第14章-1过渡金属元素通性分析
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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；
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；
第14章-1 过渡金属元素通性
第一过渡系元素 Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu (第4周期) 第二过渡系元素 Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag (第5周期) 第三过渡系元素 La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au (第6周期) 第四过渡系元素 Ac、Rf、Db、Sg、Bh、Hs、Mt、Ds、Rg (第7周期)
二、电离能与氧化态
MnO4- 强氧化性，ReO4-无氧化性，稳定
二、电离能与氧化态
主族元素
在 族 中 自 上 而 下 低 氧 化 态 趋 于 稳 定
Tl+、 Pb2+、Bi3+ 稳定
三、原子半径和单质的物理性质
原子半径
同一周期自左向右，原子半径依次减小，但变化缓慢。同一族自 上而下，原子半径增大，但镧系收缩使得第二、三过渡系半径十 分接近。原子半径是影响单质物理性质的主要因素之一。
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
第14章-1 过渡金属元素通性
104 105 106 107 108 109 110 111
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
第14章-1 过渡金属元素通性
Rf
1969
Db
前苏联杜布纳 联合核子研究所
1968
英国核物理学家 卢瑟福
Sg
1974 1988
Bh
美国核化学家 西博格
丹麦科学家 玻尔
第14章-1 过渡金属元素通性
一、原子的电子层结构
过渡元素原子的价电子层结构
元素
Sc
Ti
3d24s2
V
3d34s2
Cr
3d54s1
Mn
3d54s2Βιβλιοθήκη Baidu
Fe
3d64s2
Co
3d74s2
Ni
3d84s2
Cu
3d104s1
价电子 3d14s2 层结构
元素
价电子 层结构
Y
La
Zr
Hf
Nb
4d45s1
Mo
4d55s1
Tc
4d55s2
Ru
4d75s1
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:
3. Cu的第二电离能在第一过渡系元素里最大，所以 Cu+ (d10 全充满)离子比其他过渡金属的一价离子都稳定。 Cu2+ 和 Ni2+ 难于被氧化成三价，因为它们的第三电离能 最高；
水溶液中离子的氧化还原性与离子存在形式有关：例如 Co3+在水溶液中不稳定，很容易被还原成Co2+离子，但 [Co(NH3)6]3+ 配离子在水溶液中却相当稳定，难以被还原， 其配离子稳定化能大，因其E Ө降低了；
三、原子半径和单质的物理性质
原子半径变化不大原因：
过渡元素d 轨道未填充满，对核电荷的屏蔽作用小，但有 效核电荷依次增大，所以原子半径依次减小；到Cu 族 d 轨道填满，全充满的d10轨道屏蔽能力较大，所以Cu族的 原子半径略有增大；
原子半径对物理性质的影响：
同一主族碱金属原子半径依次大，导致碱金属的密度、硬 度都变小，熔沸点低；过渡金属都有较小的原子半径，较 大的相对原子质量，s电子和d电子都参加成键，故金属键 强，导致密度大、硬度大，熔沸点高；
Rh
4d85s1
Pd
4d10
Ag
4d105s1
4d15s2 4d25s2
元素
价电子 层结构
Ta
5d36s2
W
5d46s2
Re
5d56s2
Os
5d66s2
Ir
5d76s2
Pt
5d96s1
Au
5d106s1
5d16s2 5d26s2
价电子构型为(n-1)d1-10 ns1-2 (n≥4)，特点：未充满的d 和s 轨道 ( Pd 和Cu族除外)，价电子构型类似，性质相似。
2. 掌握Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)化合物的酸碱性、氧化还原性以 及Cr2O72-和CrO42-之间相互转化关系； 3. 掌握Mn(Ⅱ) 、Mn(Ⅳ)、 Mn(Ⅵ)和Mn(Ⅶ)重要化合物的 性质以及各价态锰之间相互转化关系；
4. 掌握Fe、Co、Ni的+2、+3氧化态稳定性规律以及反应 性上的差异；熟悉它们的重要配合物；
5. 掌握Cu、Ag单质及其重要化合物、配合物性质；
6. 了解Ti、V、Pt、 Au及其重要化合物性质；
第14章-1 过渡金属元素通性
教学内容：
一、原子的电子层结构 二、电离能与氧化态 三、原子半径和单质的物理性质 四、单质的化学性质 五、成键特征 六、化合物的酸碱性和离子颜色 七、过渡元素的配位性和磁性 八、过渡元素的氧化还原性 九、过渡元素的催化性 十、单质的一般制备方法
Hs
1984
达姆斯塔特重 离子研究所的 所在地黑森州
Mt
1982
奥地利核物理学家 迈特纳
Ds
1994
德国达姆斯塔 特重离子研究 所所在城市名
Rg
1994
德国物理学家 伦琴
第14章-1 过渡金属元素通性
教学要求：
1. 熟悉过渡金属元素电子层结构特点与其性质变化规 律的关系；熟记9个直列36个元素的符号和名称；
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；
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；
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；
第14章-1 过渡金属元素通性
第一过渡系元素 Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu (第4周期) 第二过渡系元素 Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag (第5周期) 第三过渡系元素 La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au (第6周期) 第四过渡系元素 Ac、Rf、Db、Sg、Bh、Hs、Mt、Ds、Rg (第7周期)
二、电离能与氧化态
MnO4- 强氧化性，ReO4-无氧化性，稳定
二、电离能与氧化态
主族元素
在 族 中 自 上 而 下 低 氧 化 态 趋 于 稳 定
Tl+、 Pb2+、Bi3+ 稳定
三、原子半径和单质的物理性质
原子半径
同一周期自左向右，原子半径依次减小，但变化缓慢。同一族自 上而下，原子半径增大，但镧系收缩使得第二、三过渡系半径十 分接近。原子半径是影响单质物理性质的主要因素之一。
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
第14章-1 过渡金属元素通性
104 105 106 107 108 109 110 111
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
第14章-1 过渡金属元素通性
Rf
1969
Db
前苏联杜布纳 联合核子研究所
1968
英国核物理学家 卢瑟福
Sg
1974 1988
Bh
美国核化学家 西博格
丹麦科学家 玻尔
第14章-1 过渡金属元素通性
一、原子的电子层结构
过渡元素原子的价电子层结构
元素
Sc
Ti
3d24s2
V
3d34s2
Cr
3d54s1
Mn
3d54s2Βιβλιοθήκη Baidu
Fe
3d64s2
Co
3d74s2
Ni
3d84s2
Cu
3d104s1
价电子 3d14s2 层结构
元素
价电子 层结构
Y
La
Zr
Hf
Nb
4d45s1
Mo
4d55s1
Tc
4d55s2
Ru
4d75s1
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:
3. Cu的第二电离能在第一过渡系元素里最大，所以 Cu+ (d10 全充满)离子比其他过渡金属的一价离子都稳定。 Cu2+ 和 Ni2+ 难于被氧化成三价，因为它们的第三电离能 最高；
水溶液中离子的氧化还原性与离子存在形式有关：例如 Co3+在水溶液中不稳定，很容易被还原成Co2+离子，但 [Co(NH3)6]3+ 配离子在水溶液中却相当稳定，难以被还原， 其配离子稳定化能大，因其E Ө降低了；
三、原子半径和单质的物理性质
原子半径变化不大原因：
过渡元素d 轨道未填充满，对核电荷的屏蔽作用小，但有 效核电荷依次增大，所以原子半径依次减小；到Cu 族 d 轨道填满，全充满的d10轨道屏蔽能力较大，所以Cu族的 原子半径略有增大；
原子半径对物理性质的影响：
同一主族碱金属原子半径依次大，导致碱金属的密度、硬 度都变小，熔沸点低；过渡金属都有较小的原子半径，较 大的相对原子质量，s电子和d电子都参加成键，故金属键 强，导致密度大、硬度大，熔沸点高；
Rh
4d85s1
Pd
4d10
Ag
4d105s1
4d15s2 4d25s2
元素
价电子 层结构
Ta
5d36s2
W
5d46s2
Re
5d56s2
Os
5d66s2
Ir
5d76s2
Pt
5d96s1
Au
5d106s1
5d16s2 5d26s2
价电子构型为(n-1)d1-10 ns1-2 (n≥4)，特点：未充满的d 和s 轨道 ( Pd 和Cu族除外)，价电子构型类似，性质相似。
2. 掌握Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)化合物的酸碱性、氧化还原性以 及Cr2O72-和CrO42-之间相互转化关系； 3. 掌握Mn(Ⅱ) 、Mn(Ⅳ)、 Mn(Ⅵ)和Mn(Ⅶ)重要化合物的 性质以及各价态锰之间相互转化关系；
4. 掌握Fe、Co、Ni的+2、+3氧化态稳定性规律以及反应 性上的差异；熟悉它们的重要配合物；
5. 掌握Cu、Ag单质及其重要化合物、配合物性质；
6. 了解Ti、V、Pt、 Au及其重要化合物性质；
第14章-1 过渡金属元素通性
教学内容：
一、原子的电子层结构 二、电离能与氧化态 三、原子半径和单质的物理性质 四、单质的化学性质 五、成键特征 六、化合物的酸碱性和离子颜色 七、过渡元素的配位性和磁性 八、过渡元素的氧化还原性 九、过渡元素的催化性 十、单质的一般制备方法
Hs
1984
达姆斯塔特重 离子研究所的 所在地黑森州
Mt
1982
奥地利核物理学家 迈特纳
Ds
1994
德国达姆斯塔 特重离子研究 所所在城市名
Rg
1994
德国物理学家 伦琴
第14章-1 过渡金属元素通性
教学要求：
1. 熟悉过渡金属元素电子层结构特点与其性质变化规 律的关系；熟记9个直列36个元素的符号和名称；
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；