过渡元素(3)
第九章 过渡元素
Cu（OH）2 氢氧化铜为浅兰色粉末，难溶于水，稍有两性，易溶于酸， 只溶于较浓的强碱。 Cu（OH）2 + 2OH[Cu（OH）]2-
9.2.3 银的化合物 银通常形成氧化值为+1的化合物，其中只有AgNO3易溶于水其他如Ag2O、 卤化银等均难溶。银的化合物有不同程度的感光性，银和许多配体易形成配合物。 硝酸银 AgNO3是最重要的可溶性银盐，用途广泛。它在干燥的空气中比较稳 定，潮湿状态下易见光分解，析出单质银而变黑
（1） 氧化铜和氢氧化铜 CuO 氧化铜为黑色粉末，难溶于水。它是偏碱性氧化物，溶于稀酸： CuO + 2H+ Cu2+ + H2O
由Cu（NO3）2或Cu2（OH）2CO3受热分解都能指得CuO：
2Cu（NO3）2 Δ Cu2（#43; 4NO2 + O2 2CuO + CO2 + H2O
第九章
过渡元素
9.1过渡元素的结构特点
过渡元素位于周期表中部d区ⅢB（3）—Ⅷ（8）族8个直列24个元素（不包括镧以 外的镧系，锕以外的锕系元素）。表9—1列出了第一过渡系列元素的电子构型
表9—1 第一过渡系列元素的电子构型
过渡元素电子结构的特点是具有未充满的d轨道（Pd例外），最外层 电子为1～2个，最外两个电子层都是未充满的，其特征电子构型为（n-1） d1-9ns1-2。也有把ds区的铜族，锌族元素作为过渡元素，其电子构型为 （n-1）d1-10ns1-2。最近有人只把铜族元素列入过渡元素（而锌族不列 入），因为铜的重要氧化态Cu（Ⅱ）为3d9、Ag（Ⅱ）为4d9、Au（Ⅲ） 为5d8构型，而且它们的性质与过渡元素极为相似，故过渡元素包括铜族 元素较合适。 过渡元素与典型元素不同，周期性变化规律并不明显。如同周期的金 属性递变不显著，原子半径，电离势等随原子序数增加，虽有变化但不显 著，都反映出各元素间从左至右的水平相似性（表4—6）。因之，将这些 过渡元素按周期分为三个系列。位于周期表中第四周期的Sc—Ni为第一过 渡系列元素；第五周期中的Y—Pd为第二过渡系列元素；第六周期中的 La—Pt为第三过渡系列元素。习惯上把第一过渡系列元素称为轻过渡元素， 把第二、第三过渡系列称为重过渡元素。本节主要讨论第一过渡系列元素。
过渡元素化学
（1）氧化态 • 轻… 低氧化态比较稳定，一般稳定存在的是
+2价水合离子（也有+3价）高氧化态 [O] ， • 重… 则多以高氧化态存在（与p 区相反） • 因为：第一过渡系的 IE3高，3d 电子难以失
去；当原子处于高价态时，3d 轨道更靠近 核内部，不利于和配体价轨道重叠成键。
5
（2）磁性
• 轻过渡元素可形成高自旋或低自旋配合物，
• Tc、Re的特征氧化态是Ⅶ。 • Tc、Re的主要氧化物有：
TcO2. ReO2. ReO3. Tc2O7. Re2O7等。 • Tc、Re的卤素配合物很普遍[MCl6]2]2-[Re(CN)6]2• Re可形成羰基配合物[Re2(CO)10] • 和原子簇合物， 如：TcCl82-, ReCl82-
时生成[OsO2Cl4]2, [Os2OCl10]4-, [OsCl6]235
• RuO4: 强氧化剂、180℃以上爆炸,生成 RuO2和O2, 与有机物反应剧烈.
• OsO4: 有用的氧化剂和着色剂. OsO4与碱反应生成锇酸盐[OsO4(OH)2]2-, 它可被乙醇还原为锇(Ⅵ)酸盐 [反式－OsO3(OH)2]2-。
• TeMo6O246-称为杂多酸盐。
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• 卤化物 MoF6及WF6均是白色挥发性固体， WBr6和WCl6是蓝色的固体，易水解，而钼 的六氯化物及六溴化物是否存在还不清楚。
• 氧卤化物如MoO2F2，MoO2Cl2，WO2Cl2， 都是共价型分子或氧桥联式分子，在水中 均水解。
• 配合物 +6价的的Mo,W能形成许多配合物。 如重要的氟配离子：MF6、MF82- 。
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① 钌 44 和锇 75 (铂系Ⅰ) • 钌的最高态氟化物是RuF6: • Ru最高氧化态氯化物是RuCl3, ？？ • RuO4+|盐酸→ [ Ru2OCl10]4-,[RuCl6(H2O)]2• 锇：长期以来人们认为可形成八氟化物，但
第22章 过渡元素(
Ti3+为d1构型离子，呈紫色，具有较强的还原性，比Sn2＋强
2TiCl4 +
H2 = 2TiCl3 + 2HCl
2TiCl4 + Zn = 2TiCl3 + ZnCl2 2Ti+ 6HCl = 2TiCl3 + 3H2
TiCl3的热稳定性 > 723K TiCl3 → TiCl4＋TiCl2
2-+2H+
H+ Cr O 2-+H O 2 7 2 OH 橙红色 pH<2
分析中常用来 测定铁的含量
2K2Cr2O7+3C2H5OH+8H2SO4 = 3CH3COOH+2Cr2(SO4)3+2K2SO4+11H2O
此反应用于检验司机是否酒后开车
颜色：
紫色
蓝绿色
绿色
配离子： [Cr(NH3)3(H2O)3]3+ [Cr(NH3)6]3+ 颜色 ： Cr3+、Al3+、 粉红 Cr3+ 氢氧化物两 性，易形成 配合物 黄色 Al3+ 氢氧化物两 性，难形成 配合物 Fe3+ 氢氧化物弱碱 性，易形成配 合物
Fe3+的差别
盐与重铬酸盐
CrO4 黄色 pH>6
黄色
[V(O2)]3+＋H2O2＋2H2O
红棕色
3）低价 钒酸盐
在钒酸盐的酸性溶液中加 入还原剂(如锌粉)，可得 到低价的钒酸盐：
2Na3VO4＋12HCl＋Zn==2VOCl2(蓝色)＋ZnCl2＋6NaCl＋6H2O Na3VO4＋8HCl＋Zn==VCl3(绿色)＋ZnCl2＋3NaCl＋4H2O 2Na3VO4＋16HCl＋3Zn==2VCl2(紫色)＋3ZnCl2＋6NaCl＋8H2O
过渡元素
通性
六、配合性 配合能力强，易形成一系列配合物， 配合能力强，易形成一系列配合物，因d轨道不满 轨道不满 而参加成键时易形成内轨型配合物。 而参加成键时易形成内轨型配合物。 它们的电负性较大， 它们的电负性较大，金属离子与配体间的相互作 用加强，形成较稳定的配合物。 用加强，形成较稳定的配合物。 中心离子半径在0.075~0.06nm范围内的配合物表 中心离子半径在 范围内的配合物表 现的较突出，主要表现在配位体交换慢，有些很慢。 现的较突出，主要表现在配位体交换慢，有些很慢。 在水溶液中长期放置： 在水溶液中长期放置 如：CrCl36H2O在水溶液中长期放置：
过渡元素
通 性 钛 分 族 钒 分 族 铬 分 族 锰 分 族 铁 系 元 素 铂 系 元 素 本 章 要 求
通性
IIIB IVB VB VIB VIIB 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn VIII 26 Fe 27 Co 28 Ni
45 Rh 46
第一过渡 系元素
钪 钛
Y
钛分族
3、加热煮沸Ti(SO4)2和TiOSO4 、加热煮沸 Ti(SO4)2+H2O===TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+H2O===H2TiO3↓+H2SO4 4、分离煅烧 、 H2TiO3===TiO2+H2O 5、碳氯法 、
1000-1100K TiO2+2C+2Cl2======TiCl4+2CO
[Cr(H2O)4Cl2]+(绿色 绿色)+H2O [Cr(H2O)5Cl]2+(浅绿色 浅绿色)+Cl绿色 浅绿色 [Cr(H2O)5Cl]2++H2O [Cr(H2O)6]3+(蓝紫色 蓝紫色)+Cl蓝紫色
过渡元素
简介
综合介绍
信息介绍
性质特征
信息介绍
周期表中从IIIB族到VIII族的元素。共有三个系列的元素（钪到镍、钇到钯和镧到铂），电子逐个填入他 们的3d、4d和5d轨道。有时人们把过渡元素的范围扩大到包括镧系元素和锕系元素。因此有时也把铜族元素包括 在过渡元素范围之内。锌族元素（IIB）形成稳定配位化合物的能力上与过渡元素很相似，因此也有人建议把锌 族元素归入过渡元素范围。各系列过渡元素的与阿兹半径自左而右缓慢递减，各族元素的半径自上而下略有增加， 但不像主族元素增加的那样显著。
制作模式
过渡金属大多有其独特的生产方法：电解法、金属热还原法、氢还原法和碘化物热分解法。 存在： 大多数过渡金属都是以氧化物或硫化物的形式存在于地壳中，只有金、银等几种单质可以稳定存在。
催化剂
过渡金属催化剂或是生命起源的关键
要解释生命如何在地球上出现这个悬而未决的大问题，就像是回答先有鸡还是先有蛋的悖论：诸如氨基酸和 核苷酸这样的基本生化物质，是如何在生物催化剂（蛋白质或核酶）出现之前而完成其构造的？在最新一期《生 物学通报》上，科学家发表论文指出，或是第三种类型的催化剂启动了深海热泉中的新陈代谢以及生命。
原子结构
原子构型
原子半径
原子构型
过渡元素原子电子构型的特点是它们的d轨道上的电子未充满（Pd例外），最外层仅有1~2个电子，它们的 价电子构型为(n-1)d1-9ns1-2（Pd为4d5s）。
过渡元素原子的价电子层结构和氧化态 注：划横线的表示比较常见、稳定的氧化态；带括号的表示不稳定的氧化态。 多电子原子的原子轨道能量变化是比较复杂的，由于在4s和3d、5s和4d、6s和5d轨道之间出现了能级交错 现象，能级之间的能量差值较小，所以在许多反应中，过渡元素的d电子可以部分或全部参加成键。
过渡元素结构特点和基本性质
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III B-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.表16.1过渡金属元素(d 区元素共25种)周期'族 III B IV B V B VI B VII B VIII 四 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni 五 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd 八 La Hf Ta wRe Os lr Pt 七Ac过渡金属元素属于III V III 族，d 区，外层电子排布为(n-l)d 1-9 ns 1-2 (Pd, 4d 105s 。
，是一种例外的电子排布)。
翎系、铜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°5d 16s 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。
也称之为翎系、钢系元素。
翎系 57La 〜71Lu (15 种元素) 4f°-145d°-1 6s 2铜系 89Ac~103Lr 镑(15 种元素)5f 。
或6^-17s 216.1.1价电子构型过渡金属价电子构型的通式为：(n-l)dinsf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：Is; 2s 2p ; 3s 3p; 4s 3d 4p; 5s 4d 5p: 6s 4f 5d 6p ; 7s 5f 6d有一些电子排布例外的情况，例如：Z=24, 41 -46：不是4d 35s 2不是4d 55s 1不是4d 85s 2真化态，其根本原因在于内层电子的排布，过渡金属外层 ■l)d 轨道与ns 轨道能量相近，部分(n-l)d 电子参与成键。
+2, +3,+4, +6, +7. ,+3, +6.的族相等，最高氧化态二所处的族数s 2Mn +7 VII SdMs 1但Mil 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(ZT),不是所有 (n-l)d 电子都参与成键。
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
过渡元素
油状 绿色
MnO2+O2+O3
MnO42－ +CO2 MnO2 + CO2 Mn2++CO2
由软锰矿制备KMnO4
软锰矿 粉碎
氧化剂
OH－ △
K2MnO4 墨绿色
常用的氧化剂有O2、KNO3和KClO3。反应介质为KOH或K2CO3。
2MnO2+4KOH+O2 == 2K2MnO4+2H2O 3MnO2+6KOH+KClO3 == 3K2MnO4+KCl+3H2O MnO2+K2CO3+KNO3 == K2MnO4+KNO2+CO2↑
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
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。
• (n-1)d1~10ns1~2 (Pd:4d105s0) • d电子数较多. • d电子可部分或全部成键. • d轨道未充满可接受孤电子
1.33V －0.41V －0.91V 2-————Cr3+————Cr2+————Cr
Ea
θ：
Cr2O7
酸性介质氧化性强，碱性介质还原性强
Cr2O7
酸 性 Cr3+ 介 质 MnO 4－+H+
Ag+
2－ +ຫໍສະໝຸດ SO42－S2O82－
H2O2 碱 性 CrO2－ 介 质 Br2
CrO42－+H2O
过渡元素实验报告习题(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉过渡元素的性质及其在化学和工业中的应用。
2. 掌握过渡元素的一些典型实验操作。
3. 通过实验探究，加深对过渡元素知识的理解和应用。
二、实验原理过渡元素位于元素周期表的d区，具有独特的性质，如多种氧化态、较高的熔点和硬度、催化性能等。
这些性质使得过渡元素在化学和工业中具有广泛的应用。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：试管、酒精灯、铁架台、烧杯、滴管、镊子、移液管等。
2. 试剂：FeCl3溶液、KSCN溶液、K4[Fe(CN)6]溶液、HCl、H2SO4、HNO3、CuSO4溶液、NaOH溶液、苯、乙醇等。
四、实验内容1. 过渡元素的氧化还原性质（1）实验原理：利用FeCl3溶液与KSCN溶液的反应，观察血红色的Fe(SCN)3生成，说明Fe3+具有氧化性。
（2）实验步骤：取一支试管，加入少量FeCl3溶液，滴加KSCN溶液，观察现象。
（3）实验现象：溶液变为血红色。
（4）实验结论：Fe3+具有氧化性。
2. 过渡元素的配位性质（1）实验原理：利用K4[Fe(CN)6]溶液与FeCl3溶液的反应，观察普鲁士蓝的生成，说明Fe3+与[Fe(CN)6]4-形成配位化合物。
（2）实验步骤：取一支试管，加入少量FeCl3溶液，滴加K4[Fe(CN)6]溶液，观察现象。
（3）实验现象：溶液变为蓝色。
（4）实验结论：Fe3+与[Fe(CN)6]4-形成配位化合物。
3. 过渡元素的催化性质（1）实验原理：利用CuSO4溶液作为催化剂，观察苯与乙醇在CuSO4催化下的反应，说明Cu2+具有催化作用。
（2）实验步骤：取一支试管，加入少量苯和乙醇，滴加CuSO4溶液，加热，观察现象。
（3）实验现象：溶液变为蓝色，且有气体产生。
（4）实验结论：Cu2+具有催化作用。
4. 过渡元素在工业中的应用（1）实验原理：利用FeCl3溶液作为印染工业的染料。
（2）实验步骤：取一支试管，加入少量FeCl3溶液，观察溶液颜色。
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描述化学元素的分类和属性的重要工具。
其中，过渡元素是周期表中的一类特殊元素，具有许多独特的化学和物理性质。
本文将介绍过渡元素的定义、特点、应用以及对人类社会的重要意义。
一、过渡元素的定义和特点过渡元素是周期表中d区的元素，它们的原子结构中有不满的d电子壳层。
根据IUPAC的定义，从原子序数21（钪，Sc）到原子序数30（锌，Zn）以及从原子序数39（钇，Y）到原子序数48（银，Ag）的元素属于过渡元素。
过渡元素具有以下几个特点：1. 多种氧化态：过渡元素的d电子壳层不是完全填满的，因此它们可以容易地失去或获得电子，形成多种氧化态。
这使得过渡元素在化学反应中具有多样性和灵活性。
2. 良好的催化性能：由于其电子结构的特殊性质，过渡元素常常表现出良好的催化活性。
它们可作为催化剂参与许多重要的化学反应，促进反应速率和选择性。
3. 彩色化合物：过渡元素离子在溶液中或固体中具有吸收和发射特定波长光谱的能力，因此它们通常形成彩色的化合物。
这也是过渡元素被应用于颜料、染料和激光材料等领域的原因之一。
4. 高熔点和密度：大多数过渡元素具有较高的熔点和相对密度。
这与它们的原子结构和离子半径有关，使得过渡元素在高温和高压条件下具有许多特殊的物理性质。
5. 磁性: 过渡金属元素中的许多具有未配对的d电子，这使得它们具有磁性。
这些元素在物理和材料科学中的磁学研究中非常重要。
二、过渡元素的应用过渡元素在许多领域都有广泛的应用，下面是一些重要的应用领域：1. 工业催化剂：过渡金属催化剂在化学工业中广泛应用，用于促进氢气合成、石油加工、氨的合成和环保领域。
2. 电子材料：许多过渡金属元素具有优异的电导率、热导率和磁性。
它们被广泛应用于电子、计算机、通信和数据存储等领域。
3. 生物学：过渡金属离子在生物学过程中发挥关键作用。
例如，铁在血红蛋白和细胞色素中起到氧气运输的重要作用。
4. 颜料和染料：由于过渡元素形成彩色的化合物，它们被广泛用于颜料、染料和陶瓷等领域，为我们的生活增添了色彩。
过渡元素
（3）还原法
原理：用还原剂还原化合物（如氧化物等）来制取单 质，一般常用的还原剂是焦炭，CO、H2、活泼金属等。
例： 高炉炼铁： Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 铝热剂法： Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3 应用范围：用于制取活泼性不是很强的金属及以正氧 化值存在的非金属单质。 氧化物能否被还原，可以用消耗1mol O2生成氧化物过 程的△G变化对温度作图（见p322图8-5，Ellingham图）来 分析。 一些金属还可以从卤化物中用还原法提取，也可采用 电解、水溶液电积等方法提取。
0 5 10 15 20 24
3d
r/a0
8.2.2(n-1)d与ns轨道能级高低
▲ 电子组态：由n，l表示的电子排布方式。 ● 多电子原子核外电子的填充顺序：
1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p…
▲ 过渡元素在周期表中为何延迟出现？3d排在4s之后，4d 在5s后，4f,5d在6s后，5f,6d在7s后。 ● 电子在原子轨道中的填充顺序，并不是原子轨道能级高低 的顺序，填充次序遵循的原则是使原子的总能量保持最低。 填充次序表示，随Z增加电子数目增加时，外层电子排布的规 律。（见 图8-4，p317)
2、单质的制取方法 通常有五种：物理分离法，热分解法，还原法，氧
化法和电解法。 (1)物理分离法 原理：单质与杂质在某些物理性质（如密度、沸
点等）上有显著差异的特点。 例： “沙里淘金”（密度差异）；
应用范围：分离、提取以单质状态存在，且某些物理 性质与杂质差异较大的元素。
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中一张重要的“地图”，该表按照化学元素的原子序数，显示了各元素的基本信息和特性。
其中，过渡元素是周期表中的一类重要元素，具有特殊的电子排布和化学性质。
本文将从过渡元素的定义、周期表中的位置、特性以及应用等方面进行探讨。
一、过渡元素的定义过渡元素是指周期表中d区的元素，它们的d轨道电子不满足“2n^2”原则。
具体来说，过渡元素的外层电子排布为(n-1)d^1-10ns^1-2，其中n为外层电子壳层的主量子数。
过渡元素特有的电子排布使其具有独特的物理和化学性质。
二、周期表中的过渡元素过渡元素主要分布在周期表的d区，从第3周期开始，一直延伸到第7周期。
常见的过渡元素包括钛(Ti)、铁(Fe)、铜(Cu)、银(Ag)等，共有38个元素。
在周期表中，它们有着相似的电子排布和共同的化学性质。
三、过渡元素的特性1. 高熔点和高密度：过渡元素具有较高的熔点和密度，这归功于它们结构中复杂的d电子排布和较强的金属键。
2. 多样的氧化态：过渡元素的d电子容易参与化学反应，具有多样的氧化态。
例如，铁可以呈现+2、+3和+6等多种氧化态。
3. 彩色化合物：过渡元素的d电子能级跃迁引起了它们的彩色性质，使得许多过渡金属化合物呈现出各种各样的颜色。
4. 优良的催化性能：过渡元素广泛应用于催化反应中，其复杂的电子结构和多样的氧化态使其具有较强的催化活性和选择性。
四、过渡元素的应用1. 金属合金：许多金属合金中含有过渡元素，通过调节过渡元素的含量和种类，可以改变合金的硬度、强度和导电性等性质。
2. 催化剂：过渡元素广泛应用于化工和能源领域的催化反应中，如催化剂的合成、汽车尾气净化等。
3. 生物学：一些过渡元素在生物学中发挥重要的作用，如铁在血红蛋白中的载氧功能、锌在酶催化中的作用等。
4. 电子行业：许多过渡金属元素在电子行业中具有重要的应用，如铜用于导线、钛用于制造电池等。
综上所述，过渡元素是周期表中一类特殊的元素，具有独特的电子排布和化学性质。
过渡元素
铜的重要化合物 银的重要化合物 金的重要化合物
氧化物与氢氧化物 在Cu2+离子的溶液中加入强碱，即生成淡蓝色的氢 氧化铜Cu(OH)2絮状沉淀： Cu2+ + 2OH- == Cu(OH)2↓ Cu(OH)2受热分解变成黑色的氧化铜CuO： Cu(OH)2 ===== CuO + H2O Cu(OH)2微显两性，既能溶于酸，也能溶于浓NaOH： Cu(OH)2 + H2SO4 == CuSO4 + 2H2O Cu(OH)2 + 2OH-(浓) == [Cu(OH)4]2-
单质铜的化学性质 在电位顺序中，铜在氢之后，所以铜不能与稀 盐酸或稀硫酸作用放出氢气。但铜容易被硝酸或热 浓硫酸等氧化性酸氧化而溶解： 3Cu + 8HNO3(稀) == 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+4H2O Cu + 4HNO3(浓) == Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O Cu + 2H2SO4(浓) ===== CuSO4 + SO2↑+ 2H2O
Ag2O是氧化剂，它容易被CO或H2O2还原： Ag2O + CO = 2Ag + CO2 Ag2O和MnO2、Co2O3、CuO的混合物能在室温 下，将CO迅速氧化成CO2，因此常用于防毒面 具中。
硝酸银 硝酸银AgNO3 是最重要的可溶性的银盐，是一 种重要的化学试剂，它的制法是：将银溶于硝酸， 然后蒸发并结晶即可得到无色透明的斜方晶体 AgNO3： Ag + 2HNO3(浓) = AgNO3 + NO2↑ + H2O 3Ag + 4HNO3(稀) = 3AgNO3 + NO↑ + 2H2O
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。
元素周期表中的过渡元素
元素周期表中的过渡元素元素周期表是化学中最为重要的工具之一，它按照元素的原子序数排列，将各种元素分类并展示其基本性质。
其中，过渡元素是元素周期表中的一个重要分类。
本文将对过渡元素进行详细的介绍和解析。
一、什么是过渡元素过渡元素，又称过渡金属元素，是指元素周期表中位于d区的元素。
具体来说，它们位于周期表的第4至7周期，并且填充d轨道的电子数量从1至10，即d1至d10。
过渡元素具有一些特殊的性质，使得它们在化学反应和催化过程中起到重要的作用。
二、过渡元素的特性和性质1. 原子结构和电子配置过渡元素的原子结构是它们特殊性质的基础。
由于过渡元素具有填充d轨道的电子，其电子配置比较复杂。
以铁（Fe）为例，其电子配置为 [Ar] 3d^6 4s^2。
可以看出，过渡元素的电子配置中包含了未填满的d轨道和填满的s轨道。
2. 多种化合价和化合物形成过渡元素常常能够形成多种化合价和化合物。
这是因为过渡元素的d轨道中的电子容易发生配位反应，形成不同化合物的结构。
以铜（Cu）为例，它可以形成Cu+和Cu2+两种离子，分别与不同的配体形成多种不同的配合物。
3. 颜色和催化性能过渡元素及其化合物常常具有鲜艳的颜色，这是由于它们的d轨道电子发生跃迁所致。
这种特性使得过渡元素被广泛应用在染料、颜料和催化剂等领域。
例如，钛（Ti）被广泛用于催化剂制备中，而铬（Cr）则用于制造不锈钢。
4. 磁性和电导性由于过渡元素具有未填充的d轨道电子，它们常常表现出良好的磁性和电导性。
例如，铁（Fe）和钴（Co）是常见的磁性材料，可以用于制造磁铁和磁带。
铜（Cu）和银（Ag）则是良好的电导体，广泛用于导线和电路中。
三、过渡元素的应用1. 催化剂过渡元素及其化合物在催化剂制备中具有重要的应用。
催化剂可以加速化学反应速率，降低反应温度和能源消耗。
铂（Pt）和钯（Pd）常被用作催化剂，例如在汽车尾气净化中，它们能将有害气体转化为无害物质。
2. 电池和电子器件过渡元素在电池和电子器件中也发挥着重要的作用。
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 )
第十四章过渡元素
Cu（I）也有氧化性， CuI 可
以将 Hg 氧化成黄色的 Hg2I2 2 CuI + 2 Hg —— Hg2I2 + 2 Cu
将涂有白色 CuI 的纸条挂在 室内，若常温下 3 h 白色不变，表 明空气中汞的含量不超标。
（ 2 ） Ag（I）的氧化还原性 Ag2+ 1.980 V 0.799 V + Ag Ag
从银的元素电势图看出，在水 溶液中 Ag+ 不歧化，也很难被氧化 成 Ag2+ 。
Ag2+
1.980 V 0.799 V + Ag Ag
Ag（I）有氧化性，它和醛基 之间的银镜反应，就是将醛基氧化 成羧基，自身被还原成单质银。
Ag（I）可以氧化 H3PO2， H3PO3，N2H4，NH2OH 等。 在碱性介质中 Ag（I）的氧 化性较强，有如下反应
E ⊖（M+ / M）/ V K Rb Cs － 2.931 － 2.98 － 3.026
（ 1 ） 在空气中的稳定性 Cu 在常温下不与干燥空气中的
O2 反应，加热时生成黑色的 CuO
2 Cu + O2 —— 2 CuO Au，Ag 加热时也不与空气中的
△
O2 反应 。
Cu 在常温下与潮湿的空气反
这里的 CN－ 既是还原剂，又
是 Cu（I）的络合剂。
还原剂和沉淀剂（或络合剂） 不一定是同种物质，如
Cu2 + + Cu + 6 Cl－ —— 2 [ CuCl3 ]2－
Cu2 + + Cu + 6 Cl－ —— 2 [ CuCl3 ]2－
还原剂 Cu，络合剂 Cl－。
由于 Cl－ 的浓度不同，配离子
第十一章过渡元素
0.1mol·dm-3
pH = 4.9 ~ 6.8
pH = 12 ~ 15
11.2.2 铬(III)盐及其性质
➢ Cr(III)盐的还原性
EA Cr2O72- 1.33 Cr3+ EB CrO42- –0.13 Cr(OH)3
• Cr(III)盐在碱性介质中有较强的还原性
2Cr3+ + 3H2O2 + 10OH– ( Cl2、Br2、Na2O2)
§11.1 过渡元素及 d 区元素的通性
11.1.1 过渡元素简介
➢ 过渡元素(transition elements)： 原子的电子层结构中d 轨道 或 f 轨道仅部分填充的元素
➢ 分类： • 内过渡元素：f 区元素 • 外过渡元素：d 区元素
钪 钛 钒 铬 锰 铁系元素 铜 锌
副 副 副 副 副 铂系元素 副 副
[Cr(NH3)2(H2O)4]3+ (紫红色) [Cr(NH3)3(H2O)3]3+ (浅红色)
[CrCl2(H2O)4]Cl ·2H2O [Cr(NH3)4(H2O)2]3+ (橙红色)
(绿色) [Cr(NH3)5(H2O)]3+ (橙黄色)
[Cr(NH3)6]3+ (黄色)
配体：C2O42–、OH–、CN–、 SCN– 配位数为6，采取d2sp3杂化方式
2C黄r色O42– + 8H2O
• Cr(III)盐在酸性介质中稳定，只有强
氧化剂才能将其氧化
橙色
Ag+催化
2Cr3+ + 3S2O82– + 7H2O Cr2O72– + 6SO42– + 14H+
第8章过渡元素-习题答案
第八章过渡元素【习题答案】8.1 什么是过渡元素？过渡元素有那些共同特点？解：特征电子构型为（n－1）d1~9 ns1~2的元素称为过渡元素，不包括锌分族。
广义上，过渡元素也包括锌分族。
过渡元素几乎都是熔点高、导热导电性好、硬度大、比重大的典型金属元素；大多数都能溶于无机酸；可呈多种氧化态，易形成配位化合物，离子和化合物大多数都有色，易形成顺磁性化合物。
8.2 过渡元素的熔点和升华热的变化有何特点？为什么会有这些特点？解：从左到右逐渐升高，在第6、7族达到最大值，然后下降；第二、第三系列过渡元素比第一过渡系列元素大很多。
因为原子化焓具有相同的变化趋势。
8.3 为什么过渡元素电离能随原子序数的变化曲线不是平滑的而是出现一些折点？解：从左到右总体上逐渐增大，在破坏半满和全满构型处出现电离能增大的点，在生成半满和全满构型处出现电离能减小的点，因而曲线出现折点。
8.4 过渡元素氧化态的分布有什么特点？为什么第7族后的元素不易达到最高氧化态（族号氧化态）？解：第一过渡系列两端元素的氧化态变化少、氧化态低；中间元素的氧化态变化多、氧化态高。
第7族后的过渡元素不易达到最高氧化态是因为d轨道的收缩效应使核对价电子的吸引力增强。
8.5 过渡元素低价氧化态稳定存在的条件是什么？高价氧化态稳定存在的条件是什么？解：低氧化态原子上负电荷较多，π酸配体具有π电子接受体性质，可以稳定过渡元素的低氧化态化合物。
高氧化态原子上正电荷较多，O2－和F－是π电子给予体，可以稳定过渡元素的高氧化态化合物。
8.6 为什么往CuSO4水溶液中加入I－和CN－时能得到Cu（I）盐的沉淀，但是Cu2SO4在水溶液中却立即转化为CuSO4 和Cu？解：由于Cu2＋的水化焓非常高，其足以补偿Cu＋（g）歧化反应的焓变（I2－I1－S）和Cu＋（aq）的去水化焓，致使Cu＋（aq）的歧化反应自发进行。
向CuSO4水溶液中加入I－和CN－发生氧化还原反应使Cu2＋转变成CuI、CuCN沉淀，无法进行Cu2＋的水合过程，因而不发生歧化反应。
元素周期表中的过渡族元素探索
元素周期表中的过渡族元素探索元素周期表是化学家们的宝库，其中的过渡族元素更是引人注目。
这些元素位于周期表的中间区域，从第三周期的钒元素开始，一直延伸到第十一周期的铍元素。
过渡族元素具有许多独特的性质和应用，让我们一同来探索它们的奥秘。
1. 钒（V）钒是周期表中的第23号元素，它的特殊之处在于它可以在多个氧化态之间转变。
钒的化合物在催化剂、合金和电池中有着广泛的应用。
例如，钒可以用作锂离子电池的正极材料，提高电池的能量密度和循环寿命。
此外，钒催化剂在化学合成中也扮演着重要的角色，促进反应速率和选择性。
2. 铬（Cr）铬是周期表中的第24号元素，它以其耐腐蚀性和光亮的外观而闻名。
铬被广泛应用于不锈钢、合金和电镀等领域。
不锈钢中的铬可以增加材料的抗腐蚀性能，使其在恶劣环境下仍能保持良好的外观和性能。
此外，铬也被用于电镀，通过在金属表面形成一层铬膜，提高材料的硬度和耐磨性。
3. 锰（Mn）锰是周期表中的第25号元素，它是一种重要的微量元素，对生物体的正常生长和发育至关重要。
锰参与多种酶的催化反应，如超氧化物歧化酶和乳酸脱氢酶。
此外，锰也被用作钢铁制造中的合金添加剂，可以提高钢材的强度和韧性。
4. 铁（Fe）铁是周期表中的第26号元素，是地球上最常见的金属之一。
铁具有良好的导电性和磁性，因此被广泛应用于电子设备和磁性材料中。
铁也是人体中的重要元素，是血红蛋白和肌红蛋白的组成部分，负责输送氧气和储存氧气。
此外，铁也被用于建筑和制造业，如钢铁和铁路轨道的制造。
5. 钴（Co）钴是周期表中的第27号元素，它是一种重要的过渡金属。
钴的化合物常用于催化剂、电池和磁性材料中。
例如，钴氧化物可以用作锂离子电池的正极材料，提高电池的能量密度和循环寿命。
此外，钴也被用于制造高强度的磁性材料，如钴磁体和磁性合金。
6. 镍（Ni）镍是周期表中的第28号元素，它是一种重要的合金添加剂。
镍合金具有良好的耐腐蚀性和高温强度，因此被广泛应用于航空航天、化工和能源领域。
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其他盐类
硫酸盐：RE2(SO4)3
–
–
含结晶水（8~9），易溶，溶解度随温度升高而降低 无水盐溶解度小于含水盐，复盐的溶解度更小
轻稀土的硫酸盐复盐溶解度显著低于重稀土
草酸盐：RE2(C2O4)3
–
–
难溶于水，也难溶于酸 重稀土的草酸盐沉淀溶于过量草酸盐
+4和+2盐
重要的分析化学反应
– –
Mg2+/Mg
磁性和光谱
稀土金属单质和化合物通常具有顺磁性
–
Sc3+、Y3+、La3+、Ce4+、Yb2+、Lu3+没有磁性 以f-f跃迁为主 吸收X射线、电子射线、紫外线等，放出荧光 吸收红外线，放出磷光（上转换）
稀土金属化合物通常有颜色
–
稀土金属化合物具有荧光特性
– –
2. 稀土金属单质
–
失去6s2，再失去一个5d或4f Ce、Pr、Nb、Tb、Dy还有+4，多只存在于固态，仅 Ce(IV)可存在于溶液中 Sm、Eu、Tm、Yb还有+2，在溶液中均不稳定
其他氧化态
–
–
电极电势
-2 -2.1
ө 3+ j (RE /RE)
Sc Dy Ho Er Lu Tm Yb
-2.2 -2.3 -2.4 -2.5 Y La Ce Pr Gd Tb Pm Sm Eu Nd
单质制备方法
熔盐电解法 热还原法
矿石
NaOH
RE(OH)3
HCl
RECl3·xH2O
真空脱水
RECl3
电解 Ca
REF3
Ca
RE
RE
稀土金属单质的分离
基本方法
–
溶剂萃取、离子交换、一般化学方法 分级结晶、分级沉淀
化学方法
–
操作复杂，工业上已不再使用 分离Ce、Sm、Eu、Yb有特效，但不适用于其他稀土金属
本章内容
稀土元素原子性质 稀土金属单质 稀土元素化合物简介
1. 稀土元素原子性质
电子填充式
–
–
– – – – – –
Sc：[Ar]3d14s2 Y：[Kr]4d15s2 La：[Xe]5d16s2 Ce：[Xe]4f15d16s2 Pr、Nd、Pm、Sm、Eu：[Xe]4f36s2~[Xe]4f76s2 Gd：[Xe]4f75d16s2 Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb：[Xe]4f96s2~[Xe]4f146s2 Lu： [Xe]4f145d16s2
第十一章 过渡元素（3）
第IIIB族元素
概述
Sc
Y La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa
U
Np Pu Am Cm Bk
Cf
Es Fm Md No
Lr
镧系元素缩写为Ln 镧系元素+Sc、Y合称稀土元素，缩写RE 锕系元素+Pm为放射性元素 La、Ac、Th没有价层f电子，但习惯仍归于f区元素
Ce4+ + Fe2+ = Ce3+ + Fe3+ (铈量法)
jө(Ce4+/Ce3+)=1.72V
jө(Eu3+/Eu2+)=-0.35V
2Eu3+ + Zn = 2Eu2+ + Zn2+ (碱度法)
配位化合物
稀土配合物与一般过渡金属配合物的比较
– – –
RE3+晶体场稳定化能较低，形成配合物能力小于一般 过渡金属离子 稀土配合物主要靠静电引力结合，配体配位能力F、 O>>N、其他卤素>S 配位数很高，可达6~12
Yb
与非金属单质化合
RE + O2 = RE2O3
–
–
RE RE RE RE
–
Sc化合温度最高 Ce、Pr、Tb生成CeO2、Pr6O11、Tb4O7
+ + + +
Eu、Yb的氢化物为类离子型氢化物，其他为过渡型
X2 = REX3 S = RE2S3 N2 = REN H2 = REH2
镧系收缩
Eu Yb
减小~9pm
Y La Ce Pr Nd Pm Sm Gd Tb Dy Ho Er Tm Lu
r
Sc
离子半径
轻稀土（铈组）
La Ce
r 3+
4f Pr Nd Pm Sm Eu Gd
7
钆断效应
Y
Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 重稀土（钇组）
Sc
常见氧化态
稀土金属典型氧化态+3
氢氧化物
RE3++NaOH=RE(OH)3 RE(OH)3灼烧失水变成RE2O3 RE(OH)3碱性类似于Mg(OH)2，但溶解度显著较 低，并随Z增大碱性、溶解度降低 RE3+的水解性强于Mg2+，在溶液中一般不以简 单离子形式存在
卤化物
REX3类似于MgX2
–
–
–
易溶，易潮解，易生成碱式盐 含结晶水（6~7），不能直接加热脱水 氟化物与其他卤化物溶解度差异很大
–
选择性氧化还原法
3. 重要化合物
氧化物
– – –
–
–
RE2O3呈白色、绿色、玫瑰色，高熔点离子化合物 （高于Al2O3，但低于MgO） 碱性氧化物，微溶或不溶于水，但易吸收水分和CO2 Ce2O3、Pr2O3、Tb2O3用间接方法制备 CeO2等碱性显著弱于Ce2O3，但仍溶于酸；而SmO碱 性则强于Sm2O3 CeO2是分析化学常用氧化剂，灼烧后难溶于酸
银白色金属，有延展性 2000 熔点、密度等与r变化规律类似 都是活泼金属，在空气中缓慢氧化，与水、酸 1500 Lu 作用放出H2 Sc Y Er Tm Ho
– 2RE 1000
500 0
熔点/ o C
+ 6H2O = 2RE(OH)3 +
Nd Pm Sm Ce
Gd 3H Tb
2
Dy
Eu、Yb能溶于液氨，类似于碱土金属 Pr La Eu