d区元素
元素周期表d区元素
元素周期表d区元素元素周期表是化学家们查询元素属性和性质的重要参考资料，它将元素按照其电子结构的相似性排列在一起，以此组织原子的信息。
根据电子配置规律，元素周期表可以分为7列7行，其中大多数元素都被分配到d区，也即第4行和第5行，因此本文将主要介绍d区元素。
首先要说的是d区元素的电子配置特征。
由于d区元素多出现在第4和5行上面，所以它们的电子配置规律与之前第3行元素有些不同。
离子化时，外层电子数会增加到8电子，因此在离子化后，d区元素失去4个电子，四个外层电子进入4d轨道中，这就是d区元素的电子配置特征。
其次是d区元素的化学性质。
d区元素的化学性质特别多样化，它们在物理性质以及物化性质上具有重要影响，具体表现在反应活性上。
一般来说，d区元素较容易发生反应，其最明显的特征是它们容易与其它元素组成化合物或离解离子，因此在化学反应中也常常会用到d区元素。
再来看d区元素的用途。
d区元素有着广泛的用途，它们不仅可以用于工业生产，也在其它方面发挥着重要作用，比如可以用于制药、农业等。
同时，d区元素也可以用于合成新的元素，如重元素等，这些新元素也有一定的应用价值。
最后，重点介绍d区元素有哪些？根据元素周期表，d区元素包括锌、锰、钴、钛、铁、铜、银、金、锡、锗、钼、钯、镍、铍、铑、铷等元素。
除此以外，还有一些非金属性质的元素也是d区元素，比如氯、氩、溴、碘、钾、氧等等。
总结而言，d区元素是周期表上的重要组成部分，它们的电子配置特征和化学性质丰富多样，同时也有很多用途，比如工业生产、制药农业、合成新元素等等。
本文介绍的d区元素有锌、锰、钴、钛、铁、铜、银、金、锡、锗、钼、钯、镍、铍、铑、铷等元素，同时还有一些非金属性质的元素，比如氯、氩、溴、碘、钾、氧等等。
d区元素在药物中的应用及其原理
D区元素在药物中的应用及其原理1. 导语D区元素是指周期表中第4周期的元素，包括钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）和铜（Cu）。
这些元素在药物中的应用广泛，具有重要的医学价值。
本文将介绍D区元素在药物中的应用及其原理。
2. 钒（V）•钒化合物可以作为抗氧化剂，具有抗肿瘤、抗糖尿病和抗心血管疾病的作用。
•钒也可以作为矿物质的成分，对骨骼生长和血红蛋白合成起到重要的作用。
3. 铬（Cr）•铬可以作为补充剂，用于调节血糖水平，改善糖尿病等代谢性疾病。
•铬化合物还可以用于治疗过敏性皮肤炎和湿疹等皮肤病。
4. 锰（Mn）•锰在生物体内可以作为酶的辅因子，参与多种生化反应。
•锰化合物可以用于治疗脑血管病和缺铁性贫血等疾病。
5. 铁（Fe）•铁是人体必需的微量元素，参与血红蛋白和肌红蛋白的合成，对维持正常的血液功能至关重要。
•铁还可以用于治疗缺铁性贫血和非缺铁性贫血等贫血病。
6. 钴（Co）•钴化合物可以用于合成维生素B12，对维持正常的神经系统和血液功能有重要作用。
•钴也可以用于治疗贫血和亲铁性白血病等疾病。
7. 镍（Ni）•镍化合物可以用于制备镍铁氢酶，参与氧气合成和还原反应。
•镍还可以用于治疗多种皮肤病，如荨麻疹和湿疹等。
8. 铜（Cu）•铜是人体必需的微量元素，参与血红蛋白和线粒体酵素的合成，对维持正常的神经系统和免疫功能至关重要。
•铜化合物可以用于治疗贫血、铜代谢障碍和食物中毒等疾病。
9. 总结D区元素在药物中的应用范围广泛，不仅作为基本矿物质参与生物体的正常代谢，还作为药物成分发挥着重要的治疗作用。
钒、铬、锰、铁、钴、镍和铜在药物中的应用及其原理，对于进一步研究和开发新的药物具有重要的指导意义。
d区元素的应用原理
D区元素的应用原理1. 什么是D区元素D区元素是指周期表中的第三行（即d区）的元素，也被称为过渡元素。
这些元素具有一些特殊的性质，使其在许多领域中具有广泛的应用。
2. D区元素的特性D区元素有以下几个特性：•较高的熔点和沸点：D区元素通常具有较高的熔点和沸点，这是由于它们之间的金属键相对较强导致的。
•多种氧化态：D区元素可以形成多种不同的氧化态，这是由于其外层d电子的不稳定性决定的。
例如，铁可以形成+2和+3的氧化态，铜可以形成+1和+2的氧化态。
•良好的催化作用：D区元素常常具有良好的催化作用，能够加速化学反应的速度。
这是由于其d电子可以提供额外的反应中心。
•磁性：D区元素通常具有磁性，这是由于其d电子的自旋和轨道角动量相互作用导致的。
铁、镍和钴是常见的具有磁性的D区元素。
3. D区元素的应用D区元素由于其特殊的性质，被广泛应用于各个领域。
以下是D区元素在不同领域中的主要应用：3.1 冶金工业•钢铁生产：铁是冶金工业中最重要的D区元素，它被用于制造钢铁。
由于铁具有较高的熔点和良好的硬度，使得钢铁在建筑、交通、机械等领域得到广泛应用。
•合金制备：D区元素常常与其他金属元素形成合金，以改善金属的性能。
例如，铜和锌形成的黄铜具有良好的可加工性和耐腐蚀性。
3.2 化学催化剂D区元素在化学催化剂中具有广泛应用。
催化剂是能够加速化学反应速率但不参与反应的物质。
以下是几个常见的D区元素催化剂及其应用场景：•铁催化剂：在氨基酸合成、氨合成等反应中广泛应用。
•钯催化剂：用于氢化反应、烯烃的部分氢化等。
•铂催化剂：在有机合成反应中具有广泛应用，如氢化、氧化、加成等。
3.3 电子行业•电池制造：D区元素的氧化态变化使其非常适合作为电池的正负极材料。
例如，锂作为锂离子电池的正极材料，具有高储能密度和较长的循环寿命。
•电子器件制造：D区元素在半导体领域中具有重要应用。
例如，硅是最常用的半导体材料之一，它具有稳定的半导体性能，在电子芯片和光电器件制造中得到广泛应用。
d区元素一(相关知识
d区元素一(相关知识d区元素是指周期表中4d及5d轨道上的元素，通常也被称作过渡金属。
它们在化学性质上表现出中等电负性、高离子化能、高化合价、易氧化以及形成带有镍白色或银白色的亮泽金属外观等特点。
这些元素的最外层电子组态为ns2(n-1)d，在化学反应中，它们借助着这些d轨道上的电子来提高反应速率、稳定物种的结构以及调节电荷分布。
这些元素在生命过程中扮演着很重要的角色，同时也是一些基础材料和高科技产业的重要组成部分，例如高温合金、电池、合成纤维以及电子器件等。
d区元素从第四周期开始，元素逐渐变得稀有，其中的超过一半元素被定性为稀有金属元素。
这些元素的多项化学性质受到它们的外层d轨道上电子的影响。
这些d轨道上的电子数量众多，容易形成配合物，因此它们具有强的络合能力和催化活性。
另外，d区元素之间的相互作用也属于d-d键，因此它们的反应机理也具有研究价值。
d区元素的原子半径比p区的元素要大，因为它们拥有更多的电子，同时原子序数越大，原子半径也会越来越小。
在同一周期内，d区元素的离子半径比p区元素要小，这是因为它们已经失去了一部分电子，离子半径因此变小。
在化学反应中，d区元素通常会表现出它们的多价性，这是因为d轨道上电子的容易发生氧化还原反应，进而形成不同价态的离子。
在配位化学中，d区元素能够形成大量的稠合配合物，因为它们的d轨道可以用来接受配体的配位键，从而形成稳定的配合物。
d区元素中金属的环境共价能力有时候很强，这也是它们常被用来作为催化剂的主要原因。
例如，在氧化反应中，d区元素可以很容易地释放出氧分子，进而形成氧化物。
在还原反应中，d区元素则可以发生电子传递，将电子传递到其他离子或者分子上。
在这些反应中，p区元素通常没有这样的作用。
从原始形态到纯粹化学物质，d区元素产生了众多的应用。
在纯净状态下，它们被用来制造带有镍白色或银白色的亮泽金属外观，这些金属被广泛应用在制造飞机、汽车和高速列车等交通设施中。
课件化学--d区元素
钛或钛合金的密度与人的骨 骼相近，对体内有机物不起化学 反应，且亲和力强，易为人体所 容纳，对任何消毒方式都能适应， 因而常用于接骨、制造人工关节 等。又称为生命金属。
用水浸取除去可溶盐，得海绵状钛，电弧熔 融得钛锭。
§ 2-2 钛的重要化合物
1. 二氧化钛
天然二氧化钛称“金红石”，含杂质。
人工制备纯TiO2俗称“钛白粉”，是优良的白色 涂料，着色力强，遮盖力强，化学稳定性好，优于
除s电子外，d电子可参与成金属键，自左向右未成对价电 子增多，至VIB族（铬族）可能提供6个单电子，相互作用力大， 金属键强，因此在过渡系中，铬族（Cr，Mo，W）熔点最高， 硬度也很大，除Mn和Tc外（熔点反常）随后自左向右熔点又有 规律下降。
铬族价电子层构型: (n-1)d5ns1
熔点变化示意图
此外，钛或钛合金还具有特 殊的记忆功能、超导功能和储氢 功能等。
Zr，Hf是稀有金属，锆矿主要有锆英石ZrSO4， 价电子结构（n－1）d2ns2，d0电子结构较稳定， 所以除最外层s电子，次外层d电子也参加成键， Ti，Zr，Hf最稳定的氧化态是＋4。其次是＋3， ＋2较少见。
由于镧系收缩，铪的离子半径与锆接近，所以
FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O TiOSO4 + 2H2O = H2TiO3 + H2SO4 H2TiO3 = TiO2 + H2O
d区元素课件
d区元素
§16.1 铜族元素
一.铜族元素的单质 1.存在 单质：Cu, Ag, Au 矿物：孔雀石：Cu2(OH)2CO3
辉银矿：Ag2S 碲金矿：AuTe2 砂金
2.物理性质 (1) 特征颜色：Cu，Ag， Au (2) 溶、沸点较其它过渡金属低 (3)导电性、导热性好，金属中居首位
Ag>Cu>Au
电解铜，99.9%；电解铝，99.5%。
(4) 金属光泽，延展性好
金可作首饰，编织成各 种形状。一克金能抽成 3公里长的丝，金箔可做 成0.0001 mm的薄片。
3.化学性质 (1) 与O2作用
碱式碳酸铜 Au Ag不与O2发生反应， 当有沉淀剂或配合剂存在时，可反应。
Cu,Ag,Au单质活性依次下降， Cu,Ag可溶 于氧化性酸， Au只溶于王水。
§16.2 锌族元素
一、锌族元素的单质
存在 闪锌矿：ZnS，
(1) 低熔点
物 理
Zn：419℃
性
Cd：321℃
辰砂：HgS 富山事件
质
Hg：-39℃ 日本九州水俣事件
(2) 易形成合金
黄铜：Cu-Zn
汞齐：Na-Hg、Au-Hg、Ag-Hg
化学性质 (1) 与O2的作用：（在干燥空气中稳定） 潮湿：
二、 铜族元素的化合物
1价铜离子d10结构，其化合物难溶于水，固 态时比2价铜的化合物稳定。
难溶物：
CuCl CuBr CuI CuSCN CuCN Cu2S
K
sp
大
小
铜的配合物
Cu(I)的配合物多为2配位
配合物：CuCl2-,CuBr2-,CuI2-,Cu(SCN)2-,Cu(CN)2-
d区元素在医药中的应用
d区元素在医药中的应用
D区元素（包括镓、锗、砷、硒和碲）在医药领域具有一定的应用价值，下面列举一些常见的应用：
1. 锗：锗化合物被广泛应用于肿瘤治疗。
锗化合物对于某些肿瘤细胞具有选择性毒性作用，可通过干扰细胞内的氧化还原平衡和DNA合成来抑制肿瘤生长。
2. 硒：硒是人体内多种重要酶的组成部分，具有抗氧化、抗炎、免疫调节等多种生物学活性。
硒化合物被用于治疗某些心血管疾病和肝病。
3. 砷：砷化合物在治疗白血病（特别是急性早幼粒细胞白血病）方面具有一定疗效。
砷化三氧化砷（As2O3）被广泛应用于白
血病的治疗。
4. 碲：碲化合物在医学影像学中有广泛应用。
碲-99m（99mTc）是一种常用的核素，常与荧光显微镜等设备结合，用于检测和诊断疾病。
虽然这些D区元素在医药中有一定的应用，但是对于某些元
素来说，过量摄入会导致中毒反应，因此在应用中需要控制剂量和注意安全使用。
此外，对于大部分人群来说，通过正常饮食摄入这些元素已经足够，不需要额外的补充。
11.d区元素
r (M) pm
173 159 143 137
Ei,1 kJ mol
529.7 660.7 720.3 739.3
1
氧化值 +3 +2,+3,+4 +2,+3,+4,+5 +2,+3,+4,+5,+6
Re
Os Ir Pt Au Hg
5d56s2
5d66s2 5d76s2 5d96s1 5d106s1 5d106s2
过渡元素的原子半径
二、过渡元素单质的物理性质
过渡元素的单质通常是高熔点、高沸点、密度 大、导电性和导热性良好的金属。同周期元素单质 的熔点，从左到右一般是先逐渐升高，然后又缓慢 下降。产生这种现象的原因是这些金属的原子间除 了主要以金属键结合外，还可能具有部分共价键。 原子中未成对的 d 电子数增多，金属键的部分共价 性增强，导致这些金属单质的熔点升高。在同一族 中，第二过渡系元素的单质的熔点、沸点大多高于 第一过渡系，而第三过渡系的熔点、沸点又高于第 二过渡系(第 3 族除外)，熔点最高的单质是钨。过 渡元素单质的硬度也有类似的变化规律，硬度最大 的金属是铬。 在过渡元素中，单质密度最大的是第 8 族的锇， 其次是铱、铂、铼。这些金属都比室温下同体积的 水重 20 倍以上，是典型的重金属。
第一过渡系元素的一般性质
价层电 元素 子组态 Sc Ti V Cr 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 熔点/℃ 1541 1668 1917 1907
r (M) 沸点/℃ pm
2836 3287 3421 2679 161 145 132 125
r (M 2+ ) pm
《d区元素》课件
硫化物和卤化物
硫化物：硫化氢、 硫化钠、硫化钾等
卤化物：氯化氢、 氯化钠、氯化钾等
硫化物和卤化物的 性质：化学性质、 物理性质、生物性 质等
硫化物和卤化物的 应用：工业、农业 、医药等领域的应 用
其他化合物及其性质
化合物：D区元素 与其他元素形成的 化合物
性质：化合物的物 理性质、化学性质、 生物性质等
生物医学：D区元素在生物 医学研究中的应用
环境科学：D区元素在环境 监测和治理中的应用
在生物医学领域的应用
药物研发：D区元素在药物研发中具有重要作用，如用于抗癌药物的研发
基因编辑：D区元素在基因编辑技术中具有重要作用，如CRISPR-Cas9技术
生物成像：D区元素在生物成像技术中具有重要作用，如用于荧光标记和成像
D区元素的特性
化学性质：D区元素具有较强的金 属性，容易形成阳离子
电子排布：D区元素具有较复杂的 电子排布，导致其化学性质复杂
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物理性质：D区元素具有较高的熔 点和沸点，硬度较大
应用领域：D区元素广泛应用于电 子、化工、冶金等领域
03 D区元素的物理性质
原子结构和电子排布
D区元素在元素周期表中的位置
● D区元素位于元素周期表的第4周期
● D区元素包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、硒、溴、氪、铷、锶、钇、 锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、碲、碘、氙、铯、钡、镧、铈、镨、钕、 钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、铊、 铅、铋、钋、砹、氡、钫、镭、锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、 铹、镆、铽、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、铊、铅、铋、钋、砹、氡、钫、镭、 锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹、镆、铽、镥、铪、钽、钨、 铼、锇、铱、铂、金、汞、铊、铅、铋、钋、砹、氡、钫、镭、锕、钍、镤、铀、镎、钚、
元素周期表区元素
d区元素的特征
配合物形成
d区元素容易与配体形成稳定的配合物。 这是因为它们的最外层电子数较少，倾向 于通过配位键与配体形成稳定的化合物。 这些配合物的结构多样性和稳定性为化学 合成和材料科学提供了丰富的可能性
d区元素的特征
磁性和导电性
一些d区元素，如铁、钴、镍等，具有磁性 。这是因为它们的最外层电子数较少，难以 抵消内部的自旋磁矩。此外，一些d区金属 在固态下具有导电性，如铜、银等。这些特 性使得这些元素在电子学和磁学领域具有广 泛的应用
d区元素的应用
生物成像技术
d区元素还可以用于生物成像技术，如MRI、CT等医学影像技术。例如，锰离子可以作为 MRI造影剂，用于脑部成像，帮助医生诊断神经系统疾病。此外，一些d区元素还可以用于 荧光探针的制备，通过发出荧光信号来检测生物样品中的分子和细胞。这些技术可以帮助 医生更准确地诊断疾病并提供更有效的治疗方案
d区元素的氧化态通常从+2到+8不等。其中，最常见的氧化态是+2和+3。例如，钛的氧化 态为+4，而铁的氧化态则可以为+2、+3和+8等。这些不同的氧化态反映了这些元素在化学 反应中的不同活性和反应性
d区元素 的应用
d区元素的应用
d区元素在许多领域 中都有着广泛的应用 。它们是现代工业和 科技的重要组成部分 ，包括催化剂、电池 、电子器件、药物等
d区元素的应用
未来趋势和挑战
随着科技的不断进步，d区元素的研究和应用将继续发展。未来可能的研究趋势包括开发 新的d区金属或其化合物的合成方法、探索新的物理和化学性质、开发新的应用领域等。 同时，我们也面临着一些挑战，如提高资源利用效率、减少环境污染、应对气候变化等。 这些挑战需要我们不断探索和创新，以实现可持续发展
大学无机化学 d区元素介绍
16.3.2 铬的化合物
Cr2O3 (铬绿)
颜色 CrO3 (铬酐) 暗红色
熔点/℃ 受热时的变化 198 250℃分解为 Cr2O3与O2 熔融不分解 熔融不分解 不分解 失去结晶水 失去结晶水
K2CrO4
K2Cr2O7 (红矾) Cr2O3 (铬绿) CrCl3· 2O 6H
黄色
橙红色 绿色 紫色
Ac, (104-112,人工合成元素)
57-71
89-103
2
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
§16.1 d区元素概述
16.1.1 d区元素通性
1.原子的价电子层构型：
(n-1)d1-10ns1-2
•常温下，Cr, Mo, W表面因形成致密的氧化膜而降低了化学 活性，在空气中或水中都相当稳定。
21
16.3.1 铬、钼、钨的单质
铬分族(VIB)：Cr, Mo, W 价电子构型：(n-1)d 4-5ns1-2 灰白色金属，熔沸点高，硬度大。 表面易形成氧化膜。 室温时纯铬溶于稀HCl,H2SO4，在浓 HNO3中钝化。高温下与活泼的非金属及 C,B,N反应。
(4) Cr(Ⅲ)的还原性与氧化性
酸性条件：E (Cr2 O / Cr ) = 1.33V 2Cr 3S2O 7 H 2 O
24
4 27 3
3
28
Ag
2Cr2O 7 SO 2 14H 4
E (CrO / Cr(OH)-4 ) = -0.12V 碱性条件： 3H 2 O 2 2OH 2Cr(OH)
d区元素
（3）与B、C、N形成间充式化合物，m.p.比 纯金属还高 ，TiC、 WC、TiN、TiB 的 m.p. > 3000℃，硬度都接近于金刚石
ZnS (硫化锌) ZnS (BaSO4) (锌钡白) CdS/CdSe (镉红)
铬酸盐
白色
红色
Pb(Cr, Mo, S)O4 (钼红)
黄色
CdS (镉黄)
PbCrO4或Pb(Cr, S)O4 (铬黄) ZnCrO4 (铬酸锌)
绿色
Cr2O3 铬绿 (氧化铬绿) (铅铬黄+铁蓝) (Co, Ni, Zn)2O4 (尖晶石绿)
许多国家都在颁布相应的法律限制使用含有危害人体健康和 环境的重金属元素（如 Cd、Cr、Hg、Mo等）的颜料， 因此， 发展新型、无毒的无机颜料材料已迫在眉睫 。已有人将 γ– Ce2S3 掺杂着碱金属作为红色和黄色颜料. 它们可用于染色制衣 工业和塑料工业，从而替代了CdSe1-xSx材料。
(1 ) 颜色的互补 (2 ) 无机化合物生色机理— 产生能量较低的激发态
水可以部分地被氯离子所置换，形成不同的水合异 构体，并呈现不同的颜色：
[Cr(III)(H2O)6] Cl3
紫色 淡绿色
[Cr(III)Cl(H2O)5]Cl2· H2O
[Cr(III)Cl2(H2O)4]Cl· 2H2O
暗绿色
实验室见到的三价铬离子溶液常为淡绿色，就是 因为部分内界H2O被溶液中的氯离子所置换的缘故。
第一电离能
总趋势: 同周期 左→右 小→大 同副族 不规律
第十四章 d区元素.ppt
a 2KMnO4 △= K2MnO4 + MnO2 + O2
b 高锰酸钾水溶液呈紫色，MnO2或见光对其分解起催化作 用，故配置好的KMnO4溶液应保存在棕色瓶中。
4MnO4- + 4H+ 4MnO2 + 3O2 + 2H2O c 高锰酸钾最突出的性质是强氧化性，无论在酸性、中性 或碱性溶液中皆有氧化性，氧化能力和还原产物随溶液的 酸度不同而异。
CrO3 + H2O = H2CrO4 (黄色)
△
4CrO3 = 2Cr2O3 + 3O2 CrO3 + 2NaOH = Na2CrO4 (黄色) + H2O
(2) 铬酸、重铬酸及其盐 a 铬酸(H2CrO4)和重铬酸(H2Cr2O7)均为二元强酸，酸性
后者比前者大些。
b 铬酸盐是黄色晶体，重铬酸盐是橙红色晶体。这些 盐中，钠盐含结晶水，钾盐不含结晶水。
(2) 铬(Ⅲ)盐 CrCl3.6H2O：绿色或紫色
Cr2(SO4)3.18H2O：紫色
KCr(SO4)2.12H2O：蓝紫色
铬(Ⅲ)盐的水溶液在不同条件下可显不同颜色，一般是 绿色、蓝紫色或紫色。
(3) 铬(Ⅲ)配合物 Cr3+形成配合物的构型为d2sp3八面体 型，这些配合物大多都有颜色，且具有顺磁性。
(1) Co(OH)2：不溶于水，是粉红色的微弱两性物质，溶 于酸生成Co2+(粉红色)，溶于强碱得到[Co(OH)4]2-(深蓝色)。
Co(OH)3：不溶于水，是深棕色物质，具有氧化性。
a Co(OH)2→Co(OH)3 4Co(OH)2 + O2 + 2H2O
(粉红色)
4Co(OH)3 (碱性介质中)
d 区 元 素
d区元素
二、 钒（V）、铌（Nb）和钽（Ta）
钒的化合物都有五彩缤纷的美丽色彩，故以瑞典女神 Vanadies命名。钒在地壳中的丰度为0.0136%，它的分布广泛且 分散，海水中含量在10-9数量级，但在海洋生物体内得到富积， 如海鞘体内钒的含量是海水的几千倍。钒的主要矿物为绿硫钒 （VS2或V2S5）、铅钒矿（Pb5(VO4)3Cl）等。我国四川攀枝花蕴 藏的钒钛铁矿是重要的钒资源。同样由于镧系收缩的影响，铌和 钽性质相似，在自然界可与铁共生，它们共生的矿物的主要成分 可以用通式Fe(MO3)2表示。钒、铌、钽均是稀有金属。
d区元素
1. 金属钒及其化合物
钒是银灰色有延展性的金属，但不纯时硬而脆。钒是 活泼金属，易呈钝态，常温下不与水、苛性碱及稀的非氧 化性酸作用，可溶于氢氟酸、强氧化性酸和王水，也能与 熔融的苛性碱反应。高温下可与大多数非金属反应，甚至 比钛还容易与氧、碳、氮和氢化合，所以制备钒金属单质 很难，常用较活泼金属（如钙）热还原V2O5得到。
d区元素
锆和铪主要用于原子能工业。锆合金强度高， 可用作核反应堆中核燃料的包套材料。铪具有特别 强的热中子吸收能力，主要用于军舰和潜艇原子反 应堆的控制棒。锆不与人体的血液、骨骼及组织发 生作用，已用作外科和牙科医疗器械，并能强化和 代替骨骼。铪合金难熔，具有抗氧化性，用作火箭 喷嘴、发动机和宇宙飞行器等。
d区元素
d区元素
2. 铌和钽
铌和钽都是钢灰色金属，略带蓝色。它们具有极 其相似的性质，都有很强的抗腐蚀能力，能抵抗浓热 的盐酸、硫酸、硝酸和王水。铌和钽只能溶于氢氟酸 或氢氟酸与硝酸的热混合液中，在熔融碱中被氧化为 铌酸盐或钽酸盐。铌酸盐或钽酸盐进一步转化为其氧 化物，再由金属热还原得到铌或钽单质。
第三节 d区元素
4. 铁、钴和镍及其化合物
铁、钴、镍属ⅧB族元素，由于它们的性质相 似，故常称为铁系元素。铁系元素的化学性 质表现出许多相似性。 在铁系元素的二价盐溶液中加入氢氧化物， 可生成Fe(OH)2（白）、Co(OH)2（粉红）和 Ni(OH)2（绿）沉淀。Fe(OH)2可很快被空气中 的氧氧化，因此看到的是灰绿色的Fe(OH)2和 Fe(OH)3的混合物，最后被完全氧化为棕红色 Fe(OH)3；Co(OH)2也会慢慢地被氧化为棕褐色 Co(OH)3；只有Ni(OH)2可稳定存在。由此可见 Ni2+,Co2+,Fe2+的还原性依次增大。Co(OH)2明 显显两性，可溶于较浓的强碱中，
3. 锰及其重要化合物
锰为ⅦB族元素，它的价电子层结构为3d54s2，有+2， +4，+6，+7四种氧化态。Mn2+ 的盐有MnSO4·5H2O， MnCl2·4H2O等，它们都是粉红色晶体，易溶于水，在 酸性溶液中Mn2+ 相当稳定。Mn4+ 的化合物主要有 MnO2 ，MnO2 可作KClO3、H2O2 分解为O2 的催化剂。在 酸性溶液中MnO2 可氧化浓H2SO4、浓HCl。如： 2MnO2 +2H2SO4 = 2MnSO4 +O2+2H2O MnO2 +4HCl= MnCl2+ Cl2 +2H2O MnO2 不溶于稀酸，但可溶于稀酸和H2O2的混合溶液。 MnO2 + H2O2 +2H+ = Mn2+ + O2+2H2O
Cr2O72- +6Fe2++14H+ = 2Cr3++6Fe3++7H2O Cr2O72- +6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O 在加热条件下， Cr2O72-可使Cl-、Br-氧化成单质： Cr2O72- +14HCl（浓）= 2Cr3+ +3Cl2+8Cl-+7H2O Cr2O72- +14HBr（浓）= 2Cr3+ +3Br2+8Br-+7H2O
d区元素化学实验报告
d区元素化学实验报告D区元素化学实验报告引言：D区元素是指周期表中的3d系列元素，包括钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍和铜。
这些元素在化学反应中表现出独特的性质和行为。
本次实验旨在通过几个实验探索D区元素的一些特性和反应。
实验一：D区元素的氧化态实验目的：通过观察D区元素在不同氧化态下的颜色变化，了解其氧化态的特性。
实验步骤：1. 准备钛、铁、铜的样品。
2. 将样品分别放入不同的试管中。
3. 分别加入适量的盐酸，观察颜色变化。
实验结果与讨论：钛的样品在加入盐酸后呈现无色，表明钛处于+4的氧化态。
铁的样品在加入盐酸后呈现淡绿色，表明铁处于+2的氧化态。
铜的样品在加入盐酸后呈现蓝色，表明铜处于+2的氧化态。
通过这个实验，我们可以观察到D区元素在不同氧化态下的颜色变化，这是由于其电子结构的不同导致的。
实验二：D区元素的还原性实验目的：通过观察D区元素在还原剂作用下的反应，了解其还原性的特性。
实验步骤：1. 准备铬和锰的样品。
2. 将样品分别放入不同的试管中。
3. 分别加入适量的硫酸亚铁溶液，观察反应。
实验结果与讨论：铬的样品在加入硫酸亚铁溶液后呈现绿色，表明铬发生了还原反应。
锰的样品在加入硫酸亚铁溶液后呈现粉红色，表明锰发生了还原反应。
通过这个实验，我们可以观察到D区元素在还原剂作用下的反应，这是由于其电子结构的不同导致的。
实验三：D区元素的络合反应实验目的：通过观察D区元素与配体的络合反应，了解其络合能力的特性。
实验步骤：1. 准备钴和铜的样品。
2. 将样品分别放入不同的试管中。
3. 分别加入适量的氨水溶液，观察颜色变化。
实验结果与讨论：钴的样品在加入氨水溶液后呈现红色，表明钴与氨形成了络合物。
铜的样品在加入氨水溶液后呈现深蓝色，表明铜与氨形成了络合物。
通过这个实验，我们可以观察到D区元素与配体的络合反应，这是由于其电子结构和配体的配位能力导致的。
结论：通过以上实验，我们可以看到D区元素在不同氧化态、还原性和络合能力方面的特性。
D区元素
黄色
橙红色 绿色 紫色 暗紫色
975
398 2330 83 89
熔融不分解
熔融不分解 不分解 失去结晶水 失去结晶水
水溶液中铬的各种离子
颜色
2 Cr2O7-
存在的pH ＜2 ＞6 酸性 强碱
2. 钛的重要化合物
（1）TiO2 白色颜料，俗称钛白。不溶于水及稀酸，但溶于热 的 浓硫酸、HF酸
TiO2 ＋H2SO4（浓）＝ TiOSO4 ＋H2O
TiO2＋ ＋ H2O2 ＝ [TiO(H2O2)]2+(桔黄色） －－比色法测定钛 用于制造其他含钛化合物 TiO2(s) +C(s) Ti(s) + 2CO(g)
橙红 黄
CrO
24
Cr3+(aq) 紫
Cr(OH)-4
亮绿
Cr2+(aq) 蓝
酸性
Cr3+(aq) Cr2+(aq)
• 铬元素的电势图
EA / V
Cr 2 O
2 7
1.33 Cr
3
-0.41 Cr 2 -0.91 Cr -0.74
EB / V -1.4 -1.1 2 -0.12 CrO 4 Cr(OH) 4 Cr(OH) 2 Cr -1.3
E E E
Zn Cd Hg
2 2
/Zn 0.762V
2
/Cd 0.402V /Hg 0.852V
总趋势：从上到下活泼性降低。 2. 与活泼非金属(卤素和氧)直接形成化合物。 3. 与氢形成金属型氢化物： 如：VH1.8，TaH0.76，LaNiH5.7 。 4. 与硼、碳、氮形成间充式化合物。
课件：d区元素
第十三章 d区元素
三、 Cr(Ⅵ)的鉴定
方法1: H+,H2O2 乙醚或戊醇 Pb2+ CrO(O2)2蓝色 PbCrO4 (黄色)
方法2:
Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ = 2CrO(O2)2 + 5H2O Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)化合物均有毒, 且后者毒性更大. Cr3+的鉴定也可以有不同的方法，但是它们都是在过 量OH-的条件下用H2O2将Cr3+氧化为CrO42-再检验。
第三节
锰的主要化合物 （ⅦB族，3d 4s ）
5 2 5 2
锰是属于ⅦB族，价电子层结构为3d 4s
2 2+ 5
失去4s 电子后，Mn 外层电子构型为3d （半充满）， 2+ 所以Mn 相当稳定，但d电子也参与成键，从而表现 出多种氧化态，如有+2，+4，+6，+7 氧化态。最高 氧化态为+7，其中以+2，+4，+7 氧化态较重要。
+
Cr3+(绿) + H2O (亮绿) CrO2-+ H2O
2-
OH-(适量)
Cr(OH)3
+过量OH-
CrO2 具有还原性，易H2O2，Cl2，Br2被氧化为CrO4 （黄色）。 2CrO2- + 3H2O2 + 2OH-→2CrO42- + 4H2O
Cr(OH)3的两性:
二、Cr(Ⅵ)化合物：H2CrO4、H2Cr2O7及其盐 1、酸性与缩合性：铬酸、重铬酸都是强酸，在水中存在 以下平衡： 2CrO42- + 2H+ ↔ 2HCrO4- ↔Cr2O72- + H2O (黄) pH>6 (橙) pH<2
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10 d区元素【本章学习要求】（1）了解过渡元素的通性。
（2）了解钛、钒及其重要化合物的性质。
（3）了解铬的电势图，掌握Cr(Ⅲ),Cr( Ⅵ)化合物的酸碱性、氧化还原性及其相互转化。
了解钼钨的化合物。
（4）了解锰的电势图，掌握Mn(Ⅱ),Mn( Ⅳ),Mn(Ⅵ),Mn(Ⅶ)的重要化合物的性质和反应。
（5）掌握Fe(Ⅱ),Co( Ⅱ),Ni(Ⅱ)的重要化合物的性质及其变化规律；掌握Fe(Ⅲ),Co( Ⅲ),Ni(Ⅲ)的重要化合物的性质及其变化规律。
熟悉铁、钴、镍的重要配合物。
在长式周期表中，从ⅢB钪族开始到ⅡB锌族共十个纵行的元素（到目前为止共37种元素，不包括镧系和锕系元素）称为过渡元素。
过渡元素包括d区和ds区元素，它们都是金属，故也称过渡金属。
表10-1 过渡元素在周期表中的位置从过渡元素在周期表中的位置不难看出，每一周期中的过渡元素在性质上处于从典型金属性的s 区元素到大多为非金属的p区元素之间的过渡。
过渡元素原子的价层电子构型为(n-1)d1-10ns1-2(Pd为5s0)。
它们在原子结构上的特点是最后一个电子排布在次外层的d轨道中（ⅡB除外），最外层有1至2个s电子（Pd除外）。
d区元素的原子都具有未充满的d轨道，ⅠB族元素还具有未充满的d轨道的氧化态（如Cu2+）。
由于过渡元素原子电子层结构的特点，不仅决定了它们和主族元素的性质存在明显的差异，而且它们本身之间也具有许多共同的性质。
根据同一周期过渡元素金属性递变不明显，具有更多相似性的特点，通常将过渡元素分成三个过渡系列。
第一过渡系，第4周期从钪（Sc）到锌（Zn）；第二过渡系，第5周期从钇（Y）到镉（Cd）；第三过渡系，第6周期从镥（Lu）到汞（Hg）。
在这三个过渡系列中，以第一过渡系元素较为常见。
本章先对过渡元素的通性作一概括介绍，然后对较为常见、工业上应用较广的铬、锰、铁、钴、镍及其重要化合物，作为d区元素的代表进行讨论。
11章介绍ds区元素。
10.1过渡元素的通性10.1.1渡元素的原子半径过渡元素的原子半径一般较小，且在同一周期中自左至右变化不大，这一点是与主族不同的。
10.1.2氧化值过渡元素的氧化态表现为正氧化值。
此外，由于过渡元素原子的最外层s电子和次外层的部分或全部d电子都可作为价电子参与成键，所以过渡元素常具有多种氧化值（一般从+2可以变化到与族序数相等）。
这种表现以第一过渡系最为典型（见表10-2）。
表10-2 第一过渡系元素的氧化值*有括号的表示不稳定的氧化值，划线的表示常见的氧化值。
10.1.3单质的物理性质过渡元素的单质都是金属，具有金属的一般通性。
与主族金属元素不同的是，过渡元素除了外层s电子外，还有部分（n–1）d电子可以参与成键，从而增加了键的强度，再加上其原子半径较小，因而过渡元素单质一般具有熔点高、密度大、硬度大等特点，其中以锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)的密度最大（都在21g ·cm-3以上）；钨(W)的熔点最高（3407℃）；以铬(Cr)最硬，其硬度高达9（最硬的物质金刚石为10）。
10.1.4单质的化学性质许多过渡金属呈活泼金属的化学性质，可以直接与氧、卤素反应生成氧化物和卤化物。
其中ⅢB族元素的金属性最强、最活泼，在空气中迅速氧化，不仅能溶于酸，而且能与热水反应放出H2。
其他过渡金属则不易被空气中氧所氧化，也不易与水反应。
在与酸的反应上，第一过渡系多数金属可从非氧化性酸中置换出H2。
在过渡金属中，也有化学性质十分稳定的，如金、铂等，他们既不和非氧化性酸（如盐酸HCl）反应，也不和氧化性酸（如HNO3）反应，而只能溶于王水（三体积盐酸和一体积硝酸的混合液）。
10.1.5多色彩的水合离子过渡元素离子在水溶液中以水合离子（水为配体）形式存在。
过渡元素的许多水合离子以及其他配离子常呈现各种鲜艳的颜色。
水合离子的颜色与离子是否具有未成对d电子有着密切的关系。
凡具有未成对d电子的水合离子，一般呈现明显的颜色，如Co2+（3d7）粉红、Cu2+（3d9）蓝没有未成对d电子的水合离子则没有颜色，如Sc3+ (3d0)、Cu+ (3d10) 和Zn2+(3d10)如此，其它过渡元素离子如Ag+(4d10)、Hg2+(5d10)。
当然这只是水合金属阳离子的情况。
对于CrO42－（黄色）、MnO4－（紫色）来说，Cr(Ⅵ) 和Mn(Ⅷ)已没有单独的d电子，就不能一概而论了。
10.1.6良好的配合物形成体过渡元素的离子（或原子）多具有未充满的(n-1)d轨道和全空的ns、np及nd轨道，它们能量较为相近，易于形成成键能力较强的各种杂化轨道，加以半径较小，有效核电荷大等因素，所以它们有较强的吸引配体、接受孤对电子的能力，可以形成多种多样的配合物。
这是过渡元素区别于主族元素的明显特点。
对于配合物的研究，从发现到发展都与过渡元素密切相关，在已知经过研究和获得应用的配合物中，主要是以过渡元素的离子（或原子）作为配合物形成体的。
10.1.7磁性及催化性具有未成对电子的物质都呈现顺磁性。
许多过渡元素的原子、离子及其化合物，因具有未成对电子而呈顺磁性。
铁系金属(Fe、Co、Ni )能被磁场强烈吸引，并在磁场移去后仍保持其磁性，这类物质称为铁磁性物质。
铁磁性可以看作是顺磁性的一种极端形式。
一般的顺磁性只在外磁场存在时才表现出来。
过渡元素及其化合物具有突出的催化性能，其原因是在一些情况下，由于它们的多种氧化态，能与反应物形成不稳定的中间化合物，降低了反应的活化能；在另一些情况下，是由于过渡金属及其化合物提供了适宜的反应表面，增加了反应物在催化剂表面的浓度和削弱了反应物分子中的化学键，同样可以降低反应的活化能。
这两种情况都能增大反应速率，起到催化作用。
化工生产上大多数重要反应是借助于催化剂来实现的，而目前应用的催化剂大多是过渡金属及其化合物。
例如合成NH3用铁作催化剂，硫酸工业中用V2O5催化SO2转化为SO3，铂—铑催化剂用于NH3氧化制NO以制取硝酸等等。
配位化合物的应用中（见第7章7.5）曾提到生命体内的特殊催化剂——酶，几乎都与有机金属配合物密切相关(常含有过渡元素)。
如维生素B12有钴，固氮酶含有钼和铁等，有关研究对于探索生命奥秘显得十分重要。
10.2 铬及其化合物10.2.1铬的性质和用途单质铬是具有银白色光泽的金属，纯铬有延展性，含有杂质的铬硬而脆。
由于铬晶体有较强金属键，故其熔点（1900℃）和沸点（2600℃）都很高。
铬表面易形成氧化膜而呈钝态，所以金属活泼性较差，对空气和水都比较稳定。
它能缓慢地溶于稀盐酸、稀硫酸。
但铬不溶于浓硝酸，因为表面生成紧密的氧化物薄膜而呈钝态。
有钝化膜的铬在冷的HNO3、浓H2SO4，甚至王水中皆不溶解。
在热盐酸中，能很快地溶解并放出氢气，溶液呈蓝色（Cr2+），随即又被空气氧化成（Cr3+）：Cr + 2HCl →CrCl2 +H2↑4CrCl2 +4HCl +O2→4CrCl3 +2 H2O铬在浓硫酸中也能迅速溶解：2Cr + 6H2SO4 →Cr2(SO4)3+3SO2↑+6H2O在高温下，铬能与卤素、硫、氮、碳等直接化合。
由于铬的光泽度好，抗腐蚀能力强，故经常镀在其他金属表面上，如在汽车、自行车和精密仪器等器件表面镀铬，可使其件表面光亮、耐磨、耐腐蚀。
大量的铬用于制造合金，如铬钢（含Cr 0.5% ~1%、Si 0.75%、Mn 0. 5% ~1.25%）具有较大的硬度和较强的韧性，是机器制造业的重要原料。
含铬12%的钢称为不锈钢，有较强的耐腐蚀性，是广泛适用的金属材料。
铬和镍的合金用来制造电热丝和电热设备。
铬原子的价电子构型为3d54s1，铬的最高氧化值为＋6。
铬也能形成+5,+4,+3,+2等氧化值的化合物，其中以＋6、+3两类化合物最为常见和重要。
10.2.2铬的存在和冶炼铬在地壳中的含量为0. 0083%，在自然界的主要矿物为铬铁矿，组成为FeO∙Cr2O3工业上主要是铬铁矿与碳酸钠在高温下煅烧进行氧化，使铬铁矿中的铬氧化成可溶性的铬酸盐。
在生产中常将铬铁矿粉混合以白云石粉（CaCO3∙MgCO3），使反应混合物松散，有利于空气氧化（高温下产物CaO和MgO加强了混合物的碱性，亦有利于氧化）。
用水浸取熔体，过滤以除去氧化铁等杂质。
然后用硫酸酸化滤液。
利用在相同温度下，重铬酸钠的溶解度大于Na2SO4的性质，将上述酸化后的溶液多次蒸发结晶，可除去，然后再进行结晶即可得到较纯的重铬酸钠晶体。
最后可用铝热法冶炼金属铬：4Fe(CrO 2)2+8 Na 2CO 3+7O 2→2Fe 2O 3+8 Na 2CrO 4+8CO 22Na 2CrO 4+H 2SO 4→Na 2Cr 2O 7+Na 2SO 4+H 2ONa 2Cr 2O 7＋2C→Cr 2O 3+ Na 2CO 3+CO2Al+Cr 2O 3→2Cr+Al 2O 310.2.3铬的化合物10.2.3.1Cr(Ⅲ)的化合物（1）三氧化二铬（Cr 2O 3）Cr 2O 3可(NH 4)2Cr 2O 7由加热分解制得：(NH 4)2Cr 2O 7 →N 2↑＋Cr 2O 3＋4H 2OCr 2O 3 为绿色晶体，微溶于水，与Al 2O 3相似，具有两性，溶于酸形成Cr(Ⅲ)盐，溶于强碱形成亚铬酸盐（CrO 2–）：Cr 2O 3＋3H 2SO 4→Cr 2(SO 4)3+3H 2OCr 2O 3＋2NaOH →2NaCrO 2+H 2OCr 2O 3常作为绿色颜料（铬绿）而广泛用于油漆、陶瓷及玻璃工业，还可作有机合成的催化剂，也是冶炼金属Cr 和制取铬盐的原料。
（2）氢氧化铬（Cr(OH)3） 在Cr(Ⅲ)盐中加入氨水或NaOH 溶液，即有灰蓝色的胶状Cr(OH)3沉淀析出：CrCl 3＋3NaOH →Cr(OH)3↓＋3NaClCrCl 3＋3NH 3∙H 2O →Cr(OH)3↓＋3NH 4ClCr(OH)3与Al(OH)3相似，有明显的两性，在溶液中存在如下平衡：Cr 3+＋3OH -Cr(OH)32H O H ++Cr(OH)4-因此，Cr(OH)3可溶于酸和碱：Cr(OH)3＋3 HCl →CrCl 3 +3 H 2OCr(OH)3＋NaOH →NaCr(OH)4Cr(OH)3还能溶于液氨中，形成相应的配离子：Cr(OH)3+6NH 3→[Cr (NH 3)6]3++3OH -（3）Cr (Ⅲ)盐常见的Cr (Ⅲ)盐有三氯化铬（CrCl 3·6H 2O ）（绿色或紫色），硫酸铬[Cr 2(SO 4)3·18H 2O]（紫色）以及铬钾钒[KCr(SO 4)2·12H 2O]（蓝紫色），它们都易溶于水。
Cr 3+在水溶液中发生水解，在Cr 3+的水溶液中引入弱酸根离子，两者相互促进水解，水解将进行到底：2Cr 3+ + 3S 2-+ 6H 2O → 2Cr(OH)3↓+3H 2S ↑2Cr 3+ + 3CO 32-+ 6H 2O → 2Cr(OH)3↓+3 CO 2↑向Cr 3+溶液中加入碱时，先生成灰绿色的Cr(OH)3沉淀，当碱过量时生成亮绿色的[Cr (OH)4]－溶液。