高淑娟大连理工大学无机化学课件第16章--d区元素(一)
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族
4. d区元素的第一电离能
总趋势：同周期 左右由小大,幅度不大。 同副族 不规律。
16.1.2 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
硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
密度最大的单质： 锇(Os ) 22.48 g·cm-3
●导电性，导热性，延展性好
+5
Fe +2、+3 Ru +4 Os +4、+6wenku.baidu.com+8
Cr Mn Fe Co Ni
+2 +2 +2 +2 +2
+3 +3 +3 +3 +3
+4
+4 +4
+6 +6 +7
+6
(划横线表示常见氧化态)
左 氧化态先升高后降低 右 上 同族 高氧 化态 趋向 下 稳定
浓度和酸度 是影响多酸形 成的重要因素， 在浓度和酸度 较大时含氧酸 根发生聚合， 形成以氧原子 为公共连接的 多酸根。
酸中
V -1.2 (估算值) HNO3， HF 浓 H2SO4 Ni
-0.236
稀 HCl H2SO4 等
Cr -0.90
稀 HCl H2SO4
Cu +0.339
HNO3，浓 热 H2SO4
Mn
-1.18
稀 HCl H2SO4
等 Zn
-0.762
稀 HCl H2SO4
等
总趋势：从左至右活泼性降低。
E (Ni2+/Ni) =－0.2363V E (Pd2+/Pd) = +0.92V E (Pt2+/Pt) = +1.2V(估计值)
Lu
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
族
原子半径/pm
Cs 250 Rb
K
Ba
Sr
200 Ca
过渡元素的原子半径
2. 同一周期元素从左到右 原子半径缓慢减小第一，过到渡系铜 族元素又稍增大。第第二三过过渡渡系系
无机化学
第十六章 d区元素(一)
Inorganic Chemistry
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 *§16.6 铂系元素简介p592 *§16.7 金属有机化合物p594
§16.1 d区元素概述
K
Ba
Sr
200 Ca Y
ⅢB)外由于镧系收缩使其同 族元素原子半径十第第分一二过过接渡渡近系系 ， 导致其元素性质相第似三过。渡系
La
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
1/2 O2 + SO2 = SO3
● 下表中的催化剂大都是过渡元素的金属有机配合物.
某些重要的无机和金属有机工业生产
过程中的d 区金属催化剂
工业过程 多相催化
被催化的反应
催化剂
生产硫酸 合成氨 制造硝酸 氯碱工业 合成气制汽油 均相催化
2SO2 + O2 = 2SO3 N2 + 3H2 = 2NH3 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 2NaCl + 2H2O = Cl2 + 2NaOH + H2 CO + H2 烷烃混合物
Y
La
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
族
原子半径/pm
Cs 250 Rb
过3渡. 同元族素元的素原从子上半往径下原子半 径增大，但五、六周期(除
E Zn2/Zn 0.762V E Cd2/Cd 0.402V E Hg2/Hg 0.852V
总趋势：从上到下活泼性降低。
16.1.4 d区元素的氧化态
有多种氧化态。红色为常见的氧化态。
16.1.4 d区元素的氧化态
元 素 Sc Ti V
+2 +2
+3 +3 +3
氧化态
+4 +4
和金属有机配合物 ● 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强
d 区元素所有这些特征不同程度上与价层 d 电子的 存在有关，因而有人将 d 区元素的化学归结为 d 电子 的化学.
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
本章将重 点学习从 钛(Ti)到镍 (Ni)这7个 元素，还 要适当了 解我国的 丰产元素 钼(Mo)和 钨(W).
2. d区元素原子的价电子层构型
(n-1)d1-10ns1-2
3. d区元素的原子半径
~~
核轨
电道
荷上
增，
加最
，外
电层
子只
填有
充 在 次 外 层
1~2
个 电 子
原子半径/pm
Cs 250 Rb
K
Ba
Sr
200 Ca
过渡元素的原子半径
1. 过渡元素原子半径一般比
较小。
Y
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系
第三过渡系 ＞第二过渡系 ＞ 第一过渡系
熔 点 变 化 示 意 图
16.1.3d区元素的化学性质
元素
Sc
E M2/M
---
V
可溶该
金属的 各种酸
酸
元素
Fe
E M2/M -0.409 V
可溶该 稀 HCl
金属的 酸
H2SO4 等
Ti
-1.63
热 HCl HF Co
-0.282 缓慢溶解 在 HCl 等
16.1.1 d区元素的原子半径和 电离能
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
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，包括形成经典的维尔纳配合物
不同酸度和浓度时V(V)的各种存在形态
过渡金属与工业催化
● 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据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，V2O5催 化 SO2 氧化的反应，可能涉及到 V(+5) 与 V(+4) 氧化态之间的 转换： 1/2 O2 + 2 V(+4) = O 2- + 2 V(+5) +) SO2 + 2 V(+5) + O 2- = 2 V(+4) + SO3
4. d区元素的第一电离能
总趋势：同周期 左右由小大,幅度不大。 同副族 不规律。
16.1.2 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
硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
密度最大的单质： 锇(Os ) 22.48 g·cm-3
●导电性，导热性，延展性好
+5
Fe +2、+3 Ru +4 Os +4、+6wenku.baidu.com+8
Cr Mn Fe Co Ni
+2 +2 +2 +2 +2
+3 +3 +3 +3 +3
+4
+4 +4
+6 +6 +7
+6
(划横线表示常见氧化态)
左 氧化态先升高后降低 右 上 同族 高氧 化态 趋向 下 稳定
浓度和酸度 是影响多酸形 成的重要因素， 在浓度和酸度 较大时含氧酸 根发生聚合， 形成以氧原子 为公共连接的 多酸根。
酸中
V -1.2 (估算值) HNO3， HF 浓 H2SO4 Ni
-0.236
稀 HCl H2SO4 等
Cr -0.90
稀 HCl H2SO4
Cu +0.339
HNO3，浓 热 H2SO4
Mn
-1.18
稀 HCl H2SO4
等 Zn
-0.762
稀 HCl H2SO4
等
总趋势：从左至右活泼性降低。
E (Ni2+/Ni) =－0.2363V E (Pd2+/Pd) = +0.92V E (Pt2+/Pt) = +1.2V(估计值)
Lu
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
族
原子半径/pm
Cs 250 Rb
K
Ba
Sr
200 Ca
过渡元素的原子半径
2. 同一周期元素从左到右 原子半径缓慢减小第一，过到渡系铜 族元素又稍增大。第第二三过过渡渡系系
无机化学
第十六章 d区元素(一)
Inorganic Chemistry
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 *§16.6 铂系元素简介p592 *§16.7 金属有机化合物p594
§16.1 d区元素概述
K
Ba
Sr
200 Ca Y
ⅢB)外由于镧系收缩使其同 族元素原子半径十第第分一二过过接渡渡近系系 ， 导致其元素性质相第似三过。渡系
La
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
1/2 O2 + SO2 = SO3
● 下表中的催化剂大都是过渡元素的金属有机配合物.
某些重要的无机和金属有机工业生产
过程中的d 区金属催化剂
工业过程 多相催化
被催化的反应
催化剂
生产硫酸 合成氨 制造硝酸 氯碱工业 合成气制汽油 均相催化
2SO2 + O2 = 2SO3 N2 + 3H2 = 2NH3 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 2NaCl + 2H2O = Cl2 + 2NaOH + H2 CO + H2 烷烃混合物
Y
La
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
族
原子半径/pm
Cs 250 Rb
过3渡. 同元族素元的素原从子上半往径下原子半 径增大，但五、六周期(除
E Zn2/Zn 0.762V E Cd2/Cd 0.402V E Hg2/Hg 0.852V
总趋势：从上到下活泼性降低。
16.1.4 d区元素的氧化态
有多种氧化态。红色为常见的氧化态。
16.1.4 d区元素的氧化态
元 素 Sc Ti V
+2 +2
+3 +3 +3
氧化态
+4 +4
和金属有机配合物 ● 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强
d 区元素所有这些特征不同程度上与价层 d 电子的 存在有关，因而有人将 d 区元素的化学归结为 d 电子 的化学.
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
本章将重 点学习从 钛(Ti)到镍 (Ni)这7个 元素，还 要适当了 解我国的 丰产元素 钼(Mo)和 钨(W).
2. d区元素原子的价电子层构型
(n-1)d1-10ns1-2
3. d区元素的原子半径
~~
核轨
电道
荷上
增，
加最
，外
电层
子只
填有
充 在 次 外 层
1~2
个 电 子
原子半径/pm
Cs 250 Rb
K
Ba
Sr
200 Ca
过渡元素的原子半径
1. 过渡元素原子半径一般比
较小。
Y
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系
第三过渡系 ＞第二过渡系 ＞ 第一过渡系
熔 点 变 化 示 意 图
16.1.3d区元素的化学性质
元素
Sc
E M2/M
---
V
可溶该
金属的 各种酸
酸
元素
Fe
E M2/M -0.409 V
可溶该 稀 HCl
金属的 酸
H2SO4 等
Ti
-1.63
热 HCl HF Co
-0.282 缓慢溶解 在 HCl 等
16.1.1 d区元素的原子半径和 电离能
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
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，包括形成经典的维尔纳配合物
不同酸度和浓度时V(V)的各种存在形态
过渡金属与工业催化
● 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据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，V2O5催 化 SO2 氧化的反应，可能涉及到 V(+5) 与 V(+4) 氧化态之间的 转换： 1/2 O2 + 2 V(+4) = O 2- + 2 V(+5) +) SO2 + 2 V(+5) + O 2- = 2 V(+4) + SO3