第十四章 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PPT课件
钪分族的钪、钇和镧是过渡元素中最活泼的金属
第二、第三过渡系元素的金属单质非常稳定，一般不 易与强酸反应，但浓碱和熔碱可发生反应
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6
4 氧化数
过渡元素除最外层s电子可以成键外，次外层d电子也 可部分或全部参与成键，过渡元素有多种氧化数
(1) 同周期从左向右变化趋势
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7
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8
5 非整比化合物
非整比化合物的其组成在一个较小范围内变动， 保持其结构基本不变 过渡元素易形成非整比化合物
IVB~VIIB族，与原子半径较小的非金属B、C、N等形 成间隙式化合物，它们的组成随金属中溶解的B、C、N 等的量而（比值）改变
比相应的纯金属，其熔点高；硬度大，化学性质不活泼
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多重键
13
Re: 5d56s2 3e Re3+ 5d4
Re3+
↑ ↑ ↑ ↑ —— dz2 dxy dyz dxz dx2-y2
σδ π π
Re3+
↑↑ dz2 dxy
|| 头面 碰对 头面
↑ ↑ —— dyz dxz dx2-y2
| 肩 并 肩
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σ成键 π成键 δ键
同族，从上至下 逐渐增大
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5
2 单质的物理性质
过渡金属外观多呈银白色或灰白色，有光泽
除钪和钛属轻金属外，其余都是重金属，其中以铂系元素最重
多数过渡金属（IIB除外）熔点、沸点高，硬度大
一般认为是过渡元素的原子半径较小，而彼此堆积很紧，同时金 属原子间除了主要以金属键结合外，还可能有部分共价性，这与 金属原子 中部分未成对的(n－1)d 电子也参与成键有关
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-
第14章-1过渡金属元素通性分析
Mn
Fe
717.4
759.4
1509.1
1561
3259
2957.4
Co
Ni Cu
758
736.7 746
1646
1753.0 1958
3232
3393 3554
二、电离能与氧化态
元素的电离能是衡量元素化学活泼性和说明元素 氧化态特征的参数之一:
1. 过渡金属的电离能随离子电荷的增加没有发生突变， 只是逐渐增大，(n-1)d电子与ns电子能量接近，都能起价 电子的作用，所以过渡金属表现出多种氧化态； 2. Fe3+离子的价电子构型为半充满的 3d5 稳定结构，所以 Fe具有比较小的第三电离能， Fe可直接氯化生成 FeCl3， 而 Fe 后的Co、Ni 由于第三电离能较大，直接氯化不能生 成三氯化物；
第14章-1 过渡金属元素通性
过渡金属元素在周期表中的位置
第14章-1 过渡金属元素通性
过渡元素占据长周期的第4、5、6、7周期；从 第ⅢB 族的钪族开始，到第ⅠB 族的铜族为止， 共9个直列36个元素，不包括镧系和锕系元素； 填充d电子，亦称d区元素； 1. 单质相似性，同一周期金属性递变不明显； 2. 可变的氧化态，d电子可以参与成键；
二、电离能与氧化态
第一过渡系元素的电离能 (kJ· mol-1)
元素 K Ca Sc Ti V Cr 第一电离能 418.9 589.8 631 658 650 652.8 第二电离能 3051.4 1145.4 1235 1310 1414 1496 第三电离能 4411 4912.0 2389 2652.5 2828.0 2987
3. 易形成配合物，配离子大多有颜色；
4. 单质或化合物往往具有磁性和催化性；
d区元素的实验报告
d区元素的实验报告D区元素的实验报告引言D区元素是周期表中的一组过渡金属元素，它们的特性和反应性使它们在化学和材料科学中具有重要的应用价值。
本实验旨在通过一系列实验，探究D区元素的一些特性和反应。
实验一：D区元素的物理性质在第一个实验中，我们研究了D区元素的物理性质。
首先，我们测量了D区元素的密度。
通过称量一定质量的D区元素样品，然后测量其体积，我们可以计算出其密度。
结果显示，D区元素的密度较高，这与它们的原子量和原子半径有关。
此外，我们还测量了D区元素的熔点和沸点。
实验结果表明，D区元素的熔点和沸点相对较高，这是由于它们的原子间相互作用力较强所致。
实验二：D区元素的化学反应在第二个实验中，我们研究了D区元素的化学反应。
我们首先进行了一系列的氧化还原反应。
通过将D区元素与氧气反应，我们观察到了明亮的火花和产生的氧化物。
这表明D区元素具有较强的氧化性。
此外，我们还进行了一些与非金属元素的反应。
结果显示，D区元素可以与非金属元素形成化合物，这些化合物具有重要的应用价值，例如在电子器件和催化剂中的应用。
实验三：D区元素的应用在第三个实验中，我们研究了D区元素的应用。
我们首先探索了D区元素在电子器件中的应用。
由于D区元素的良好导电性和磁性，它们被广泛应用于电子器件中，例如电池、电路和磁性存储介质。
此外，我们还研究了D区元素在催化剂中的应用。
由于D区元素的高活性和稳定性，它们被广泛应用于化学反应的催化剂中，例如氧化反应和加氢反应。
结论通过以上实验，我们深入了解了D区元素的一些特性和反应。
D区元素具有较高的密度、熔点和沸点，这与其原子特性有关。
D区元素具有较强的氧化性，可以与非金属元素形成化合物。
此外，D区元素在电子器件和催化剂中具有重要的应用价值。
通过这些实验，我们对D区元素的性质和应用有了更深入的了解，这对于进一步研究和应用D区元素具有重要意义。
参考文献：1. Cotton, F. A., & Wilkinson, G. (1988). Advanced Inorganic Chemistry: A Comprehensive Text. Wiley.2. Greenwood, N. N., & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements. Butterworth-Heinemann.。
《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
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)
第十四章 d区元素
�
Mn(VI) 2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+MnO2 + 4KOH
�
Mn(VII) 2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl 电解: 2 MnO42- + 2H+ = 2 MnO4- + H2 稳定性 10KMnO4 缓慢分解 4MnO4- + 4H+ = 4MnO2 + 3O2 + 2 H2O KMnO4在不同的介质中反应产物不同: 强酸性：Mn2+; 强碱性：MnO42-; 弱酸性,中性,弱碱性：MnO2
Cr3+的化合物 (1)氧化物 为两性偏碱 (NH4)2Cr2O7 Cr2O3+N2+4H2O
灼烧后的Cr2O3难溶,可用K2S2O7来熔,转 化为可溶性盐 Cr2O3+3K2S2O7=Cr2(SO4)3+3K2SO4
(2)氢氧化物--两性偏碱
Cr3+(紫色)+ 3OHH2O•HCrO2 Cr(OH)4- (绿色) Cr(OH)3(灰蓝) == H++CrO2-(绿色）+ H2O
⎯ ⎯→ ⎯ 3K2MnO4+7MnO2+6O2+2K2O
473 K
还原性 稳定 歧化
绿色
紫红色
氧化性
氧化性 歧化
3 MnO2 == Mn3O4+O2 Mn3O4 +8Al == 9Mn + 4Al2O3
2.化合物
�
Mn(II) Mn2++2NH3•H2O=Mn(OH)2(s)+2NH4+ 2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2(赭色)
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
(3)
金属单质的物理性质
●熔点、沸点高 熔点最高的单质： 钨(W) 3683±20℃
●硬度大
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· -3 cm ●导电性，导热性，延展性好
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(4)
金属元素的原子化焓
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。
2 Cr2+(aq) + 2 H3O+(aq) Mn2+(aq)
2 Cr3+(aq) + H2(g) + 2 H2O(l)
Ni和Cu(当然还有Zn)的稳定水合离子只能是二价的
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3. 同族元素族氧化态稳定性变化趋势
● 同族元素自上而下形成族氧化态的趋势增强 ● 需要指出的是，这条规律对第3族 和第12族
△H1
△Hh M+(g) + e–
△H=△HI + △H1 + △Hh
s 区元素从上到下总热效应 △H （吸热）总的来说 是变小的，这就表明它们在水溶液中变成水合离子的倾 向从上到下变大，而 d 区元素从上到下总热效应 △H （吸热）增大，因此它们的活性都变小。
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15.1.2 无机颜料和化合物的颜色
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荷移跃迁举例
副篇内容
● 晶格缺陷
SnI4 的电荷迁移
晶格缺陷一种是晶格中某些负离子没有，空位由自由
电子占据，以此达到电荷平衡；第二种是晶体中金属离 子过剩，占据晶格间隙位置，电荷由占据另一些间隙位 置的电子来平衡。两种缺陷中都包含自由电子，被激发 所需的能量一般较小，若吸收峰落在可见光区，就现出 颜色。
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
第十四章 d区元素(一) 铬锰铁钴镍
第十四章d区元素（一）铬锰铁钴镍第一节d区元素通论（p290）一、原子的电子层结构和原子半径ⅢB～ⅠB，d区和ds区，价电子构型：（n-1）d1-10ns1-2，见p111面原子的电子层结构。
同一过渡系元素，随着原子序数的增加，原子半径依次减小，但从第5族开始变得缓慢。
见p292面图14-2。
二、氧化态ns和(n-1)d能量相差不大，d电子也能部分参与成键，形成多种可变氧化态。
见p293面。
三、单质的物理性质ⅡB族：Zn、Cd、Hg，低熔点金属，其余m.p.、b.p.、密度、硬度都较高。
见p293面。
许多过渡元素的单质及其化合物呈现顺磁性（顺磁，定义为左旋物质体系，S极向上）。
四、单质的化学性质活泼性差别很大。
第一过渡系元素都是比较活泼的金属，从左至右，金属性逐渐减弱。
与第一过渡系元素相比，第二、三过渡系元素较不活泼，即同族元素自上而下，金属活泼性逐渐减弱。
五、氧化物及其水合物的酸碱性d区元素高氧化态的氧化物是酸性氧化物，相应的水合物为酸。
低价态的氧化物为碱性氧化物，其相应的水合物为碱。
同一过渡系的氧化物及其水合物的碱性，从左至右逐渐减弱，高氧化态时表现为从碱到酸。
在同一族中各元素自上而下，氧化态相同时酸性减弱而碱性增强。
见p295面表14-4。
六、配合物形成体易生成配位化合物（有空轨道，半径小，对配位体有较强吸引力）。
七、水合离子的颜色Cu+、Ag+、Au+、Zn2+、Cd2+、Hg2+，（n-1）d10ns0构型，无未成对电子，水合离子无色。
见p296面表14-5。
八、催化性催化性与电子在d轨道未填满有密切关系。
第一节铬及其化合物一、铬的物理性质和化学性质物理性质：自然界：铬铁矿，FeO·Cr2O3（FeCr2O4）纯Cr，银白色金属，硬度大，耐磨性好，反光率强，化学性质稳定（在空气中不起变化，不变色，强烈的钝化作用）其用途：①常作保护装饰性镀层；②加入钢中，增强钢的耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、硬度、弹性。
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第14章过渡金属（Ⅰ）Chapter 14 Transition Metal （Ⅰ）引言具有部分充填d或f电子元素为过渡元素。
过渡元素分为外过渡族元素（d 区元素）及内过渡元素（f区元素）。
钪Sc，钇Y，镧La和镧系元素在性质上非常相似，常被总称为稀土元素。
d 区: ⅢB ~ Ⅷ(n-1)d1-9ns1-2 （Pd例外4d105s0ⅢB 钪Sc 钇Y 镧LaⅣB 钛Ti 锆Zr 铪HfⅤB 钒V 铌Nb 钽TaⅥB 铬Cr 钼Mo 钨WⅦB 锰Mn锝Tc 铼Re14.2 过渡元素基本性质1、都有较大的硬度、熔点和沸点。
它们的导电性、导热性好，相互间可形成合金。
2、大多数溶于酸，只是有些“贵”金属电极电势较大，难与普通的酸反应。
3、除IIIB族外，都有多种氧化态，水合离子和酸根离子常呈现一定颜色。
4、d区元素原子的价电子层构型5、原子半径从左到右逐渐减小6、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d区元素的物理性质熔点、沸点高熔点最高的单质：钨硬度大硬度最大的金属：铬密度大密度最大的单质：锇导电性，导热性，延展性好。
单质的化学性质IIIB族是它们中最活泼的金属，性质与碱土金属接近。
同族元素的活泼性从上到下依次减弱。
总趋势：从左至右活泼性降低。
d区元素离子的颜色氧化物及其水合物的酸碱性同种元素，不同氧化态的氧化物，其酸碱性随氧化数的降低酸性减弱，碱性增强Mn2O7MnO3MnO2Mn2O3MnO这是由于其水合物中非羟基氧的数目减少。
同一过渡系内各元素的最高氧化态的氧化物及水合物，从左到右碱性减弱，酸性增强。
Sc2O3TiO2CrO3Mn2O7同族元素，自上而下各元素相同氧化态的氧化物及其水合物，通常是酸性减弱，碱性增强。
H2CrO4H2MoO4H2WO4配合能力强，易形成一系列配合。
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。
中心离子半径在0.075~0.06nm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。
如：CrCl3·6H2O在水溶液中长期放置：14.3钛副族概述钛族元素价电子层结构为(n-1)d2ns2，钛、锆、铪的稳定氧化态是+4，其次+3，+2氧化态较少见。
化合物主要以共价键结合（TiO2离子型）。
钛重要的矿石有金红石(TiO2)、钛铁矿(FeTiO3)，以及钒钛铁矿；锆和铪是稀有金属，主要矿石有锆英石ZrSiO4,铪常与锆共生。
钛兼有钢和铝的优点，是热和电的良导体。
钛是强还原性单质的性质钛抗腐蚀性强、密度小、亲生物及有记忆性的金属。
钛能溶于热的浓HCl钛更易溶于HF+HCl(H2SO4)锆和铪也有上面配合反应的性质。
金属钛的制备工业上常用FeTiO3为原料来制金属钛矿石中含有FeO、Fe2O3杂质,先用浓硫酸处理加入单质铁把Fe3+离子还原为Fe2+离子，然后使溶液冷却至273K以下使FeSO4·7H2O 结晶析出。
加热煮沸Ti(SO4)2和TiOSO4分离煅烧碳氯法在1070K用熔融的镁在氩气氛中还原TiCl4可得海棉钛，再经熔融制得钛锭。
钛（IV）化合物TiO2金红石、钛白，白色粉末，不溶于水及稀酸，可溶于HF和浓硫酸中。
Ti4+容易水解得到TiO2+离子——钛酰离子。
TiO2是一种优良颜料、催化剂、纳米材料。
光催化研究热点。
钛白是经过化学处理得到的纯净二氧化钛，重要化工原料钛白TiO2与碳酸盐熔融可制得偏钛酸盐。
如偏钛酸钡（具有显著的“压电性能”，用于超声波发生装置中）制备TiO2与碳酸盐熔融可制得偏钛酸盐。
如偏钛酸钡（具有显著的“压电性能”，用于超声波发生装置中）制备由于Ti4+电荷多、半径小，极易水解，所以Ti(Ⅳ)溶液中不存在Ti4+。
TiO2可看作是由Ti4+二级水解产物脱水而形成的。
TiO2也可与碱共熔，生成偏钛酸盐。
此外，TiO2还可溶于氢氟酸中：TiO2 + 6HF = [TiF6]2- + 2H+ + 2H2O钛（IV）卤化物四氯化钛(TiCl4)是钛最重要的卤化物，通常由TiO2、氯气和焦碳在高温下反应制得。
TiCl4为共价化合物（正四面体构型），其熔点和沸点分别为-23.2℃和136.4℃, 常温下为无色液体，在水中或潮湿空气中极易水解，可用做烟雾弹：TiCl4 + 2H2O TiO2 + 4HCl钛（IV）卤化物TiCl4 是制备钛的其它化合物的原料。
利用氮等离子体，由TiCl4可获得仿金镀层TiN：2TiCl4 + N2 = 2TiN + 4Cl2 q Ti4+离子具有较高正电荷和较小半径（68pm），Ti4+离子有很强极化能力，在Ti（IV）水溶液中不存在简单的水合配离子[Ti(H2O)6]4+，而是碱式氧基盐，如[Ti(OH)2(H2O)4]2+。
四氯化钛(TiCl4)是钛最重要的卤化物，通常由TiO2、氯气和焦碳在高温下反应制得。
TiCl4为共价化合物（正四面体构型），其熔点和沸点分别为-23.2℃和136.4℃, 常温下为无色液体，在水中或潮湿空气中极易水解，在Ti(Ⅳ）盐的酸性溶液中加入H2O2则生成较稳定的橘黄色配合物[TiO(H2O2)]2+：TiO2+ + H2O2 = [TiO(H2O2)]2+可利用此反应测定钛。
钛（Ⅲ）化合物TiCl4还原可得到TiCl3（紫色粉末），如Ti 与盐酸反应也得到TiCl3：2Ti+ 6HCl = 2TiCl3 + 3H2 TiCl3·6H2O晶体的两种异构体三价钛的还原性比(Sn2+)稍强Zr 和Hf 耐酸性比Ti 还强，尤其是Hf，100℃以下对酸稳定(HF 除外)，与碱可反应: Zr + 4KOH === K4ZrO4 + 2H2(气体)ZrO2 是白色粉末，硬度高，高温处理的ZrO2, 除HF 外, 不溶于其它酸。
常用的可溶性锆是ZrOCl2，易水解ZrOCl2 + (x+1)H2O === ZrO2·xH2O(锆酸) + 2HCl锆盐和钛盐水溶液相似，容易按下式水解：ZrOCl2 + (x + 1)H2O ® ZrO2·xH2O +2HCl ZrO2·xH2O也称α-型锆酸，可溶解在稀酸中，容易生成溶胶，即被吸附的酸或碱所胶溶。
加热产生β-型锆酸沉淀，它含有少量水，难溶于酸中，这些情况和钛酸的两种构型相似。
锆和铪的分离可利用含氟配合物溶解度的差别来进行。
14.3钒副族概述钒的主要矿物有：绿硫钒矿VS2或V2S5，钒铅矿Pb5[VO4]3Cl等。
Nb和Ta因性质相似，在自然界中共生，矿物为Fe[(Nb,Ta)O3]2如果Nb的含量多就称铌铁矿，反之为钽铁矿。
我国四川攀枝花铁矿中有大量的钛和钒。
电子构型为(n-1)d3ns2价态有+V、+IV、+III、+II, V、Nb、Ta以+V价最稳定，V的+IV价也较稳定。
它们的单质容易呈钝态、都溶于硝酸和氢氟酸的混合酸中，钽不溶于王水。
钒单质低温呈惰性2)，3价的钒有还原性；5价的钒有氧化性。
4价较稳。
3) 高温易被氧化钒的制备V(+V)具有较大的电荷半径比，所以在水溶液中不存在简单的V5+离子，而是以钒氧基(VO2+、VO3+)或钒酸根(VO3-,VO43-)等形式存在。
同样，氧化态为+IV的钒在水溶液中以VO2+离子形式存在。
V5+离子比Ti4+具有更高正电荷和更小半径，具有更大的电荷半径比。
在水溶液中不存在简单的V5+离子，由于钒和氧之间存在着较强的极化效应，当这些含氧化合物吸收部分可见光后，集中在氧原子的一端的电子可向钒（V）跃迁，所以氧化数为+5的钒化合物一般都有颜色。
三氯氧钒水解也得V2O5以酸性为主的两性氧化物V2O5为两性氧化物（以酸性为主），溶于强碱（如NaOH)溶液中V2O5 也可溶于强酸(如H2SO4), 但得不到V5+, 而是形成淡黄色的VO2+:V2O5 + 2H+ ─→2VO2+ + H2O(淡黄，钒二氧基离子) ØV2O5为中强氧化剂，如与盐酸反应，V(Ⅴ)可被还原为V(Ⅳ)，并放出氯气：V2O5 + 6H+ + 2Cl‾ ─→2VO2+ + Cl2↑+ 3H2O（蓝色，钒氧基离子) VO2++Fe2++H+===VO2++Fe3++H2O 2VO2++C2O42-+4H+===2VO2++2CO2+2H2O ØV2O5常用作催化剂、脱水剂、缓蚀剂。
：钒酸盐和多钒酸盐偏钒酸盐MIVO3、正钒酸盐M3IVO4、焦钒酸盐M4IV2O7和多钒酸盐M3IV3O9、M6IV10O28等。
VO43-+2H+D2HVO42-DV2O74-+H2O (pH≥13) 2V2O74-+6H+D2V3O93-+3H2O (pH≥8.4) 10V3O93-+12H+D3V10O286-+6H2O (8>pH>3) 若酸度再增大，则缩合度不变，而是获得质子。
V10O286-+H+DHV10O285- 若pH=1时则变为VO2+。
在钒酸盐的溶液中加过氧化氢,若溶液是弱碱性、中性或弱酸性时得黄色的二过氧钒酸离子, [VO2(O2)2]3-,此法可用于鉴定钒。
与过氧化氢的反应用来定性在酸性介质中VO2+是一种较强的氧化剂。
铌和钽的化合物铌、钽原子半径相同（134pm），性质非常相似。
铌和钽最稳定氧化态+5，低氧化态不稳定。
Nb2O5·nH2O或Ta2O5·nH2O叫做“铌酸”和“钽酸”，实际上，不一定存在。
利用含氟配合物的溶解性可分离铌和钽。
多数的铌酸盐和钽酸盐是不溶的，被认为是复合氧化物。
Cr的矿物有铬铁矿FeCr2O4(FeO·Cr2O3)、Mo有辉钼矿MoS2、W有黑钨矿(FeⅡ,MnⅡ)WO4 白钨矿CaWO4。
单质的性质及用途铬Chromium, 原意颜色，1797年法国化学家沃克兰首先发现铬常见+6, +3, +2价；钼和钨常见+6, +5, +4价。
由于镧系收缩，钼和钨的性质更相近溶沸点是同一周期中最高的一族，硬度也较大。
铬族元素金属活泼性自上而下依次降低铬还原性相当强。
由于铬的钝化，王水和硝酸（不论浓或稀）都不能溶解铬。
常将铬镀在其它金属表面。
铬同铁、镍组成各种抗腐蚀不锈钢。
Cr+2HCl(稀)===CrCl2(蓝色)+H2↑4CrCl2(蓝色)+4HCl+O2(空气)===4CrCl3(绿色)+2H2O三氧化二铬及其水合物Cr2O3（绿色）是溶解或熔融都困难的两性氧化物，对光、大气、高温及腐蚀性气体(SO2，H2S等)极稳定。
Cr2O3可与强酸或强碱作用：Cr2O3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3H2O铬(Ⅲ)盐：CrCl3·6H2O(紫色或绿色) Cr2(SO4)3·18H2O(紫色) 铬钾矾(简称)KCr(SO4)2·12H2O(蓝紫色)CrCl3的稀溶液呈紫色，其颜色随温度、离子浓度而变化，在冷的稀溶液中，由于[Cr(H2O)6]3+的存在而显紫色，但随着温度的升高和C1‾浓度的加大，由于生成了[CrCl(H2O)5]2+(浅绿)或[CrCl2(H2O)4]+(暗绿)而使溶液变为绿色。