考研复习-无机化学-第22章 铁系元素和铂系元素

铁、钴、镍属于中等活泼的金属，活泼 性依次递减。 成块状的纯铁、钴、镍单质在空气和纯 水中是稳定的。 含有杂质的铁在潮湿的空气中可缓慢锈 蚀，形成结构疏松的棕色铁锈 Fe2O3 • H2O：
铁的锈蚀发生必须有氧气、水及一种电 解质的存在，该过程为电化学过程： Fe —— Fe2+ + 2e– O2 + 2 H2O + 4e– —— 4OH– 4 Fe （OH） 2 + O2 —— 2 Fe2O3 + 4 H2O
在酸性介质中 Fe（Ⅲ）是中等强度的氧 化剂，可以氧化 KI，H2S，SO2，Sn2+ 等强还 原剂： 2 FeCl3 + H2S —— 2 FeCl2 + 2 HCl + S↓ 2 Fe3+ + 2 I－ —— 2 Fe2+ + I2 2 Fe3+ + SO32－ + H2O ——SO42－ + 2 Fe2+ + 2 H+
可以制得黑色粉末 FeO：
FeC2O4 —— FeO + CO↑+ CO2↑
Fe Ⅱ） 盐与碱液在无氧条件下作用得到白 （ 色 Fe （OH） 2 沉淀，与空气中的氧作用迅速转 变为灰蓝绿色，产物分别是 Fe 和 Fe （Ⅱ） （Ⅲ） 氢氧化物的混合物及水合 Fe2O3，最后转化为 棕红色的 Fe （OH） 3： Fe2+ + 2OH– —— Fe （OH） 2 Fe （OH） （OH） 2 + O2 —— Fe 3
FeCl3 的水溶液对铜的溶解能力，使之用 于印刷电路板的刻蚀： 2 Fe3+ + Cu —— 2 Fe2+ + Cu2+
在强碱中 Fe OH） （ 3 被氧化生成紫色的高 铁酸根：
– 2 Fe OH + 3 Cl + 10 OH （ ） 3 2 —— 2 FeO42– + 6 Cl– + 8 H2O
FeSO4（ • NH4） 2SO4 • 6 H2O 为浅蓝绿色 晶体，称为莫尔盐，可用作氧化还原滴定的 还原剂。 水合硫酸亚铁 FeSO4 •7 H2O 为蓝绿色 晶体，俗称绿矾。它是制备其他铁化合物的 常用原料。
硫酸铁是一种常见的 Fe 原料，其与 （Ⅲ ） （NH4） （SO4） 2SO4 形成的复盐 NH4Fe 2 • 12 H2O 俗称铁铵矾，可用于鞣革。 FeCl3 • 6 H2O 呈橘黄色。无水 FeCl3 为棕 黑色，由铁屑与干燥氯气在 500 ~ 700 ℃ 条件 下制得。
赤热条件下，水蒸气与铁反应生成氢 气和 Fe2O3 。 钴与氟化合成 CoF3，与其他卤素化合 只能得到 Co Ⅱ） 化合物。 （ 镍与氟反应生成的氟化物保护膜阻止 反应的继续进行。 Fe，Co，Ni 对碱稳定，可用 Ni 制坩 埚处理熔碱。
22－2 铁系元素的简单化合物
22－2 －1 铁的简单化合物
第 22 章
铁系元素和铂系元素
3
主要内容
1 2 3 4 5
铁系元素的单质
铁系元素的简单化合物
铁系元素的配位化合物 铂系元素 过渡金属元素小结
元素周期表 VIII 族中的 9 种元素， 按其性质分为两个系： Fe Ru Os Co Rh Ir Ni Pd Pt 铁系元素 铂系元素
铁 Fe 赤铁矿 Fe2O3，磁铁矿 Fe3O4，菱铁矿 FeCO3 。 在地壳中的质量分数为 4.1 % 。 钴 Co
经过强氧化性物质如浓硝酸等处理过 的铁表面，形成一层致密的氧化膜，可以
保护铁表面免受潮湿空气的锈蚀。
钴和镍被空气氧化可生成薄而致密的膜， 这层膜可保护金属使之不被腐蚀。
钴在加热条件下与空气中的氧反应，温 度较低时生成 Co3O4 和 CoO，升温至 900℃ 以上，Co3O4 分解，于是氧化产物为 CoO。 加热条件下，镍与氧气反应生成 NiO。 铁在红热情况下，与硫、氯、溴等剧烈 作用。在 200~300 ℃条件下，与卤素反应生 成 FeF3，FeBr3，及 FeI2。
铂系元素易于变价，与不同的反应物 生成不同的中间体，因而都是优良的催化 剂； 由于 d 轨道未充满电子，铂系元素的 化合物常有颜色，有非常强的生成配位化 合物倾向； 由于 d 轨道有未成对电子，在磁场中 铂系元素常表现为顺磁性。
22 － 1
铁系元素的单质
铁系元素单质都是银白色具有光泽的 金属，都有强磁性。 铁和镍的延展性好，钴硬而脆。 依 Fe，Co，Ni 顺序，其原子半径略 有减小，密度略有增大，熔点降低。
铁有 3 种常见的氧化物 黑色的 砖红色的 黑色的 FeO Fe2O3 Fe3O4
其中含有 Fe Ⅱ） 和 Fe 。 （ （Ⅲ）
将 Fe3O4 溶于稀盐酸，在溶液中存在
两种价态的铁离子：
Fe3O4 + 8 HCl —— FeCl2 + 2 FeCl3 + 4 H2O
在隔绝空气的条件下加热分解草酸亚铁，
Fe3+ 的水解严重，故三价铁的强酸盐溶 3+ ，而是 于水，得不到淡紫色的 [Fe ] （H2O） 6 2+。 逐渐水解生成黄色的 [Fe ] （OH） （ H2O ） 5
铁的碳酸盐、磷酸盐等弱酸盐在水 中都是难溶的。 亚铁盐在空气中易被氧化， 其复盐 FeSO4 • NH4） （ 2SO4 • 6 H2O 在空气中较 稳定。
砷钴矿 CoAs2，辉钴矿 CoAsS，硫钴矿 Co3S4。 在地壳中的质量分数为 2.0 10－3 %。 镍 Ni
硅镁镍矿 （Ni，Mg） （OH） 6 Si4O10 2，硫化物矿。 在地壳中的质量分数为 8.0 10－3 %。
Baidu Nhomakorabea
铂系元素均以少量单质存在于其他矿物中。 钌 Ru 在地壳中的质量分数为 1 10－7 % 。 铑 Rh 在地壳中的质量分数为 2 10－8 % 。 钯 Pd 在地壳中的质量分数为 6 10－8 % 。
Fe （OH） 2 溶于酸，也微溶于浓氢氧 化钠溶液，但并不以此称其具有两性。 铁的硫酸盐、硝酸盐易溶于水，且由 于水解作用溶液不同程度地呈酸性。 铁的碳酸盐、磷酸盐等弱酸盐都难溶 于水。
由于 d 轨道处于未充满状态，Fe 的水 2+ 呈浅 合离子具有一定的颜色，[Fe ] （H2O） 6 3+ 绿色，[Fe （H2O） 6] 呈浅紫色。