无机化学-过渡金属通性
过渡元素性质及其应用 金属配位
3. 水溶性： 重铬酸盐 > 铬酸盐 Ba2+ + Cr2O72- 或 CrO42- → BaCrO4↓ (黄色） Pb2+ + Cr2O72- 或 CrO42- → PbCrO4↓ （黄色） Ag+ + Cr2O72- 或 CrO42- → Ag2CrO4↓（砖红色）
4.重铬酸盐的强氧化性：
φ(Cr2O72-/Cr3+) = 1.33V φ(Cl2/Cl-) = 1.36V 例如： K2Cr2O7 + 14 HCl(浓) = 2 CrCl3+ 3 Cl2+ 2 KCl + 7 H2O
-
H
4
或加热
Cr(OH)3 呈两性
2. 碱介质中，Cr(OH)4- 可被氧化后CrO42例：2Cr(OH)4-+ 3Na2O2 = 2CrO42-+ 4OH- + 6Na+ + 2H2O
3．Cr3+ 形成配合物倾向：
Cr3+ 3d 3 CrL6 八面体 例：Cr(NH3)6 3+ 黄色， [Cr(SCN)6]3对比： Al 3+ + NH3 H 2O → Al(OH)3↓
Hg(NO3)2 + Na2CO3 HgO + CO2 + 2NaNO3
（10）金属有金属光泽或呈银白色，但金属粉末 都是黑色
5、过渡金属及其化合物的磁性
按照物质在外加磁场作用下的响应情况，可将 物质划分为：
抗或逆磁性物质
物质
顺磁性物质
铁磁性物质
物质的磁性与“成单电子数”有关。磁矩大小可 通过如下公式计算：
洗液：K2Cr2O7 + 浓H2SO4，利用了Cr（Ⅵ）强的氧 化性及H2SO4的强酸性。由于Cr(VI)污染环境，是致 癌性物质，因此停止使用。
无机化学中的过渡金属催化剂开发
无机化学中的过渡金属催化剂开发在无机化学的广袤领域中，过渡金属催化剂的开发无疑是一颗璀璨的明珠。
它不仅为化学反应提供了高效、选择性的途径，还在众多工业生产和科学研究中发挥着举足轻重的作用。
过渡金属，指的是元素周期表中d 区的一系列金属元素，如铁、钴、镍、铜、锌等。
这些金属具有独特的电子结构，其d 轨道未完全填满，这使得它们能够以多种氧化态存在，并与各种配体形成复杂的配合物。
这种特性为过渡金属在催化反应中的应用奠定了基础。
过渡金属催化剂的作用机制多种多样。
其中，常见的一种是通过与反应物形成中间配合物，降低反应的活化能，从而加速反应的进行。
例如，在加氢反应中，铂、钯等过渡金属可以吸附氢气分子，并使其活化，从而更容易与不饱和化合物发生加成反应。
另一种重要的机制是通过氧化还原过程来促进反应。
过渡金属可以在不同的氧化态之间进行转换，在反应中接受或给出电子，从而改变反应物的电子分布，促进化学键的断裂和形成。
比如，在一些氧化反应中，锰、铬等过渡金属可以从低价态被氧化到高价态，从而将底物氧化。
开发过渡金属催化剂并非易事，需要综合考虑多个因素。
首先是金属的选择。
不同的过渡金属具有不同的催化活性和选择性，需要根据具体的反应类型和目标产物来确定。
例如，对于烯烃的加氢反应，钯通常表现出较高的活性和选择性；而对于硝基化合物的还原，铂则更为有效。
配体的设计也是至关重要的一环。
配体可以影响金属中心的电子性质和空间环境，从而改变催化剂的活性和选择性。
常见的配体包括膦配体、氮配体和羰基配体等。
通过合理选择和修饰配体，可以调节催化剂的性能，使其更好地适应特定的反应。
反应条件的优化同样不可或缺。
温度、压力、溶剂等反应条件都会对催化剂的性能产生影响。
例如，在高温下，某些催化剂可能会失活；而在不同的溶剂中，催化剂与反应物的相互作用也会有所不同。
近年来，随着纳米技术的发展，纳米级的过渡金属催化剂受到了广泛关注。
纳米粒子具有高比表面积和独特的表面性质，能够显著提高催化效率。
无机及分析化学 第九章 过渡元素
Cr(Ⅲ)盐
在碱性溶液中，[Cr(OH)4]-有强还原性，例如： 2[Cr(OH)4]-+3H2O2+2OH-→2CrO42- +8H2O
（亮绿）
（黄）
在酸性溶液中， Cr3+ 需用很强氧化剂，如 S2O82- 才 能将其氧化： 3+ 2Ag 催化 2Cr ＋3S2O8 ＋7H2O Cr2O72-＋6SO42-＋14H+
5、掌握铜、银、锌、镉、汞的氧化物及氢氧化物以及铜、银、锌、
9.1
过渡元素概述
按周期划分
钇和镧系 又称为希 土元素
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系
按电子层 结构划分 d 区：(n-1)d1-10ns1-2 f 区：(n-2)f1-14 (n-1)d0-2ns2
锕系全部 是放射性 元素
过渡元素概述
（2）Cr(Ⅲ)盐
Cr(Ⅲ)盐有CrCl3· 6H2O、Cr2(SO4)3· 18H2O 、KCr(SO4)2· 12H2O （紫色或绿色） (紫色) （钾铬矾，兰紫色）
Cr3+和[Cr(OH)4]-盐均易水解： [Cr(H2O)6]3+ + H2O [Cr(OH)(H2O)5]2+ + H3O+ 溶液呈酸性，若溶液酸性降低，水解程度变大， 并会形成多核配合物（通过羟基桥）,若向上述溶液继 续加入碱，可形成高分子量的可溶性聚合物，最后析 出水合氧化铬（Ⅲ）胶状沉淀。
Cr2O3· xH2O 可用 Cr(Ⅲ) 盐溶液中加入适量碱得 到灰绿色胶状沉淀，即水合氧化铬，其含水量是可 变的，通常称为氢氧化铬，习惯上以 Cr(OH)3 表示。 Cr(OH)3难溶于水，是典型两性氢氧化物之一。
过渡金属通性
子半径小、原子量大、s、d都参与成键
3-1 过渡元素的原子半径
ý É ª Ø Ó ë ¶ ¹ ¶ Ô Ë Ô ×°¾ 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 20
Sc Ti V Cr Y Zr Nb Mo La Hf Ta W
Mn Tc Re
Fe Co Ru Rh Os Ir
一方面，CO把一对电子填入Ni的sp3杂化轨道中形成σ键， 一方面又以空的π2p*轨道接受来自Ni d轨道的电子，形成π键， 从而增加配合物的稳定性，但削弱了CO内部成键，活化CO了 分子。
2. 羰基簇合物
过渡元素能和CO形成许多羰基簇合物。 羰基簇合物中金属原子多为低氧化态并具有适宜的d轨道。 双核和多核羰基簇合物中金属原子与羰基的结合方式有： 端基（1个CO和1个成簇原子相连）；边桥基（1个CO与2个成 簇原子相连）；面桥基（1个CO与3个成簇原子相连）。
Mn2(CO)10
5CO Mn2(CO)10 的 Mn(0)：↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ —— Mn(0) : ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ——
—— —— —— ——
d2sp3
—— —— —— ——
5CO
Co2(CO)8:
三个CO孤电子对
Co2(CO)8中Co(0): ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑
—— —— ——
21-3
过渡金属的通性
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
广义：(n-1)d1~10ns1~2 ⅢB~ⅡB
过渡元素全部为金属，其化合物颜色多、 变价多、 形成配合物多。与同周期碱金属或碱土金属比过渡 金属密度大、硬度大、熔沸点高，因为过渡金属原
第20章过渡金属1_无机化学
20 - 1 过渡金属的通性 20 - 2 钛副族 20 - 3 钒副族 20 - 4 铬副族 20 - 5 锰副族
1
20 - 1 过渡金属的通性
一、定期。
狭义：(n-1)d1~8ns1~2 ⅢB~Ⅷ 广义：(n-1)d1~10ns1~2 ⅢB~ⅡB
25
TiO2 溶于热、浓 H2SO4 生成 TiOSO4， 可见 TiO2 是两性氧化物，以碱性为主。
但无论其酸性还是碱性都很弱，因此， K2TiO3 和 TiOSO4 都极易水解，生成 TiO2 • nH2O，Ti4+在溶液中不存在。
26
• 用途：
① TiO2 的化学性质不活泼，且覆盖能力强、折射率高， 可用于制造高级白色油漆。它兼有锌白(ZnO)的持久性 和铅白 [Pb(OH)2CO3] 的遮盖性，最大的优点是无毒， 在高级化妆品中作增白剂。
自然界中，锆和铪矿石常常共生。因此， 在制备锆或铪单质时，经常会混入另 一种金属杂质，因此必须将锆、铪分离。
K2[HfF6] 在氢氟酸中的溶解度略大于 K2[ZrF6]， 利用这一微小差异在氢氟酸中 进行反复多次的溶解 – 结晶操作，以达到 分离锆、铪的目的。
22
20—1—2 钛副族元素的重要化合物
8
3、过渡元素单质的活泼性 • 同一周期元素从左到右总趋势 E (M2+/M)增大，活泼 性降低
9
• 同族元素(除Sc分族外)自上往下，金属活泼性低
10
20－ 2 钛副族
钛副族元素处于周期表 ⅣB 族，包括钛Ti， 锆 Zr，铪 Hf 3种元素。
钛主要存在于钛铁矿 FeTiO3 和金红石 TiO2 ； 锆主要存在于锆英石 ZrSiO4 和斜锆石 ZrO2 ；铪 通常与锆共生。
无机化学中的过渡金属离子的性质和配位化学
无机化学中的过渡金属离子的性质和配位化学过渡金属离子是无机化学中非常重要的一类离子，它们具有独特的性质和配位化学。
本文将从过渡金属离子的性质和配位化学两个方面进行探讨。
一、过渡金属离子的性质过渡金属离子具有多种性质，其中最为显著的是其催化活性。
过渡金属离子能够参与氧化还原反应，通过提供电子或接受电子来催化反应的进行。
这种催化活性使得过渡金属离子在化学工业中得到广泛应用，例如铂金催化剂在汽车尾气净化中的应用。
另外，过渡金属离子还具有良好的磁性和光学性质。
由于过渡金属离子的未配对电子，使得其具有较强的磁性。
这种磁性可以应用于磁性材料的制备。
而过渡金属离子的电子跃迁引起的能级变化，使其具有丰富的颜色。
这种光学性质使得过渡金属离子广泛应用于染料和颜料的制备。
二、过渡金属离子的配位化学过渡金属离子的配位化学是研究过渡金属离子与配体之间的相互作用和配合物的性质的学科。
配位化学是无机化学的重要分支之一，它研究的是配位键的形成、配位数的确定以及配位体的选择等问题。
在配位化学中，配体是与过渡金属离子形成配位键的化合物。
配体可以是单原子离子，也可以是多原子离子或有机分子。
通过与配体形成配位键，过渡金属离子可以改变其电子结构和性质，从而影响配位化合物的性质。
过渡金属离子的配位数是指与其配位键的配体数目。
过渡金属离子的配位数可以从0到6不等，其中6配位是最为常见的。
过渡金属离子的配位数与其电子结构有关，通常与过渡金属离子的d轨道的电子数密切相关。
在配位化学中，还有一个重要的概念是配位体场强度。
配位体场强度是指配体对过渡金属离子的配位键的影响程度。
配位体可以是强场配体或弱场配体，强场配体对过渡金属离子的配位键的影响更大，而弱场配体对过渡金属离子的配位键的影响较小。
配位化学中的一个重要应用是配位化合物的合成和应用。
通过选择不同的配体和过渡金属离子，可以合成出具有不同性质和功能的配位化合物。
这些配位化合物在催化、药物、材料等领域具有广泛的应用前景。
高中化学知识点归类总结
高中化学知识点归类总结一、基本概念与原理1. 物质的组成与分类- 元素与化合物- 纯净物与混合物- 原子、分子和离子2. 化学反应的基本原理- 反应类型：合成、分解、置换、还原、氧化还原 - 化学方程式的书写与平衡- 反应速率与催化剂3. 能量与化学反应- 能量守恒定律- 反应热与热化学方程式- 燃烧热与中和热4. 溶液与溶质- 溶液的组成与浓度表示- 溶解度与温度、压力的关系- 酸碱指示剂与pH值二、元素化学1. 碱金属与碱土金属- 物理性质与化学性质- 常见碱金属元素：锂、钠、钾- 常见碱土金属元素：钙、镁2. 过渡金属- 过渡金属的通性- 常见过渡金属元素：铁、铜、锌3. 非金属元素- 非金属元素的特性- 常见非金属元素：氢、氧、氮、碳4. 稀有气体- 稀有气体的性质与用途三、有机化学1. 有机化合物的基本概念- 有机化合物的定义与特点- 碳的杂化与键合2. 烃类化合物- 烷烃、烯烃、炔烃的结构与性质- 同分异构体与命名规则3. 官能团与衍生物- 醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯、胺 - 官能团的反应特性4. 聚合反应与高分子化合物- 加聚反应与缩聚反应- 塑料、橡胶、纤维的化学四、无机化学1. 酸碱理论- 阿伦尼乌斯酸碱理论- 布朗斯特-劳里酸碱理论2. 配位化学- 配位键的形成- 配位化合物的命名与性质3. 氧化还原反应- 氧化数的确定- 氧化还原反应的平衡4. 无机非金属材料- 硅酸盐材料- 金属氧化物与硫化物五、化学实验技能1. 实验基本操作- 常见仪器的使用与保养- 基本操作技能：称量、量取、混合、加热2. 安全与事故处理- 实验室安全规则- 常见化学事故的预防与处理3. 实验设计与数据分析- 实验目的与步骤的制定- 数据记录、处理与结果分析六、化学计算1. 物质的量与摩尔概念- 摩尔质量与气体摩尔体积- 物质的量浓度的计算2. 化学反应的计算- 反应物与生成物的摩尔比- 反应热量与物质的量的计算3. pH值与酸碱滴定- pH值的计算- 滴定曲线与滴定计算4. 溶液浓度的计算- 质量分数与体积分数- 稀释与浓缩的计算通过上述归类总结，学生可以系统地复习和掌握高中化学的核心知识点，为进一步的学习和应用打下坚实的基础。
无机化学中过渡金属氧化物材料的性质研究
无机化学中过渡金属氧化物材料的性质研究过渡金属氧化物材料是指由过渡金属元素和氧元素组成的材料，具有广泛的应用领域和重要的科学研究价值。
在无机化学中，研究过渡金属氧化物材料的性质是非常重要的。
一、过渡金属氧化物的结构与性质由于其独特的结构和化学性质，过渡金属氧化物材料被广泛应用于催化剂、光催化、电化学储能和非线性光学等方面。
过渡金属氧化物材料的结构和性质受如下因素的影响。
1.晶体结构过渡金属氧化物材料具有多种结构类型，例如半导体化合物Fe2O3的六方晶系结构、导电性CuO的单斜晶系结构和具有超导性质的YBa2Cu3O7的正交晶系结构等。
不同的晶体结构决定着材料的不同的物理性质。
2.物理化学性质过渡金属氧化物材料具有多种物理化学性质，包括导电、导热、磁性、光学等性质。
这些性质与材料的粘度、电阻率和热导率等参数有关。
3.表面化学性质材料表面的化学性质是影响材料性质的另一个重要因素。
表面的化学反应活性、化学结构和表面能的大小都会对材料的化学性质产生显著影响。
二、过渡金属氧化物的制备方法过渡金属氧化物材料的制备方法有多种，例如气相制备法、溶胶-凝胶法、水热法、电化学沉积法、微波辅助合成法和模板辅助合成法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种简单、易于控制晶体结构和限制晶格畸变等问题的制备方法。
在该方法中，通过控制溶液浓度、PH 值和沉淀条件，在有机溶剂中形成凝胶体系，然后经过干燥和煅烧等处理，制备得到过渡金属氧化物材料。
此外，水热法是一种常用的制备方法，该方法通过在高温、高压的水环境下反应，能够制备具有良好晶态和高结晶度的材料。
三、应用领域过渡金属氧化物材料的应用范围十分广泛，如下面所示：1.催化剂过渡金属氧化物材料通常具有良好的催化性能，这使得他们在化学反应催化、污染物降解和储能装置等方面有广泛的应用。
2.光催化过渡金属氧化物材料具有很强的光催化活性，可以有效降解化学污染物和有机废气，因此，它们在清洁能源、环境保护和节能减排等领域具有广泛应用。
无机化学练习题过渡金属元素的化学性质
无机化学练习题过渡金属元素的化学性质无机化学练习题：过渡金属元素的化学性质过渡金属元素是周期表中位于主族元素与内过渡元素之间的一组元素。
它们具有独特的化学性质，广泛应用于无机化学、有机化学、生物化学等领域。
本文将围绕过渡金属元素的化学性质展开探讨，并试图回答以下问题：过渡金属元素为什么具有多种氧化态？其复合物的特征及反应行为如何？过渡金属元素在催化反应中的应用有哪些？一、多种氧化态的原因过渡金属元素具有多种氧化态的主要原因在于其d轨道的电子结构。
与主族元素不同，过渡金属元素的d轨道不稳定，容易发生电子转移。
这种电子转移使得d轨道的能级发生变化，从而出现不同的氧化态。
以铁为例，其原子结构为[Ar] 3d^6 4s^2。
当铁失去两个电子，即形成Fe^2+离子时，电子结构变为[Ar] 3d^6。
当铁失去三个电子，形成Fe^3+离子时，其电子结构变为[Ar] 3d^5。
由于过渡金属元素具有不同的氧化态，因此可以展现出多样的化学性质和反应行为。
二、过渡金属元素的复合物1. 特征过渡金属元素与配体形成的复合物具有一系列独特的特点。
首先，复合物通常呈现出比单质金属更高的稳定性。
其次，复合物的形成导致了配体与金属中心之间的电荷转移，从而改变了金属的电子结构。
此外，复合物还表现出各种颜色，这是由于d轨道的电子跃迁所引起的。
2. 反应行为过渡金属元素复合物在溶液中具有广泛的反应行为。
典型的反应包括配位还原反应、配位置换反应和配位加成反应。
在配位还原反应中，配体能够接受或释放电子，从而改变金属离子的氧化态。
在配位置换反应中，配体与金属离子之间发生交换，形成新的配合物。
在配位加成反应中，新的配体与金属离子形成更稳定的络合物。
三、过渡金属元素在催化反应中的应用过渡金属元素由于其多种氧化态和复合物的特点，在催化反应中具有重要应用价值。
过渡金属可以提供活性位点，促进催化反应发生。
此外，金属的氧化态也可以调节催化反应的速率和选择性。
无机化学中的过渡金属催化反应
无机化学中的过渡金属催化反应过渡金属催化反应是无机化学领域中的重要研究方向之一。
过渡金属具有独特的电子结构和反应活性，能够催化多种有机合成反应，广泛应用于有机合成、材料科学等领域。
本文将从过渡金属的电子结构、催化机理以及应用领域三个方面探讨过渡金属催化反应的相关内容。
一、过渡金属的电子结构过渡金属是指周期表中第3至第12族元素，它们的电子结构具有独特的特点。
在原子结构中，过渡金属的电子填充方式是从内层向外层逐渐填充，其中d轨道是过渡金属的主要电子层。
由于d轨道的能级分裂，过渡金属具有多个能级，这使得它们在化学反应中能够提供多种活性位点，从而催化多种反应。
二、过渡金属催化反应的机理过渡金属催化反应的机理可以分为配位催化和氧化还原催化两种类型。
在配位催化中，过渡金属离子与底物形成配合物，通过调整底物的电子密度和空间构型来促进反应的进行。
而在氧化还原催化中，过渡金属通过氧化还原反应改变自身的氧化态，从而参与反应的催化过程。
这两种催化机理常常同时存在于过渡金属催化反应中，相互作用并协同促进反应的进行。
三、过渡金属催化反应的应用领域过渡金属催化反应在有机合成领域有着广泛的应用。
例如，过渡金属催化的氢化反应可以将不饱和化合物转化为饱和化合物，是制备有机化合物的重要方法之一。
此外，过渡金属催化的氧化反应、还原反应、羰基化反应等也在有机合成中发挥着重要的作用。
过渡金属催化反应还被广泛应用于材料科学领域，例如过渡金属催化的气相沉积法可以制备出高质量的薄膜材料，应用于电子器件的制备。
总结起来，过渡金属催化反应是无机化学中的重要研究方向。
通过研究过渡金属的电子结构和催化机理，可以更好地理解过渡金属催化反应的本质。
同时，过渡金属催化反应在有机合成和材料科学领域具有广泛的应用前景。
未来的研究将进一步深入探索过渡金属催化反应的机理，并开发出更高效、环境友好的催化体系，为有机合成和材料科学的发展做出更大的贡献。
过渡元素的基本性质和通性
4. 稀土的应用
稀土金属及其化合物在农作物生产、石油化工、原子能工业、生 物医药、冶金工业和功能材料领域有广泛的应用（略）
2012-6-18 14
13.3.7 ●概况
难熔金属
——范围 包括IVB、VB、VIB和VIIB（除Mn）的d区 ——通性 金属键强度大，熔点高，在1700℃以上，其中W的熔 点最高，为3410℃。硬度大，Cr是所有金属中硬度最大的，是制 造耐磨、耐热和耐腐蚀材料的理想金属
2012-6-18
5
13.3.6 1.
稀土金属
钪21Sc 钇39Y 镧57La 镧
58~71
结构与性能
●概况
系
——稀土金属 Sc、Y、La和镧系共17种元素。Sc的化学性质与其 它16种元素有较大差别，与碱土金属更加相似，故稀土一词一般只 包括钪以外的16种元素 ——镧系元素（Lanthanides）Ln 称镧系元素
——铪 自然界于锆共生，存在于锆英石中
——钛、锆和铪都归入稀有金属
2012-6-18
16
（1）钛的性质和用途 ●物理性质和用途
——高熔点，轻，抗腐蚀，承受超低温 广泛应用于航天飞机、 火箭、导弹、潜艇、轮船和化工设备，制备盛放液氮和液氧的器皿 ——有生物相容性 接骨和人工关节，誉为“生物金属” ——氢反应形成非整比氢化物，作为储氢材料
4f36ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2 4f46s2
4f56s2 4f66s2 4f76s2
4f75d16s2 4f85d16s2
Dy Ho
Er Tm Yb 2012-6-18 Lu
66 67
68 69 70 71
162.50 164.93
167.26 168.93 173.04 174.97
无机化学下册：第二十一章过渡元素
Fe2+
Co2+
Ni2+
Fe3+
颜色
浅绿
粉红
绿
浅紫
强酸盐
易溶于水
弱酸盐
难溶于水
水解性
微弱水解，水溶液显酸性
较强
M2+盐的溶解性
易溶盐: MSO4、MCl2、M(NO3)2 难溶盐: MCO3、M3(PO4)2、MS
Fe2+
Co2+
Ni2+
Fe3+
易形成含结晶水的盐
MSO47H2O MCl26H2O M(NO3)26H2O
化学性质
-0.877
CoO2——Co(OH)3——Co(OH)2——Co
0.62
0.17
-0.73
Ni(OH)4——Ni(OH)3——Ni(OH)2——Ni
0.6
0.48
-0.72
φB/V
Fe＋H2O＋CO2＝FeCO3＋H2 4FeCO3＋6H2O＋O2＝4Fe(OH)3＋4CO2 4Fe(OH)3＝2Fe2O3·3H2O(铁锈)＋3H2O
m.p，b.p降低，金属键减弱 形成低价的倾向增强 从上到下，形成高价的倾向增强。
一、 铂系元素的基本性质
催化活性高，有机合成中常用Pt和Pd
第三节 铂系元素
Pt可溶于王水 在常温下，只有粉末Os会慢慢氧化，形成挥发性的具有特殊气味的OsO4，其余稳定，在高温下会与F2，Cl2，S等反应 对酸稳定，Pd可溶于浓硝酸，王水或热的浓硫酸 3Pt+4HNO3+ 18HCl ==3H2[PtCl6]+4NO+8H2O 所有铂系金属在氧化剂存在下，与碱共熔，生成可溶性化合物。注意：铂还常用做制铂坩锅，但在使用时不能用来加热与其反应的物质。如：王水，Na2O2等 易形成配合物 如： [PtCl6]2-
无机化学练习过渡金属离子的性质与反应
无机化学练习过渡金属离子的性质与反应无机化学练习：过渡金属离子的性质与反应过渡金属离子是指周期表中第4周期到第7周期的元素的阳离子。
它们具有独特的物理和化学性质，广泛应用于催化、颜料、材料和生物学等领域。
本文将探讨过渡金属离子的性质和反应，以及其在生活和工业中的应用。
一、过渡金属离子的性质过渡金属离子具有以下几个显著的性质：1.1 可变价性过渡金属离子的最外层电子结构通常是(d^n)。
(n=1-10)这些d电子可以参与化学反应，发生氧化还原反应，并且具有可变价性。
例如，铁离子可以形成Fe^2+和Fe^3+两种不同价态，铜离子可以形成Cu^+和Cu^2+两种不同价态。
这种可变价性使过渡金属离子在催化反应和电化学过程中具有重要作用。
1.2 形成配合物能力强过渡金属离子由于空的d轨道，能与周围的配体形成配位键，形成配合物。
过渡金属离子的配位数可以从2到10不等，配合物的形态多样，常见的有六配位和四配位。
配合物的形成使过渡金属离子具有新的性质，如颜色的变化、光学活性、磁性等。
1.3 易溶性差大多数过渡金属离子的盐在水中难以溶解。
例如，Fe(OH)_3和Cr(OH)_3都是难溶于水的，而它们的对应氯化物和硝酸盐则易溶于水。
这与配位键的形成有关，配合物的形成使过渡金属离子的大小和电荷分布发生变化，导致离子难以溶解。
二、过渡金属离子的反应过渡金属离子参与各种化学反应，包括氧化还原反应、酸碱反应和配合物反应等。
2.1 氧化还原反应由于可变价性，过渡金属离子参与氧化还原反应非常常见。
例如，铁离子在酸性条件下能够从Fe^2+氧化为Fe^3+，铜离子能够从Cu^2+还原为Cu^+。
这些氧化还原反应不仅在化学合成中发挥重要作用，还广泛应用于电化学和生物学。
2.2 酸碱反应过渡金属离子可以与酸和碱发生反应。
它们可以作为酸的中心，接受配体上的氢离子形成配合物，例如Cr(H2O)6^3+和Co(H2O)6^2+。
过渡金属离子也可以发生碱性反应，例如Cr(OH)3与酸反应生成Cr^3+。
高中化学竞赛中过渡元素的讲解
过渡元素(一)要求(1)从电子层结构的特点理解d区元素的通性。
(2)了解钛、钒、铬重要化合物的化学性质。
了解钼、钨的重要化合物。
(3)掌握Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅵ)、Mn(Ⅶ)重要化合物的化学性质以及各氧化态锰之间相互转化关系。
(4)掌握铁、钴、镍的化合物在反应性上的差异。
熟悉铁、钴、镍的重要配合物。
(5)了解铂及其重要化合物的性质。
(一) 过渡元素通性过渡元素一般是指原子的电子层结构中d轨道或f轨道仅部分填充的元素。
因此过渡元素实际上包括d区元素和f区元素。
本章主要讨论d区元素。
d区元素价电子构型为(n-1)d1~8ns1~2(Pd 4d10和Pt 5d96s1例外), 最外两层电子均未填满。
由此构成了d区元素如下通性：(1)单质相似性最外层电子一般不超过2个，较易失去，所以它们都是金属。
又因为d区元素有较大的有效核电荷，d电子有一定的成键能力，所以它们一般有较小的原子半径、较大的密度、较高的熔点和良好的导电导热性。
例如Os的密度(22.488 g∙cm−3)，W的熔点(3380 o C，Cr的硬度都是金属中最大的。
d区元素化学活泼性也较接近。
(2)有可变氧化态因(n-1)d轨道和ns轨道的能量相近，d电子可以全部或部分参与成键，所以除ⅢB族只有＋3氧化态外，其他各族都有可变的氧化态。
氧化态变化趋势是同一周期从左到右逐渐升高，然后降低；同一族从上到下高氧化态趋于稳定。
例如MnO4−有强氧化性，而ReO4−无氧化性。
例1对同一族元素来说，随周期数增加，为什么主族元素低氧化态趋于稳定而过渡元素高氧化态趋于稳定?主族元素(主要表现在ⅢA，ⅣA，ⅤA族)随周期数增加，低氧化态趋于稳定的原因一般归因于“惰性电子对效应”。
为什么过渡元素随周期数增加高氧化态趋于稳定呢? 仔细研究一下过渡元素的电离能可发现：I1和I2往往是第二、第三过渡系列比第一过渡系列的大，但从I3开始，往往第二、第三过渡系列比第一过渡系列的小。
无机化学 过渡元素-13.1过渡元素概述
13-1-8 磁性
多数过渡元1素3-或1-8离磁子性具有顺磁性
多数过渡元素的原子或离子有 未成对电子，所以具有顺磁性
离子 VO2+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+ d电子数 1 2 3 5 6 7 8 9 未成对 1 2 3 5 4 3 2 1
最小(低) Cs 22.8
Cs 0.2
13-1-3 金属活泼性
元素 13S-c1-3 T金i 属活V泼性Cr Mn
E (M2+/M)/V -2.03 -1.63 -1.13 -0.90 -1.18
可溶该金 属的酸
各种 酸
热HF HCl
浓H2SO4 HNO3、HF
稀HCl
H2SO4
稀H2SO4 HCl等
其活泼性减弱
3. 同族元素(除Sc分族外)自上往下 金属活泼性降低
Ⅷ E (M2+/M)/VⅡB E (M2+/M)/V 第一过渡系 Ni -0.257 Zn -0.7626 第二过渡系 Pd +0.92 Cd -0.403 第三过渡系 Pt +1.2 Hg +0.8535
3. 同族元素(除IIIB族外)自上往下 金属活泼性降低
元 素 Sc Ti V C的rM离n子Fe无C色o Ni CuZn
M2+中d电子数 0 1 2 3 4 5 6 7
[M(H2O)6]3+ 无 紫 绿 蓝 红 浅 绿 粉
颜色
紫 紫红
13-1-7 配位能力和催化性
过渡元素易形成配合物
过渡元催素化剂的原子或离子反具应有部分 空的 (n-1)d, 空的ns、np轨道, 可 接受配Fe体-M的o 孤电子对合成氨 过渡元Pt素-R的h 离子一氨般氧具化有为较NO高的 电荷、V较2O小5 的半径SO，2氧极化化为力SO强3 ， 对P配d体, R有an较ey 强Ni的吸引催力化加氢
过渡金属元素
低氧化态稳定性↗
例 第一过渡系列：
氧化性 稳定性
Sc3+ < TiO2+ < VO2+ < Cr2O72 - < MnO4- < FeO42Sc3+ > TiO2+ > VO2+ > Cr2O72- > MnO4- > FeO42-
其中：ΦA / V
Cr2O72 -/ Cr3+ MnO4- / Mn2+ FeO42- / Fe2+ NiO42- / Ni2+
按物质在外加磁场作用下性质，划分为
逆磁性物质：对外磁场磁力线排斥
物质
顺磁性物质：对外磁场磁力线吸引、聚集 铁磁性物质：强顺磁性，外磁场撤消后仍永久保留磁性如 Fe、
Co、Ni 及其合金 Nd-Fe-B（第三代永磁材料） 物质的顺磁性它存在“成单电子”有关：
磁矩 μm = n(n 2)B.M .
六、过渡元素氧化物水合物的酸碱性
与配体互相极化，使 M-L 键共价性↑。
八、形式多碱、多酸倾向
（一）多碱
是较高价态 Mn+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(H2O)6]3+ 水解形成 [Fe2(H2O)8(OH)2]4+ H2O H H2O
H2O O OH2 \ /\ /共棱
可见，同族，第二、三过渡系列元素性质更相似。
与主族相反。
§7-3 钛 Titanium
存在：金红石 TiO2，钛铁矿 FeTiO3
一、钛单质
（一）物性
银白色，m. p. 1680℃，b.p.3260℃，密度 d = 4.43g cm-3. （强度/质量）比：所 有金属材料中最大，且耐腐蚀（在 HCl、H2SO4、HNO3 中均“钝化”，R.T.与卤素， O2、H2O 均不以应）→ 广泛用于新造飞机、宇宙飞船、游艇、石油化工设备、人 造骨骼（人体不排斥）。高温下可作炼钢脱氧剂。
无机化学主族与过渡金属的特性与反应性
无机化学主族与过渡金属的特性与反应性无机化学是研究无机物质及其反应的学科，其中主族元素和过渡金属元素是无机化学中两个重要的分类。
主族元素是周期表中的1A到7A族元素，而过渡金属元素则是3B到12B族元素。
主族元素和过渡金属元素具有不同的特性和反应性，本文将对它们进行详细的比较和分析。
1. 主族元素的特性和反应性主族元素位于周期表的两端，具有相似的化学性质。
它们共享同一周期的电子层，因此拥有相同的外层电子构型。
主族元素通常形成离子，通过失去或获得外层电子来达到稳定的核外电子构型。
主族元素的原子半径逐渐增加，原子半径由上到下递增，但由于核电荷增加，电子云被吸引得更紧，因此主族元素的电负性也逐渐增加。
主族元素的离子半径随阳离子的电荷增加而减小，随阴离子的电荷增加而增大。
主族元素的反应性主要通过周期表中的趋势来描述。
从上到下，主族元素的金属性增加，非金属特性减弱。
在同一周期中，主族元素的金属性随原子半径增加而增加，原因是原子半径增大，电子云外扩，电子对金属键的参与增多，使金属键的强度和金属性增加。
主族元素与氧的反应性也是其特点之一。
主族元素在与氧气反应时，通常形成正离子和氧阴离子，形成氧化物。
这是主族元素与非金属元素反应的典型方式。
2. 过渡金属元素的特性和反应性过渡金属元素位于周期表中的中心，具有不同的特性和反应性。
过渡金属元素的共同特点是它们的层内和层间电子具有变化的价层构型。
过渡金属元素的原子结构中包含不完全的d电子。
过渡金属元素具有较小的原子半径和较高的电离能。
它们的物理性质包括高密度、高熔点和高沸点。
这些特点使得过渡金属元素适合用于制备催化剂、合金和其他重要化合物。
过渡金属元素的反应性主要表现为它们能够形成多种氧化态。
过渡金属元素的d轨道中的电子可以通过吸收或释放电子而改变其氧化态。
这使得过渡金属元素能够与其他元素形成多种配合物，从而展现出各种不同的化学性质和反应。
另一个重要的特点是过渡金属元素的催化活性。
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过渡元素的原子半径
原子半径/pm
原子的价电子层构型 (n-1)d1-10ns1-2
200 190
180 170
160 150
140 130 120
110
100 20 Sc Ti V Cr Mn Y Zr Nb Mo Tc
Fe Co Ni Ru Rh Pd
Cu(●-●) 30 Ag(■-■)
La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au(▲-▲)
同
族
从 5~6
上 到 下 原 子 半 径
周 期 基 本 接 近
略
增
加
M2+金属离子的高低自旋和离子半径
熔点、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ点高
熔点最高的单质： 钨(W) 3683±20℃
金属元素的原子化焓
381 470 515 397 285 415 423 422 339 131
420 593 752 659 661 650 558 373 285 112
431 789 782 851 778 790 669 565 368 61
金属元素的原子化焓是金属内部原子结合力强弱的一种标 志，较高的原子化焓可能是由于较多的价电子（特别是较 多的未成对电子）参与形成金属键.这种结合力似乎也应 该反映在过渡元素的上述物理性质上.
11.2 通性 (General survey)
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，包括金属有机配合物 ● 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强
➢ 硬度大
其它物理性质
硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
➢ 密度大
密度最大的单质： 锇(Os ) 22.48 g·cm-1
➢ 导电性，导热性，延展性好