元素化学优秀课件
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多酸根为配位体。一般是固体酸。
十二钼 （钨） 杂多酸 的结构
5
VIII族元素
• 水平的相似强于垂直的相似——特殊之处； 如何解释？
• 铁系元素与铂系元素的关系与区别： • Fe、Co、Ni氧化态的变化趋势及性质递变； • 铂系元素的性质极相似； • 由于镧系收缩，使铂系元素的性质相似；
铁系元素
• 最外层均为4s2，原子半径相似，所以性质 相似；
铁系元素的基本性质
铁、钴、镍都是中等活泼的金属单质。在 常温和无水情况下，铁系元素的单质都比 较稳定，但在高温下，它们能与氧气、硫、 氮气、氯气发生剧烈的反应；
在常温下，铁因 “钝化” 而不与浓硝酸、 浓硫酸反应，所以可用铁制品盛装和运输 浓硝酸和浓硫酸；
钴和镍在大多数无机酸中缓慢溶解，但在 碱性溶液中稳定性较高。
15
• 铂系金属的Π键配合物——过渡状态； • 铂系金属的Π键配合物的稳定性从左到右
VO3 4-+2H2O2 中 性 [VO2(O2)2]3-(黄 色 )+2H2O VO3 4-+H2O2+6H+ 强 酸 性 [V(O2)]3+(红 棕 色 )+4H2O [VO2(O2)2]3-+6H+ [V(O2)]3+
3
同多酸盐结构（含氧酸根共用棱）
4
杂多酸
• 两种或多种不同的含氧酸缩水而成； • 对Mo、W、P、Si等杂多酸研究较多； • 一种特殊的配合物，其中的P或Si是中心原子，
电负性 密度/(g·cm-3)
熔点/K 沸点/K
铁系元素的基本性质
铁
钴
Fe 26 55.85 3d64s2
Co 27 58.93 3d74s2
+2,+3,+6
+2,+3
124.1
125.3
74
72
64
63
ห้องสมุดไป่ตู้764.0
763
1.8
1.9
7.847
8.90
1808
1768
3023
3143
镍 Ni 28 58.69 3d84s2 +2,+3 124.6 69 ─ 741.1 1.9 8.902 1726 3005 9
14
铂系元素的催化原因
1.电子因素： • 要吸附气体的金属，必须有空d轨道； • 但是空d轨道数不能太多，否则难以脱附； • 所以，空d轨道数最少的VIII族的铂系元素有很好的
催化活性。 2.几何因素： 金属表面原子的空间位置应该使过渡络合物具有最小 的能量，这样使活化能小，反应能在较低的温度下较 快速的进行。 所以，综合各种因素，铂系元素的催化性质最好，而 IB、IIB族几乎没有催化性能。
• 不呈现与族数相同的最高正氧化态？ • 铁磁性； • 氧化还原性：在碱性介质中氧化态增高比
在酸性介质中容易； • 稳定的氧化态：Fe(+3)、Co(+2)、Ni(+2)； • 最高氧化态都是强氧化剂； • 二价盐的氢氧化物的稳定性：Ni>Co>Fe
第一过渡系元素原子的电子填充过渡到第 8 ~10 族时，3d 电子已超过 5 个，在一般情 况下价电子全部参加成键的可能性减小， 已不再呈现与族数相当的最高氧化值；
H2[PtCl6]+2KCl===K2[PtCl6]↓+2HCl H2[PtCl6]+2NH4Cl===(NH4)2[PtCl6]↓+2HCl •将铵盐加热，结果只有金属残留下来，这种方法可用 于铂系金属的精制。
13
铂系金属的催化反应
• 烯烃、炔烃、芳烃的氧化； • 硫酸工业制备中的SO2的催化氧化（SO3）； • 氨氧化制硝酸； • 石油裂化反应； • 燃料电池中电解氧化碳氢化物。
12
铂系元素的重要反应： •铂与王水反应生成H2[PtCl6] 。 •铂系元素与铁系元素一样可形成很多配合物，多数情 况下是配位数为6的八面体结构。氧化态为+II的钯和铂 离子都是d8结构，可形成平面正方形的配合物。 •这六种元素都能生成氯配合物。将这些金属与碱金属 的氯化物在氯气流中加热即可形成氯配合物。在含有铂 系氯配离子的酸溶液里加人NH4Cl或KCl，就可得到难 溶的铵盐或钾盐：
中心元素有什 么特点？
1
缩合的条件及结果：
• 含氧酸（盐）要有OH； • 有脱水剂或加热或调节酸度； • 不同的缩合结果：
中心原子的电 负性不能太大！ 为什么？
a.一次缩合：
b.二次缩合：有限链、无限链、环状；
c.三3H次2O缩合P：4O环10）笼；状（环H3PO9和（OH）3PO－ 无限链间再脱一次水，得双链或层状结构。
10
铂系元素——Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt
• 高氧化态的倾向从左倒右降低；
•根据它们的密度，钌、铑、钯称轻铂系金属；锇、 铱、铂称重铂系金属。 •大多数铂系金属能吸收气体，尤其是钯吸收氢的能 力特别大。 •催化活性高是铂系金属的一个特性，例如，铂和钯 可用作一些化学反应的催化剂。 •铂系元素的化学稳定性很高。常温下，与氧、硫、 氯等非金属元素都不起作用，但在高温下可反应。 •钯和铂都溶于王水，钯还可溶于浓硝酸和热硫酸中， 而钌、铑、锇、铱连王水也不能使其溶解。
Fe 元素的最高氧化值为 +6，常见氧化值是 +2 和 +3，与很强的氧化剂作用，Fe 可以 生成不稳定的 +6 氧化值的化合物；
Co、Ni 元素的最高氧化值为 +3，常见氧 化值都是 +2 。
8
元素符号 原子序号 相对原子质量 价层电子组态 主要氧化值
r(M)/pm r(M2+)/pm r(M3+)/pm Ei,1/(kJ·mol-1)
d.发生四次缩合：层状结构再次脱水成骨架状结构， 如SiO2。
2
同多酸（盐）的性质：
• 同多酸的结构是简单的含氧酸根以角、棱或面相 连而成，连接的公共点均为氧原子；
• 同多酸中的氢离子被金属离子取代就形成了同多 酸盐:(NH4)4[V4O12]、(NH4)6Mo7O24.4H2O；
• 同多酸的生成条件和溶液的酸度及浓度有关：
关于同多酸与杂多酸
• 同多酸：由两个或多个同种简单含氧酸分子缩水而成的 酸称之。
能够形成同多酸的元素有：
V（H4V2O7、H6V4O13）； Cr（H2Cr2O7、H2Cr3O10）； Mo（H6Mo7O24、H4Mo8O26）； W（H4W8O26、H10W12O41）； B（H2B4O7）； Si（Si2O76－）； P（H4P2O7）； S （H2S2O7）。
十二钼 （钨） 杂多酸 的结构
5
VIII族元素
• 水平的相似强于垂直的相似——特殊之处； 如何解释？
• 铁系元素与铂系元素的关系与区别： • Fe、Co、Ni氧化态的变化趋势及性质递变； • 铂系元素的性质极相似； • 由于镧系收缩，使铂系元素的性质相似；
铁系元素
• 最外层均为4s2，原子半径相似，所以性质 相似；
铁系元素的基本性质
铁、钴、镍都是中等活泼的金属单质。在 常温和无水情况下，铁系元素的单质都比 较稳定，但在高温下，它们能与氧气、硫、 氮气、氯气发生剧烈的反应；
在常温下，铁因 “钝化” 而不与浓硝酸、 浓硫酸反应，所以可用铁制品盛装和运输 浓硝酸和浓硫酸；
钴和镍在大多数无机酸中缓慢溶解，但在 碱性溶液中稳定性较高。
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• 铂系金属的Π键配合物——过渡状态； • 铂系金属的Π键配合物的稳定性从左到右
VO3 4-+2H2O2 中 性 [VO2(O2)2]3-(黄 色 )+2H2O VO3 4-+H2O2+6H+ 强 酸 性 [V(O2)]3+(红 棕 色 )+4H2O [VO2(O2)2]3-+6H+ [V(O2)]3+
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同多酸盐结构（含氧酸根共用棱）
4
杂多酸
• 两种或多种不同的含氧酸缩水而成； • 对Mo、W、P、Si等杂多酸研究较多； • 一种特殊的配合物，其中的P或Si是中心原子，
电负性 密度/(g·cm-3)
熔点/K 沸点/K
铁系元素的基本性质
铁
钴
Fe 26 55.85 3d64s2
Co 27 58.93 3d74s2
+2,+3,+6
+2,+3
124.1
125.3
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ห้องสมุดไป่ตู้764.0
763
1.8
1.9
7.847
8.90
1808
1768
3023
3143
镍 Ni 28 58.69 3d84s2 +2,+3 124.6 69 ─ 741.1 1.9 8.902 1726 3005 9
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铂系元素的催化原因
1.电子因素： • 要吸附气体的金属，必须有空d轨道； • 但是空d轨道数不能太多，否则难以脱附； • 所以，空d轨道数最少的VIII族的铂系元素有很好的
催化活性。 2.几何因素： 金属表面原子的空间位置应该使过渡络合物具有最小 的能量，这样使活化能小，反应能在较低的温度下较 快速的进行。 所以，综合各种因素，铂系元素的催化性质最好，而 IB、IIB族几乎没有催化性能。
• 不呈现与族数相同的最高正氧化态？ • 铁磁性； • 氧化还原性：在碱性介质中氧化态增高比
在酸性介质中容易； • 稳定的氧化态：Fe(+3)、Co(+2)、Ni(+2)； • 最高氧化态都是强氧化剂； • 二价盐的氢氧化物的稳定性：Ni>Co>Fe
第一过渡系元素原子的电子填充过渡到第 8 ~10 族时，3d 电子已超过 5 个，在一般情 况下价电子全部参加成键的可能性减小， 已不再呈现与族数相当的最高氧化值；
H2[PtCl6]+2KCl===K2[PtCl6]↓+2HCl H2[PtCl6]+2NH4Cl===(NH4)2[PtCl6]↓+2HCl •将铵盐加热，结果只有金属残留下来，这种方法可用 于铂系金属的精制。
13
铂系金属的催化反应
• 烯烃、炔烃、芳烃的氧化； • 硫酸工业制备中的SO2的催化氧化（SO3）； • 氨氧化制硝酸； • 石油裂化反应； • 燃料电池中电解氧化碳氢化物。
12
铂系元素的重要反应： •铂与王水反应生成H2[PtCl6] 。 •铂系元素与铁系元素一样可形成很多配合物，多数情 况下是配位数为6的八面体结构。氧化态为+II的钯和铂 离子都是d8结构，可形成平面正方形的配合物。 •这六种元素都能生成氯配合物。将这些金属与碱金属 的氯化物在氯气流中加热即可形成氯配合物。在含有铂 系氯配离子的酸溶液里加人NH4Cl或KCl，就可得到难 溶的铵盐或钾盐：
中心元素有什 么特点？
1
缩合的条件及结果：
• 含氧酸（盐）要有OH； • 有脱水剂或加热或调节酸度； • 不同的缩合结果：
中心原子的电 负性不能太大！ 为什么？
a.一次缩合：
b.二次缩合：有限链、无限链、环状；
c.三3H次2O缩合P：4O环10）笼；状（环H3PO9和（OH）3PO－ 无限链间再脱一次水，得双链或层状结构。
10
铂系元素——Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt
• 高氧化态的倾向从左倒右降低；
•根据它们的密度，钌、铑、钯称轻铂系金属；锇、 铱、铂称重铂系金属。 •大多数铂系金属能吸收气体，尤其是钯吸收氢的能 力特别大。 •催化活性高是铂系金属的一个特性，例如，铂和钯 可用作一些化学反应的催化剂。 •铂系元素的化学稳定性很高。常温下，与氧、硫、 氯等非金属元素都不起作用，但在高温下可反应。 •钯和铂都溶于王水，钯还可溶于浓硝酸和热硫酸中， 而钌、铑、锇、铱连王水也不能使其溶解。
Fe 元素的最高氧化值为 +6，常见氧化值是 +2 和 +3，与很强的氧化剂作用，Fe 可以 生成不稳定的 +6 氧化值的化合物；
Co、Ni 元素的最高氧化值为 +3，常见氧 化值都是 +2 。
8
元素符号 原子序号 相对原子质量 价层电子组态 主要氧化值
r(M)/pm r(M2+)/pm r(M3+)/pm Ei,1/(kJ·mol-1)
d.发生四次缩合：层状结构再次脱水成骨架状结构， 如SiO2。
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同多酸（盐）的性质：
• 同多酸的结构是简单的含氧酸根以角、棱或面相 连而成，连接的公共点均为氧原子；
• 同多酸中的氢离子被金属离子取代就形成了同多 酸盐:(NH4)4[V4O12]、(NH4)6Mo7O24.4H2O；
• 同多酸的生成条件和溶液的酸度及浓度有关：
关于同多酸与杂多酸
• 同多酸：由两个或多个同种简单含氧酸分子缩水而成的 酸称之。
能够形成同多酸的元素有：
V（H4V2O7、H6V4O13）； Cr（H2Cr2O7、H2Cr3O10）； Mo（H6Mo7O24、H4Mo8O26）； W（H4W8O26、H10W12O41）； B（H2B4O7）； Si（Si2O76－）； P（H4P2O7）； S （H2S2O7）。