6-过渡金属元素分析
过渡金属元素类型与应用
• 过渡元素是指长周期表中d区和ds区元素，在周期 表中包括IIIB族~IIB族。通常按同元素的性质相 近把过渡元素分成三个系列。
族
周期
IIIB IVB VB VIB VIIB
第一过渡系 Sc Ti V Cr Mn
VIIIቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Fe Co Ni
IB IIB Cu Zn
第二过渡系 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
-0.44 -0.277
稀HCl 稀HCl H2SO4 等
等 (缓慢)
-0.257
稀H2SO4 HCl等
Cu
0.34
浓 H2SO4
Zn -0.7626 稀HCl H2SO4等
值同I其。I一I可B活第族周溶泼一是期于性过过迅元非减渡渡速素氧元弱氧系从素化化金左中，性属过到最渡与稀金除活右属水酸元C泼素作总u类置的型用外趋和换金应释,势用出E属放E，氢(出MS(氢气Mc2+、气。/2M+Y/M、)均L)增为a 能大负
（2）水合离子的颜色 • 过渡金属的水合离子、含氧酸根离子和配离子常
是有颜色的，与此相反，主族金属的相应离子是 无色的。 • 过渡元素的离子通常在d轨道上有未成对电子，这 些电子的基态和激发态的能量比较接近，一般只 要是可见光中的某些波长的光就可使电子激发， 这些离子大都具有颜色。
过渡金属元素类型和应用
过渡元素熔点、沸点的递变规律是自IIIB至VIB依次升 高，VIB族金属的熔点、沸点最高，VIIB族以后逐渐 降低，IIB族已是低熔点金属，汞的熔点（234.13K） 最低。VIB族的铬硬度过最渡金大属元（素类9型）和应。用
IVB~VIIB族元素的单质具有高熔、沸点、高硬度的原 因，主要是它们的原子半径较小，有效核电荷较大， 价电子层有较多的未成对d电子（铬有5个），这些d电 子也参与成键，因而增过渡强金属了元素金类型属和应的用 强度和晶格能。
过渡金属元素分解
其中：ΦA / V
Cr2O72 -/ Cr3+ MnO4- / Mn2+ FeO42- / Fe2+ NiO42- / Ni2+
1.33 1.49 1.84 1.75
（三）氧化态的稳定性
2．同一族
高稳氧 氧定化 化性性 态↗↘
Ⅵ
CrO42-/Cr3+ MoO4-/M3+ WO42-/W3+
Ⅶ
MnO4-/Mn2+ TcO4-/Tc+3 ReO4-/Re3+
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↑
原因：
（1）（n-1）d 电子电离能
n ↗, (n-1)d 电子电离倾向↘ （d 电子云发散）
（2）形成 d-p 键能力：
3d < 4d < 5d
稳定性： 氧化性：
CrO42- < MoO42- < WO42-
二、氧化态
（一）同一元素，多种氧化态
原因：（n-1）d 与 ns 轨道能量相近，部分(n-1)d 电子参与成键。
例：Mn 2 ~ +7 均出现，主要+2，+3，+4，+6，+7. Fe 2 ~ +6 均出现，主要+2，+3，+6.
（二）最高氧化态
ⅢB ~ ⅦB 族：最高氧化态 == 族数
例： Sc Cr Mn
24Cr
3d54s1
不是 3d44s2
41Nb 铌
4d45s1
不是 4d35s2
42Mo
4d55s1
不是 4d45s2
《过渡金属》PPT课件
Cr6+中(3d0)无d-d跃迁，但都显色，原因是Cr6+有较强的正 电场，O一端电子向Cr的3d轨道跃迁（此跃迁属p-d跃迁，是 电荷迁移跃迁的一种），吸收可见光区一定波长的光，使化合 物显色。
[
C
r2
O
2 7
]
[
C
r
O
2 4
]2 [ H
]2
1014
[
C
r2
O
2 7
]
[
C
r
O
2 4
]
2Байду номын сангаас
1014[H
]2
酸性 [H+]>10-7 [Cr2O72-]>[CrO42-]橙 中性 [H+]=10-7 [Cr2O72-]≈[CrO42-] 碱性 [H+]<10-7 [Cr2O72-]<[CrO42-]黄
➢钨丝还用于制做灯丝(温度可高达2600℃不熔化，发光率高、寿 命长)，高温电炉的发热元件等。
3、存在和冶炼： 存在：铬铁矿[Fe(CrO2)2]，灰鉬矿(MoS2)， 白钨矿(CaWO4)，黑钨矿[(Fe,Mn)WO4]
冶炼：MoO3 + 2Al 灼热 Mo + Al2O3 MoO3 + H2 450-650℃ MoO2 + H2O MoO2 + H2 950-1100 ℃ Mo + 2H2O WO3 + 3H2 650-820℃ W + 3H2O
显然,这是因为这类阳离子铬酸盐 有较小的溶度积的原因.
元素周期表中的过渡金属和内过渡金属
其他化合物的性质
这些化合物具有独特的物理和化 学性质，如光学活性、磁有序性 和导电性等。
其他化合物的应用
在化学工业、材料科学和新能源 领域中，这些化合物具有广泛的 应用前景，如太阳能电池、磁性 材料和药物等。
06
过渡金属和内过渡金属的工业应用
在冶金工业中的应用
钢铁生产
过渡金属如铁、钴、镍等是钢铁生产中的重 要元素，可以提高钢材的强度、韧性和耐腐 蚀性。
总结词
包括铜、银、金等元素，具有稳定的价电子构型和良好的导电性。
详细描述
第一过渡系列元素位于周期表的第4至第12族，具有稳定的价电子构型，表现出良好的导电性和延展 性。这些元素在工业和日常生活中有广泛应用，如铜用于电线、管道和硬币制造，金则用于珠宝和投 资。
第二过渡系列
总结词
包括铁、钴、镍等元素，具有磁性和催化活性。
有色金属冶炼
铜、铝、锌等有色金属的冶炼过程中，过渡 金属作为杂质需要进行控制和去除。
在化学工业中的应用
催化剂
过渡金属化合物如铂、钯、铑等广泛应用于各种化学反应的催化，如加氢反应、氧化反 应等。
颜料与染料
某些过渡金属化合物具有特殊的颜色和稳定性，用于制造颜料和染料。
在其他领域的应用
磁性材料
过渡金属如铁、钴、镍等及其合金具有优异 的磁性能，用于制造磁性材料和器件。
硫化物和硒化物的性质
硫化物和硒化物的应用
在电子工业、光学材料和催化领域中 ，硫化物和硒化物具有重要应用，如 半导体材料、红外探测器和催化剂等 。
这些化合物具有不同的物理和化学性 质，如颜色、熔点、导电性和磁性等 。
其他化合物
其他化合物的种类
除了氧化物和硫化物/硒化物外， 过渡金属和内过渡金属还可以形 成多种其他类型的化合物，如卤 化物、络合物和氢化物等。
元素周期表中的过渡金属与配位化合物实验
过渡金属在元素周期表中的位置
过渡金属位于元素周期表的第4、5、6周期 过渡金属包括铁、钴、镍、铜、锌、汞等元素 过渡金属具有特殊的化学性质和物理性质 过渡金属在配位化合物实验中具有重要作用
过渡金属的电子构型与化学性质
电子构型：过渡金属元素的电子构 型通常为d或f电子构型
配位化合物：过渡金属元素容易形 成配位化合物，如Fe(CO)5、 Ni(CO)4等
配位化合物的稳定 性与反应性：对于 理解化学反应机理 具有重要意义
实验操作与注意 事项
实验材料与试剂准备
实验仪器：如烧杯、试管、 滴定管等
配 位 化 合 物 ： 如 E DTA 、 DT PA 等
过渡金属：如铁、铜、镍等
实验试剂：如盐酸、硫酸、 氢氧化钠等
防护用品：如手套、口罩、 护目镜等
实验记录本：记录实验过程 和数据
实验结果在生产生活中的应用
过渡金属与配位化合物在工业生产中的应用 实验结果在环境保护中的应用 实验结果在医疗领域的应用 实验结果在材料科学中的应用
实验结果对科学研究的启示
过渡金属与配位化合物的性质和结构 实验结果的应用：如催化剂、药物、材料等领域 实验结果的理论解释：如电子结构、配位化学等 实验结果的创新性：如新化合物的发现、新反应的发现等 实验结果的局限性：如实验条件、实验方法等 实验结果的未来研究方向：如新化合内外学者正在积极开 展新型配位化合物的合成与应用研 究
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
应用领域：在材料科学、生物医药、 环境科学等领域具有广泛的应用前 景
挑战与机遇：面临合成难度大、应 用效果不稳定等挑战，同时也存在 巨大的市场机遇和发展空间
过渡金属在新能源领域的应用前景
元素周期表中的过渡金属
医学应用
01
02
03
药物合成
过渡金属在药物合成中发 挥重要作用，如铂、钴、 镍等金属的配合物用于治 疗癌症的药物研发。
诊断试剂
某些过渡金属离子如铁、 铜、锌等参与生物体内的 代谢过程，可作为生物标 记物用于诊断疾病。
医疗器械
一些具有特殊物理和化学 性质的过渡金属及其合金 用于制造医疗器械，如手 术刀具、植入物等。
环境治理
污水处理
过渡金属化合物在污水处理中具有重要作用 ，能够有效去除水中的重金属离子和有害物 质，保障水质安全。
大气治理
利用过渡金属化合物去除大气中的有害气体 ，如二氧化硫、氮氧化物等，有助于改善空
气质量。
谢谢您的聆听
THANKS
元素周期表中的过渡金属
CONTENTS
• 过渡金属的概述 • 过渡金属的化学性质 • 过渡金属的物理性质 • 过渡金属的应用 • 过渡金属的发现与开采 • 过渡金属的未来发展
01
过渡金属的概述
定义与特性
定义
过渡金属是元素周期表中d区和ds区 的金属元素，它们具有未填满的d电 子壳层。
特性
过渡金属具有多种氧化态，可以形成 多种复杂的化合物，具有丰富的化学 性质和物理性质。
功能材料
过渡金属化合物在磁性、光学、电学 等方面具有优异性能，可用于信息存 储、光电器件、传感器等领域。
新能源开发
燃料电池催化剂
过渡金属（如铂、钯等）具有良好的催化性能，是燃料电池中重要的催化剂，有助于提 高燃料电池的效率和稳定性。
太阳能电池
过渡金属化合物在太阳能转换方面具有潜在应用价值，能够提高太阳能电池的光电转换 效率和稳定性。
详细描述
过渡金属具有多种氧化态，这是因为它们的d电子可以轻易地参与成键，形成不 同的价态。此外，由于d电子的存在，使得相邻氧化态间的电离能差较小，这使 得过渡金属在化学反应中容易发生氧化还原反应。
《过渡金属元素》课件
佩戴防护设备：如防护服、 手套、口罩等
遵守操作规程：严格按照 操作规程进行操作
定期进行安全培训：提高 员工安全意识和技能
建立应急处理机制：应对 突发安全事故
遵守法律法规：遵守国家 及行业相关法律法规
定期进行安全检查：及时 发现并消除安全隐患
过渡金属元素废弃物的分类和处理方法 资源化利用的技术和设备 资源化利用的经济效益和社会效益 资源化利用的法律法规和政策支持
氧化还原反应是 化学反应中常见 的反应类型
过渡金属元素在 氧化还原反应中 具有较高的活性
过渡金属元素在氧 化还原反应中能够 形成多种化合物
过渡金属元素在化学反应中具有催化作用 催化作用可以提高化学反应速率 催化作用可以降低化学反应的活化能 催化作用可以改变化学反应的方向和产物
PART FIVE
过渡金属元素在合金 材料中的作用：提高 合金的强度、硬度、 耐磨性等性能
有重要作用
过渡金属元素在自然界中主要以矿物和矿石的形式存在 常见的过渡金属矿物有铁、铜、镍、钴等 矿石是含有过渡金属元素的岩石，如铁矿石、铜矿石等 过渡金属元素在矿石中的含量和分布会影响其经济价值
过渡金属元素在自然界中主要 以矿物形式存在
提取方法：物理提取法、化学 提取法、生物提取法等
纯化方法：溶剂萃取法、离子 交换法、电化学法等
纯化程度：根据应用需求选择 合适的纯化程度
PART FOUR
配位键：过渡 金属元素与配 体形成的化学
键
作用：稳定过 渡金属元素的 电子结构，增 强其化学活性
应用：在化学 反应中，配位 键可以促进过 渡金属元素的
反应速率
例子：铁离子 与水形成配位 键，生成氢氧
化铁沉淀
过渡金属元素在 氧化还原反应中 起到重要作用
元素周期表中的主族元素与过渡金属
元素周期表中的主族元素与过渡金属元素周期表是化学领域中最重要的工具之一，它按照元素的原子序数（即核外电子的数量）和电子排布方式进行分类和排列。
在周期表中，主要分为两个大的类别：主族元素和过渡金属。
本文将探讨这两类元素的特点、应用以及它们在化学和工业领域中的重要性。
1. 主族元素主族元素位于周期表左侧和右侧的区域，包括1A、2A和3A至8A 族元素。
它们的原子中，最外层电子的数量决定了元素的化学性质。
主族元素的共同特点如下：1.1 电子配置稳定主族元素的最外层电子主要位于s或p轨道，它们容易失去或获得少量的电子，以达到稳定的电子构型。
例如，钠（Na）位于第3周期第1组，其原子结构为1s²2s²2p⁶3s¹。
由于钠具有一个容易失去的外层电子，它成为了一种常见的阳离子，很容易与其他元素形成化合物。
1.2 原子半径递增主族元素的原子半径随着周期号的增加而递增。
这是由于原子核的电荷数不断增加，引起了外层电子与核之间的吸引力增强。
因此，周期表中下方元素的原子半径更大。
1.3 高电负性主族元素通常具有较高的电负性，即它们更容易接受电子而成为阴离子。
常见的示例包括氧（O）和氮（N）。
氧是一种高电负性元素，它很容易接受来自其他元素的电子，与其他元素形成化合物，如水。
2. 过渡金属过渡金属位于周期表中央的区域，从3B至12B组。
它们具有一些特殊的特点，使它们在不同领域具有重要的应用：2.1 多价性过渡金属由于外层轨道的复杂电子排布，可以在多个氧化态之间转变。
这种多价性使得过渡金属离子能够参与多种化学反应，并具有催化作用。
例如，铁（Fe）可以处于Fe²⁺和Fe³⁺两种氧化态，使其在生物系统中参与重要的催化反应。
2.2 良好的导电性和热传导性过渡金属具有良好的导电性和热传导性，这使它们在电子工业和能源领域得到广泛应用。
例如，铜（Cu）是一种优良的导电材料，广泛用于电线电缆的制造。
元素周期表中的过渡金属元素特性
元素周期表中的过渡金属元素特性元素周期表是现代化学学科的基本工具之一，它将所有已知的化学元素组织成特定的顺序。
在这个表中，过渡金属元素占据了一整个区域，包括3d系列和4d系列的元素，它们具有特殊的化学和物理性质，对于我们理解和应用元素周期表是非常重要的。
本文将重点探讨过渡金属元素的特性。
一、原子结构过渡金属元素的共同特点是它们的原子结构中有一个或多个未填满的d轨道。
这意味着过渡金属元素的电子结构在外层电子的填充上有一些特殊规律。
以铁（Fe）为例，其电子结构为1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²3d⁶，其中未填满的3d轨道成为其特征。
二、物理性质过渡金属元素常常具有良好的导电性和热导率。
这是由于它们的原子结构中的未填满d轨道，能够容纳更多的电子和形成更复杂的电子结构，从而增强导电性能。
此外，过渡金属元素的硬度通常较高，且具有高熔点和高密度。
这些物理性质使得过渡金属元素在工业和科学研究中有广泛的应用。
三、化学性质1. 变价性：过渡金属元素通常具有多种变价态。
由于其未填满的d轨道，过渡金属元素可以通过失去或获得d轨道中的电子来形成不同的化合物。
这种多变价性使得过渡金属元素在催化剂、电池等领域有着重要的应用。
2. 形成配合物的能力：过渡金属元素具有形成配合物的能力，这是由于它们的d轨道可以接受配体的电子对并与之形成稳定的配合物。
这种能力使得过渡金属元素在生物学、医药化学和材料科学等领域具有广泛的应用。
3. 催化活性：由于其特殊的电子结构和变价性，过渡金属元素经常作为催化剂在化学反应中发挥着重要的作用。
例如，铂（Pt）常用来催化氢气和氧气的结合以产生水，铁（Fe）则在哈伯-博什过程中用作氨的合成催化剂。
四、应用领域过渡金属元素在许多领域都有着广泛的应用。
例如，铁、钴（Co）和镍（Ni）被广泛建筑和汽车制造业用作钢铁的合金成分。
铜（Cu）是一种重要的导电金属，广泛应用于电子、电力和通信行业。
过渡金属元素
2. 羰基簇合物 （分子中含有M—M键的化合物）
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羰基与金属原子的结合方式：
(1) 端基（1个CO和1个成簇原子相连）；(2) 边桥基（1个CO
与2个成簇原子相连）；(3) 面桥基（1个CO与3个成簇原子相 连）。
第7章 过渡金属元素
表7-1 过渡金属元素（d 区元素除第七周期外, 共23种）
周期\族
四
IIIB
Sc
IVB
Ti
VB
Ⅴ
VIB
Cr
VIIB
Mn Fe
VIII
Co Ni
五
六
Y
La
Zr
Hf
104Rf
Nb
Ta
105Db
Mo
W
106Sg
Tc
Re
107Bh
Ru
Os
108Hs
Rh
Ir
109Mt
Pd
Pt
110Uun
近时， 两个Re3+的dz2轨道以
“ 头碰头 ”重叠形成σ键； 两 个Re3+ 的dxz轨道、dyz轨道以
“ 肩并肩 ”重叠形成两个 d—d
π键； 而两个Re3+ 的dxy轨道以 “面对面”重叠形成δ键，说明 Re与Re之间形成四重键。
26
Re 5d56s2
-3e
Re3+ 5d4
dsp2杂化
5d4 (dsp2)0( dsp2)0( dsp2)0( dsp2)0 σ σ σ σ (3px)2 (3px)2 (3px)2 (3px)2 Cl Cl Cl Cl
元素周期表中的过渡元素
元素周期表中的过渡元素元素周期表是化学家们用来组织和分类元素的基本工具。
其中，过渡元素是周期表中一个重要的类别，它们在化学和物理性质上都有着独特的特点。
本文将介绍过渡元素的概念、特性以及它们在日常生活中的应用。
一、过渡元素的概念元素周期表是按照原子核中的质子数（即原子序数）递增的顺序排列的。
而过渡元素是指周期表中的d区元素，这些元素具有不完全填充的d电子层。
具体来说，它们的最外层电子结构可表示为(n-1)d(n-2)fnp，其中n代表能级，np代表填充的外层电子。
过渡元素包括3d系、4d系、5d系和6d系，分别位于周期表的第3至12组、第4至12组、第5至12组和第6至12组。
由于它们的外层电子结构不同，导致了它们之间的化学特性差异。
二、过渡元素的特性1. 化学性质：过渡元素在化学反应中通常表现出多价性。
由于d电子的相对能量较高，容易参与化学反应，并能形成稳定的离子化合物。
此外，由于外层电子的分布情况不同，过渡元素在形成氧化物时可能会形成不同的氧化态，这也是其多价性的表现。
2. 金属性质：过渡元素大多数都是金属，具有良好的导电性和导热性。
此外，它们还具有韧性、延展性和磁性等金属特性。
3. 催化性质：许多过渡元素、尤其是过渡金属，具有良好的催化活性。
它们可以通过吸附、解离或转移电子等方式参与化学反应，从而降低反应活化能，加速反应速率。
4. 彩色离子：过渡元素离子在溶液中呈现出丰富的颜色。
这是由于过渡元素离子的d电子能级间的跃迁所引起的。
三、过渡元素的应用1. 催化剂：由于过渡金属的催化活性，它们被广泛应用于化学工业中的催化反应过程，如重要的工业过程氨合成、有机合成和汽车尾气催化转化等。
2. 电池材料：过渡金属在电池材料中具有重要作用。
例如，锂电池中的过渡金属氧化物可用作正极材料。
3. 金属合金：过渡金属常用于制备各种金属合金，如不锈钢、合金钢等。
这些合金通常具有较高的强度和耐腐蚀性能。
4. 彩色玻璃和陶瓷：某些过渡金属元素可以通过调节其氧化态来改变颜色。
元素周期表中过渡元素的性质与应用
元素周期表中过渡元素的性质与应用元素周期表是化学家们总结和分类元素的重要工具，其中过渡元素是指周期表中第3-12组元素，包括3d、4d、5d轨道上的元素。
过渡元素具有独特的性质和广泛的应用，对于理解物质的组成和性质变化有着重要的意义。
本文将讨论过渡元素的性质以及它们在不同领域的应用。
一、过渡元素的性质1. 多价性和化合价变化：过渡元素具有多个氧化态，即多价性。
这是由于过渡元素具有既能失去电子形成正离子，也能获得电子形成负离子的能力。
因此，它们能够形成不同的化合价，参与到多种反应中。
2. 颜色和吸收光谱：许多过渡元素及其化合物具有鲜明的颜色，这是由于它们能够吸收一定波长的光，在可见光区域发生电子跃迁。
例如，铜的化合物呈现蓝绿色、钴的化合物呈现鲜艳的红色等。
这一性质使得过渡元素在颜料、染料等方面有重要应用。
3. 催化活性：许多过渡元素及其化合物具有良好的催化活性。
它们可以在反应中降低活化能，加速反应速率。
常见的过渡金属催化剂包括钯、铂、镍等，它们在有机合成、能源转化等领域发挥着重要作用。
4. 形成强稳络合物：过渡元素常常形成稳定的配合物。
它们能够与配体发生配位键，形成配位化合物。
这些络合物具有丰富的结构和性质，广泛应用于催化、荧光材料、生物医学等领域。
5. 磁性行为：过渡元素和其化合物具有丰富的磁性行为。
其中，具有未被填满的d轨道的过渡金属离子更容易表现出明显的磁性。
这一性质使得它们在磁性材料、数据存储等领域有广泛应用。
二、过渡元素的应用1. 工业催化剂：许多过渡金属催化剂被广泛应用于化工生产中。
例如，钯催化剂可用于加氢反应、芳香化反应等；铑催化剂可用于氧化反应等。
这些催化剂能够提高反应速率、选择性和产率，降低生产成本。
2. 电子材料：过渡元素及其化合物在电子材料领域发挥着重要作用。
铜、铝、铁等过渡金属被广泛应用于电线、电缆等导电材料中。
同时，过渡金属氧化物也是光电子器件、可见光催化剂等的重要组成部分。
过渡金属元素ppt课件
其中：ΦA / V
Cr2O72 -/ Cr3+
1.33
MnO4- / Mn2+
1.49
FeO42- / Fe2+ NiO42- / Ni2+
1.84 1.75
5
（三）氧化态的稳定性
2．同一族
高稳氧 氧定化 化性性 态↗↘
Ⅵ
CrO42-/Cr3+ MoO4-/M3+ WO42-/W3+
Ⅶ
MnO4-/Mn2+ TcO4-/Tc+3 ReO4-/Re3+
ⅢB ⅦB Ⅷ
+3 +7 +6 最高氧化态氧化性↗ 最高氧化态稳定性↘
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-
例：r / pm 57 La 187.7, 71 Lu 173.5
Δr
187.7 173.5 = 71 57
≈ 1 pm
9
三、原子半径：
“镧系收缩”
——从 57 Ln – 71 Lu，随着原子序数递增，增加的电子进入 (n-2) f（即 4f）轨道(4f 0 ~145d 0~16s 2)；对于最外层 6s 电子而言，4f 电子位于次外层， Z*增加很小，因此
过渡金属元素
（ⅢB~ⅤⅢ族，d 区）
(n-1)d1~9 ns1~2 (例外 Pd 4d10 5s0 )
过渡金属(Fe,Al,Cu)
I.铁Fe一、铁的结构和性质1.铁是26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，属于过渡元素。
原子结构示意图：主要化合价：+2，+32.铁在金属的分类中属于黑色金属，重金属，常见金属。
纯净的铁是光亮的银白色金属，密度为7.86g/㎝3,熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。
还原铁粉为黑色粉末。
3.铁是较活泼的金属元素，在金属活动性顺序表中排在氢的前面。
①跟非金属反应：点燃点燃△3Fe+2O2 == Fe3O42Fe+3Cl2==2FeCl3Fe+S= FeSFe+I2= FeI2②跟水反应： 3Fe+4H2O==(高温)== Fe3O4+4H2③跟酸作用：Fe+2H+=Fe2++H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H2，且氧化性酸过量时生成Fe3+)④与部分盐溶液反应：Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+2Fe3+=3Fe2+3.生铁与钢的比较4.炼铁和炼钢的比较①还原剂的生成C+O2CO2CO2+C2CO ②铁的还原Fe2O3+3CO2Fe+3CO2③炉渣的生成CaCO3CaO+CO2①氧化：2Fe+O22FeOFeO氧化铁水里的Si、Mn、C等。
如C+FeOFe+CO②造渣：生成的硅锰氧化物得铁水里的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出。
③脱氧，并调整Mn、Si含量2FeO+Si2Fe+SiO2CaO+SiO2CaSiO31.过渡元素位于周期表中中部从ⅢB～ⅡB族十个纵行，分属于第四周期至第七周期。
过渡元素都是金属，又叫过渡金属。
过渡金属的密度一般比较大，熔沸点较高，有较高的硬度、较好的延展性和机械加工性能，较好的导电、导热性能和耐腐蚀性能。
过渡元素的原子最外层电子数不超过两个，在化学反应中，最外层和次外层都容易失去电子，因此过渡元素有可变化合价。
所以当Fe与弱氧化剂反应时，只失去最外层上的2个电子，形成Fe2+；当Fe与强氧化剂反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成Fe3+。
元素周期表中的过渡金属元素研究
磁性材料的应用：磁存储、磁分离、磁传感等
磁性材料的制备：烧结、熔炼、气相沉积等
过渡金属元素在工业中的应用
PART 04
催化剂与催化反应
过渡金属元素作为催化剂的应用广泛
催化反应可以提高反应速率和选择性
过渡金属元素在石油化工、精细化工等领域具有重要应用
催化剂的种类和性能对催化反应有重要影响
电池材料与能源存储
过渡金属元素在岩石和矿物中的分布广泛
过渡金属元素的物理化学性质
PART 03
电子结构与能级
过渡金属元素的电子结构特点：具有未填满的d电子层
能级分裂：由于未填满的d电子层，导致能级分裂，形成一系列能级
电子排布：过渡金属元素的电子排布遵循洪特规则，具有一定的规律性
能级跃迁：过渡金属元素之间的能级跃迁是化学反应中的重要过程，影响元素的化学性质
过渡金属元素在电池材料中的应用：如钴、镍、锰等，用于制造锂离子电池、镍氢电池等。
过渡金属元素在能源存储中的应用：如钒、铬、钼等，用于制造储能材料，如钒电池、铬电池等。
过渡金属元素在太阳能电池中的应用：如铜、锌、锡等，用于制造太阳能电池，如铜铟镓硒太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等。
过渡金属元素在燃料电池中的应用：如铂、铱等，用于制造燃料电池，如氢燃料电池、甲醇燃料电池等。
THANK YOU
汇报人：
回收与处理技术的发展趋势：高效、环保、节能、低成本
未来展望与研究方向
PART 06
新材料设计与合成
合成新材料的实验方法和技术
过渡金属元素的性质和应用
新材料设计的基本原理和方法
过渡金属元素在新材料设计中的应用前景和挑战
新型催化反应的开发与应用
应用领域：能源、环保、化工等
近现代化学导论第14章-6过渡金属元素CuAgAu课件
2. CuSO4 硫酸铜
Cu2+是弱的氧化剂
2Cu2+ + 4I¯→ 2CuI↓+ I2
碘量法测定Cu2+
白色
溶液中不存在
CuI2×
EӨ(Cu2+/Cu+ )= + 0.153 V，EӨ(I2 / I¯) = + 0.534 V
EӨ(Cu2+/CuI )= + 0.86 V， EӨ(I2/ I¯) = + 0.534 V
金属单质稳定，金属活泼性差
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高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
一、铜族元素单质
金属单质稳定，金属活泼性差
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高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
一、铜族元素单质
单质铜在潮湿空气里生成绿色铜锈，即 碱式碳酸铜，铜绿可以防止金属进一步 腐蚀，银和金的活性差，不与空气中的 氧作用，但银易与空气中的H2S 作用生 成黑色Ag2S 而失去银白色光泽。
这个水分子结合牢固
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
2. CuSO4 硫酸铜
CuSO4与石灰乳混合制得“波尔多”溶液，可用于防治或 消灭植物的多种病虫害，加入贮水池中可以防止藻类生长。
波尔多液配方：
CuSO45H2O : CaO : H2O = 1 : 1 : 100
无水CuSO4为白色粉末，不溶于乙醇和乙醚，其吸水性很 强，吸水后即显出特征蓝色。可利用这一性质来检验乙醚、 乙醇等有机溶剂中的微量水分，并可作干燥剂使用除去水 分。
元素周期表中的过渡金属元素性质分析
元素周期表中的过渡金属元素性质分析元素周期表是化学领域中最重要的工具之一，它将所有已知的化学元素按照一定的规律排列在一起。
其中，过渡金属元素是周期表中的一个重要类别，它们具有独特的性质和广泛的应用。
本文将对过渡金属元素的性质进行分析和探讨。
过渡金属元素是指周期表中3至12族元素，它们的电子排布在d轨道中。
这使得过渡金属元素具有一系列特殊的性质。
首先，过渡金属元素常常具有多种氧化态。
这是因为它们的d轨道能级相对较低，容易失去或获得电子，形成不同的氧化态。
例如，铁元素可以呈现2+、3+、4+等多种氧化态，这使得它在生物体内起着重要的作用，如参与氧气的运输和储存。
其次，过渡金属元素具有良好的催化性能。
由于它们的d轨道能级接近反应物和产物的能级，过渡金属元素能够提供活化能，促进化学反应的进行。
铂金、钯等过渡金属元素常被用作催化剂，广泛应用于化学工业、环境保护和能源领域。
例如，铂金催化剂可用于汽车尾气净化，将有害气体转化为无害物质。
此外，过渡金属元素还具有良好的磁性和导电性。
这是因为它们的d轨道中存在未填充的电子，这些电子能够自由移动，形成电流。
铁、钴、镍等过渡金属元素是常见的磁性材料，它们在电子学和材料科学中有着重要的应用。
例如，硬盘驱动器中的磁性材料就是由过渡金属元素构成的，它们能够存储和读取大量的数据。
过渡金属元素还表现出丰富的颜色。
这是由于它们的d轨道能级与可见光的能级相近，能够吸收或散射特定波长的光。
铬元素的化合物常常呈现绿色，铜元素的化合物呈现蓝色。
这些颜色不仅赋予了过渡金属元素化合物独特的外观，还在颜料、染料等领域中得到广泛应用。
最后，过渡金属元素在生物体内发挥着重要的生理功能。
铁元素是血红蛋白的组成部分，它能够与氧气结合并在体内进行氧气的运输。
锌元素是许多酶的辅助因子，参与多种生化反应。
这些生理功能使得过渡金属元素在医学和生物学研究中具有重要的地位。
综上所述，过渡金属元素具有多种独特的性质和广泛的应用。
过渡元素的结构特点与基本性质
过渡元素的结构特点与基本性质元素周期表中第四、五、六七周期元素中，第ⅢB~ⅤⅢ族，共25种元素，统称为过渡元素。
过渡元素的单质都是金属，所以也称为过渡金属元素。
见表16.1.过渡金属元素属于ⅢB~ⅤⅢ族，d区，外层电子排布为(n-1)d ns(Pd，4d10 5s0，是一种例外的电子排布)。
镧系、锕系的元素的电子排布，增加的电子填入(n-2)f亚层，例如：57La 4f 05d1 6s 2，在结构上，它们最外层二个电子层都是未充满的，因此在元素周期表的划分上不属于过渡金属元素，而属于内过渡元素。
也称之为镧系、锕系元素。
镧系57La ~ 71Lu （15种元素） 4f 0~145d0-1 6s2锕系89Ac~103Lr铹（15种元素）5f 0~146d0~1 7s216.1.1 价电子构型过渡金属价电子构型的通式为：(n-1)d1~9 ns1~2。
原子核外电子排布遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。
L. Pauling 原子轨道近似能级图如下：1s; 2s 2p ; 3s 3p; 4s 3d 4p; 5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p ; 7s 5f 6d也有一些电子排布例外的情况，例如：Z = 24，41 ~ 46：Nb 铌4d45s1不是4d35s241W 钨 5d46s2不是4d55s142Ru 钌4d75s1不是4d65s244Rh 铑4d85s1不是4d75s245Pd 钯4d105s0 不是4d85s24616.1.2 氧化态的规律过渡金属元素常表现为多种氧化态，其根本原因在于内层电子的排布，过渡金属外层电子排布为：(n-1)d1~9 ns1~2 ，(n-1)d轨道与ns轨道能量相近，部分(n-1)d电子参与成键。
例：Mn：+2 ~ +7均出现，主要+2，+3，+4，+6，+7.Fe：+2 ~ +6均出现，主要+2，+3，+6.过渡金属元素的最高氧化态与所在的族相等，最高氧化态= 所处的族数例：Sc +3 Ⅲ3d14s2Cr +6 Ⅵ3d54s1Mn +7 Ⅶ3d54s1但Ⅷ族：多数最高氧化态小于其族数，是因为随着有效核电荷的增加（Z *↑），不是所有(n-1)d 电子都参与成键。
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6.1 过渡元素的通性 6.2 ⅣB~ⅥB族金属元素及其化合物 6.3 ⅦB~ⅧB族金属元素及其化合物 6.4 稀土金属及其应用
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• 过渡元素是指长周期表中d区和ds区元素，在周期 表中包括IIIB族~IIB族。通常按同元素的性质相 近把过渡元素分成三个系列。
族
• 通常，基态和激发态的能量差越小，电子吸收光的 波长越长，物质呈现的颜色就越深；反之，电子吸 收光的波长越短，则物质呈现的颜色就越浅。
• 如果离子中的电子都已配对，如d0、d10等就比较稳
定，不易激发，这些离子一般无色，如Sc3+、Ag+、
20Z21/n2/62+等。
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6.1.2 化学性质
• （1）金属活泼性 • （2）多种氧化数 • （3）易形成配合物
离子中未配对的电子数
离子在水溶液中的颜色
0
Ag+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Sc3+、Ti4+（无色）
1
Cu2+（蓝色）、Ti3+（紫色）
2
Ni2+（绿色）
3
Cr3+（蓝紫色）、Co2+（桃红色）
4
Fe2+（淡绿色）
5
Mn2+（淡红色）、 Fe3+ （浅紫色）①
① Fe3+在溶液中由于水解等原因，水溶液常呈现黄色或褐色。
同族元素(除Sc分族外)自上往下金属活泼性降低
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系
ⅡB E (M2+/M)/V Ⅷ Zn -0.7626 Ni Cd -0.403 Pd Hg +0.8535 Pt
E (M2+/M)/V -0.257 +0.92 +1.2
第二、第三过渡系金属都不活泼，与氧化性酸在 加热时才能发生反应。
Mo只能与浓硝酸和热浓硫酸反应，铌、铑、钽、 锇、铱与王水都很难反应
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（2）多种氧化数
族
元素
3dn 主 要 氧 化 数
ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB
Ⅷ
ⅠB ⅡB
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
3d1 3d2 3d3 3d5 3d5 3d6 3d7 3d8 3d9 3d10
（2）水合离子的颜色
• 过渡金属的水合离子、含氧酸根离子和配离子常 是有颜色的，与此相反，主族金属的相应离子是 无色的。
• 过渡元素的离子通常在d轨道上有未成对电子，这 些电子的基态和激发态的能量比较接近，一般只 要是可见光中的某些波长的光就可使电子激发， 这些离子大都具有颜色。
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氧化数
+3 +3 +4 +3 +2 +2 +2 +2 +1 +2
+4 +5 +6 +4 +3
+2
+6
+7
第二过渡系 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
可溶该金 属的酸
稀HCl 稀HCl H2SO4 等
等 (缓慢)
稀H2SO4 HCl等
Cu
0.34
浓 H2பைடு நூலகம்O4
Zn -0.7626
稀HCl H2SO4等
值同2I0I其。2I1一B/2可/活6族第周溶是泼一期于过性迅过元渡非减速渡素元氧氧弱系从素化化金中左，性属最到与稀活除右水酸泼C作总置的u用趋外金换释势,属出放E，E氢出(SM氢(气cM2、气+。2/+YM/、M)均)L增a为能大负11
+2
+2 +2 +2 +2 +2 +1 +2
+3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +2
+4 +4
+4
+5
+6 +6 +7
稳定氧化数 不稳定氧化数
1.从左到右, 元素最高氧化数升高, ⅦB后又降低
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（2）多种氧化数
族 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB
第一过渡系 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
第三过渡系 La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
原子结构特点：
➢随核电荷的递增，电子依次填充在次外层的d轨道上， 最外层有1~2个电子； ➢20其21/2价/6 层电子构型为(n-1)d1~10ns1~2(Pd为4d105s0) 3
6.1.1 物理性质
• 过渡元素的单质显示典型的金属性质，有 金属光泽，延展性，是热和电的良导体等。
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（1）金属活泼性
元素
E (M2+/M)/V 可溶该金 属的酸
Sc
— 各种
酸
Ti
-1.63 热HF HCl
V
Cr
-1.13 -0.90
浓H2SO4 稀HCl HNO3、HF H2SO4
Mn -1.18 稀H2SO4 HCl等
元素
Fe Co
Ni
E (M2+/M)/V -0.44 -0.277 -0.257
周期
IIIB IVB VB VIB VIIB
VIIIB
IB IIB
第一过渡系 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
第二过渡系 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
第三过渡系 La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
自左至右按族依次为：钪副族、钛副族、钒副族、铬 副族、锰副族、VIIIB族元素、铜副族和锌副族元素。 这些元素的(n-1)d能级正在填充，所以称为过渡元素。
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过渡元素熔点、沸点的递变规律是自IIIB至VIB依次升
高，VIB族金属的熔点、沸点最高，VIIB族以后逐渐降
低，IIB族已是低熔点金属，汞的熔点（234.13K）最
低20。21/2V/6IB族的铬硬度最大（9）。
6
IVB~VIIB族元素的单质具有高熔、沸点、高硬度的原 因，主要是它们的原子半径较小，有效核电荷较大， 价电子层有较多的未成对d电子（铬有5个），这些d 电20子21/2也/6 参与成键，因而增强了金属的强度和晶格能。7
（1）熔点、沸点及硬度
• 过渡金属大多熔点、沸点高，硬度大，强 度高，密度也大（如Os、Ir 的密度为 22.6×103kg·m-3)，属重金属。
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熔点、沸点最高的金属主要集中在d区，尤其是
IVB、VB、VIB、VIIB族的金属，其中钨的熔点、
2沸021/点2/6 最高（熔点3683K，沸点6200K）。
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• 过渡元素是指长周期表中d区和ds区元素，在周期 表中包括IIIB族~IIB族。通常按同元素的性质相 近把过渡元素分成三个系列。
族
周期
IIIB IVB VB VIB VIIB
VIIIB
IB IIB
第一过渡系 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
第二过渡系 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd