
总趋势: 同周期 左→右 小→大 同副族 不规律
2.d区元素的物理性质
熔点、沸点高
熔点最高的单质： 钨(W) 3683±20℃
硬度大 密度大
密度最大的单质： 锇(Os ) 22.48 g· -3 cm
硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
导电性，导热性，延展性好
3.d区元素的化学性质
多种氧化态
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 ● 同同期自左至右形成族 氧化态的能力下降 ● 由图清楚说明了由 Sc 至 Cu 族氧化态的热力 学稳定性趋势
同周期元素低氧化态稳定性变化趋势
d 区金属自左至右族氧化态稳定性下降和低氧化态稳
定上升的趋势可以理解为核电荷逐渐增加，对价层电子控制 能力逐渐加大的结果。
（1） 同周期元素的活泼性从左至右降低 （2） 第二、三过渡系金属单质活泼性降低， Zr、Hf 仅能溶于王水，Ru、 Rh、 Os、Ir不溶 于王水，与其有较大的电离能、升华焓有关， 有些还易形 成致密的氧化膜
（3）与B、C、N形成间充式化合物，m.p.比 纯金属还高 ，TiC、 WC、TiN、TiB 的 m.p. > 3000℃，硬度都接近于金刚石
绿 青 青蓝 白光
黄
橙
蓝 紫
红 ● d-d 跃迁或 f-f 跃迁: 跃迁发生在金属离子本身，许多二价过渡元素金属离子 M 2+ (aq)的颜色与此有关。
● 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)
[CrCl(NH3)5]2+
Cl-上未配位的一对孤对电子 向以金属为主的轨道上跃迁 应该说明，荷移谱带的强度一般大于配位场跃迁谱带。 SnI4 是 黄色晶体，是由于I-1的外层电子吸收能量向Sn4+迁移引起的相 当于 Sn 4+ 暂时还原）。
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。
(1 ) 颜色的互补 (2 ) 无机化合物生色机理— 产生能量较低的激发态
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。
几种重要的无机颜料
颜色 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)
硫化物
● 几种产量最大、又涉及催化过程的无机化学产品的生产没 有例外地使用 d 区金属催化剂；
● d 区元素较高的催化活性椐认为与电子容易失去、容易得
到或容易由一种能级迁移至另一能级的事实有关。
例如：
工业过程 合成氨 合成气制汽油 被催化的反应 催化剂 Fe3O4 Fe CH3CHO
N2 + 3H2
2NH3
C O + H2烷烃混合物 H2C=CH2+(1/2)O2
乙烯氧化制乙醚
Pd(+2)和Cu(+2)
5.化合物的颜色和无机颜料
颜料(pigments):
是指不溶解于、只能以微粒状态分 散于粘合剂中的着色剂。
染料(dyes):
Yellow lead chromate
可溶性的着色剂，大部分为有机化合物。例如活性艳 红 X-3B ，枣红色粉末，溶于水呈蓝光红色溶液.主要 用于棉布、丝绸的染色，色光艳亮，但牢度欠佳。
Cr 3d54s1 Mo 3d54s1
Mn 3d54s2 Tc 4d65s1
W Re 5d46s2 5d56s2
第二过渡系：只有39Y和40Zr的s 价电子为5s2和最后的 46Pd的s 价电子为5s0外，其余的均为5s1
第三过渡系元素：只有最 后的元素 78Pt的s价电子为 6s1，其余的均为6s2
原因:
水溶液中Cr3+形成正八面体配合物[Cr(H2O)6]3+, 根据晶体场理论，八面体场中d轨道裂分为两组 ，Cr3+的三个电子占据能量较低的一组d轨道， 表现出极大的稳定性。
配合物
三价铬离子在水溶液中以[Cr(H2O)6]3+形式存在。 配离子内界的 H2O可被其它配体所置换。例如：
化学式为CrCl36H2O（六水合氯化铬）的晶体，内界的
无机及分析化学实验B
d区常见元素化合物的性质
内容提要
I. d区元素概况
1.d区元素的原子半径和电离能
2.d区元素的物理性质 3.d区元素的化学性质 4.过渡金属与工业催化
5.化合物的颜色和无机颜料
II. d区常见金属元素性质介绍
铬、锰、铜、银、锌、镉、铁、钴、镍
I. d区元素概况
d区
第一过渡系
第二过渡系
pH值的影响
2CrO42- + 2H+
黄
2HCrO4-
Cr2O72- + H2O
橙
pH> 6 :CrO42- 为主
pH< 2 :Cr2O72- 为主
溶解度的影响 Ksp (Ag2CrO4) = 1.1×10 -12 Ksp (Ag2Cr2O7) = 2.0×10 -7
4Ag+ + Cr2O72- + H2O 2Ba2+ + Cr2O72- + H2O 2Pb2+ + Cr2O72- + H2O 2Ag2CrO4 (砖红) + 2H+ 2BaCrO4 (柠檬黄) + 2H+ 2PbCrO4 (黄) + 2H+
σ12 hν
*
σc* πe *
n
I-1
SnI4 的电荷迁移
Sn 4+
π12
*
I2轨道
I2 • A轨道
σc
A轨道
在分子间也可以发生电荷跃迁，例如 I2 溶解在乙醚、三乙 胺中颜色的变化。
● 晶格缺陷
晶格缺陷可能由两种原因造成：一种是晶格中某些负离子没 有，空位由自由电子占据，以此达到电荷平衡. 第二种是晶体 中金属离子过剩，占据晶格间隙位臵，电荷由占据另一些间隙 位臵的电子来平衡. 两种缺陷中都包含自由电子，这些自由电 子被激发所需的能量一般较小，若吸收峰落在可见光区，就现 出颜色.例如， NaCl 晶体用Na蒸气处理后变成黄色晶体， ZnO 受热变黄 是属于第二种晶格缺陷。
通常将 [Cr(H2O)6]3+ 简写为 Cr 3+ ，将 [Cr(OH)6]3-简写为 CrO2-
Cr3+
OHH+
(紫色)
0.1 mol/L
Cr(OH)3 (灰蓝色)
pH4.96.8
OHH+
[Cr(OH)4]-
(绿色)
pH1215
2. Cr(VI)的化合物：
碱性介质中:
CrO42-0.13 V
Cr(OH)3
-1.1 V
Cr(OH)2
-1.4 V
Байду номын сангаас
Cr
铬化合物的颜色
a. 铬的化合物都具有五彩缤纷的颜色,例如:
绿色的Cr2O3， 紫色的 Cr2(SO4)3， 黄色的 PbCrO4， 砖红色的Ag2CrO4， 桔红色的 K2Cr2O7 b. Cr(III)离子的外电子层结构是3s23p63d3,3个未 成对电子在可见光作用下发生d－d跃迁。 c. Cr(VI)价电子层3d0，但Cr(VI)有较强正电场， Cr－O间有较强极化作用，可发生氧端原子向 Cr(VI)的跃迁。
1.d区元素的原子半径和电离能
同族元素比较，第五、六周期元素的原子或离子 半径极为相近( 镧系收缩的结果)。
同周期元素比较，从左到右，原子或离子半径一般 变小，但变化幅度很小，还出现个别反常现象。 因此第五和第六周期的同副族元素及其化合物，性 质相似，结构相似，以致给分离工作带来了困难。
总趋势: 同周期 左→右 大→小 同副族 不规律
ZnS (硫化锌) ZnS (BaSO4) (锌钡白) CdS/CdSe (镉红)
铬酸盐
白色
红色
Pb(Cr, Mo, S)O4 (钼红)
黄色
CdS (镉黄)
PbCrO4或Pb(Cr, S)O4 (铬黄) ZnCrO4 (铬酸锌)
绿色
Cr2O3 铬绿 (氧化铬绿) (铅铬黄+铁蓝) (Co, Ni, Zn)2O4 (尖晶石绿)
Cr2O72- 与 CrO42- 间的转化 2CrO42- + 2H+ 黄色 Cr2O72- + H2O 橙红色
2CrO42- (aq) + 2H+(aq) → Cr2O72-(aq) + H2O(l) Cr2O72-(aq)+14H+(aq)+6e- → 2Cr3+(aq)+7H2O(l) Eo= +1.33V
2Cr3+ + 3S2O8
2-
+ 7H2O
Ag+
Cr2O72- + SO42- +14H+ 2CrO4- + 8H2O
2Cr(OH)4- + 3H2O2 + 2OH-
碱性条件：E(CrO4-/Cr(OH)4-) = 1.33V
氧化性
Cr3+ + Zn Cr2+ (蓝色) + Zn2+
Cr3+和同一过渡系中的M3+的比较: Ti3+，V3+——易失电子——还原剂 Mn3+，Fe3+，Co3+—易得电子—氧化剂 Cr3+得电子失电子都很难
第一电离能
总趋势: 同周期 左→右 小→大 同副族 不规律
2.d区元素的物理性质
熔点、沸点高
熔点最高的单质： 钨(W) 3683±20℃
硬度大 密度大
密度最大的单质： 锇(Os ) 22.48 g· -3 cm
硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
导电性，导热性，延展性好
3.d区元素的化学性质
多种氧化态
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 ● 同同期自左至右形成族 氧化态的能力下降 ● 由图清楚说明了由 Sc 至 Cu 族氧化态的热力 学稳定性趋势
同周期元素低氧化态稳定性变化趋势
d 区金属自左至右族氧化态稳定性下降和低氧化态稳
定上升的趋势可以理解为核电荷逐渐增加，对价层电子控制 能力逐渐加大的结果。
（1） 同周期元素的活泼性从左至右降低 （2） 第二、三过渡系金属单质活泼性降低， Zr、Hf 仅能溶于王水，Ru、 Rh、 Os、Ir不溶 于王水，与其有较大的电离能、升华焓有关， 有些还易形 成致密的氧化膜
（3）与B、C、N形成间充式化合物，m.p.比 纯金属还高 ，TiC、 WC、TiN、TiB 的 m.p. > 3000℃，硬度都接近于金刚石
绿 青 青蓝 白光
黄
橙
蓝 紫
红 ● d-d 跃迁或 f-f 跃迁: 跃迁发生在金属离子本身，许多二价过渡元素金属离子 M 2+ (aq)的颜色与此有关。
● 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)
[CrCl(NH3)5]2+
Cl-上未配位的一对孤对电子 向以金属为主的轨道上跃迁 应该说明，荷移谱带的强度一般大于配位场跃迁谱带。 SnI4 是 黄色晶体，是由于I-1的外层电子吸收能量向Sn4+迁移引起的相 当于 Sn 4+ 暂时还原）。
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。
(1 ) 颜色的互补 (2 ) 无机化合物生色机理— 产生能量较低的激发态
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。
几种重要的无机颜料
颜色 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)
硫化物
● 几种产量最大、又涉及催化过程的无机化学产品的生产没 有例外地使用 d 区金属催化剂；
● d 区元素较高的催化活性椐认为与电子容易失去、容易得
到或容易由一种能级迁移至另一能级的事实有关。
例如：
工业过程 合成氨 合成气制汽油 被催化的反应 催化剂 Fe3O4 Fe CH3CHO
N2 + 3H2
2NH3
C O + H2烷烃混合物 H2C=CH2+(1/2)O2
乙烯氧化制乙醚
Pd(+2)和Cu(+2)
5.化合物的颜色和无机颜料
颜料(pigments):
是指不溶解于、只能以微粒状态分 散于粘合剂中的着色剂。
染料(dyes):
Yellow lead chromate
可溶性的着色剂，大部分为有机化合物。例如活性艳 红 X-3B ，枣红色粉末，溶于水呈蓝光红色溶液.主要 用于棉布、丝绸的染色，色光艳亮，但牢度欠佳。
Cr 3d54s1 Mo 3d54s1
Mn 3d54s2 Tc 4d65s1
W Re 5d46s2 5d56s2
第二过渡系：只有39Y和40Zr的s 价电子为5s2和最后的 46Pd的s 价电子为5s0外，其余的均为5s1
第三过渡系元素：只有最 后的元素 78Pt的s价电子为 6s1，其余的均为6s2
原因:
水溶液中Cr3+形成正八面体配合物[Cr(H2O)6]3+, 根据晶体场理论，八面体场中d轨道裂分为两组 ，Cr3+的三个电子占据能量较低的一组d轨道， 表现出极大的稳定性。
配合物
三价铬离子在水溶液中以[Cr(H2O)6]3+形式存在。 配离子内界的 H2O可被其它配体所置换。例如：
化学式为CrCl36H2O（六水合氯化铬）的晶体，内界的
无机及分析化学实验B
d区常见元素化合物的性质
内容提要
I. d区元素概况
1.d区元素的原子半径和电离能
2.d区元素的物理性质 3.d区元素的化学性质 4.过渡金属与工业催化
5.化合物的颜色和无机颜料
II. d区常见金属元素性质介绍
铬、锰、铜、银、锌、镉、铁、钴、镍
I. d区元素概况
d区
第一过渡系
第二过渡系
pH值的影响
2CrO42- + 2H+
黄
2HCrO4-
Cr2O72- + H2O
橙
pH> 6 :CrO42- 为主
pH< 2 :Cr2O72- 为主
溶解度的影响 Ksp (Ag2CrO4) = 1.1×10 -12 Ksp (Ag2Cr2O7) = 2.0×10 -7
4Ag+ + Cr2O72- + H2O 2Ba2+ + Cr2O72- + H2O 2Pb2+ + Cr2O72- + H2O 2Ag2CrO4 (砖红) + 2H+ 2BaCrO4 (柠檬黄) + 2H+ 2PbCrO4 (黄) + 2H+
σ12 hν
*
σc* πe *
n
I-1
SnI4 的电荷迁移
Sn 4+
π12
*
I2轨道
I2 • A轨道
σc
A轨道
在分子间也可以发生电荷跃迁，例如 I2 溶解在乙醚、三乙 胺中颜色的变化。
● 晶格缺陷
晶格缺陷可能由两种原因造成：一种是晶格中某些负离子没 有，空位由自由电子占据，以此达到电荷平衡. 第二种是晶体 中金属离子过剩，占据晶格间隙位臵，电荷由占据另一些间隙 位臵的电子来平衡. 两种缺陷中都包含自由电子，这些自由电 子被激发所需的能量一般较小，若吸收峰落在可见光区，就现 出颜色.例如， NaCl 晶体用Na蒸气处理后变成黄色晶体， ZnO 受热变黄 是属于第二种晶格缺陷。