第一过渡系元素(二)
无机分析12第十六章d区元素
Fe2+
浅绿色
Co2+
酒红色
Ni2+
绿色
Cu2+
蓝色
Zn2+
无色
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许多二价过渡元素金属离子 M 2+ (aq)的 颜色与d-d 跃迁或 f-f 跃迁有关。这种 跃迁发生在金属离子本身，通常强度都 很弱，不能解释无机颜料的颜色。副篇 介绍了荷移跃迁和价层间跃迁。
第一过渡系金属水合离子的颜色
●熔点、沸点高
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。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。 熔点最高的单质： 钨(W) 3683±20℃
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(4)
金属元素的电极电势
φθ的单位为V
元素
Ca －2.87 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu 0.34 Zn －0.76
φθ(M2＋/M)
Φθ (M3+／M2+)
－ －1.63 －1.18
－0.91 －1.18 －0.44 －0.28 －0.23
－
－
－0.37 －0.256 －0.41 +1.51
d 电子组态 M2+(aq)
d1 d2 Sc2+ Ti2+
d3 d4 V2+ Cr2+
d5 d6 d7 Mn2+ Fe2+ Co2+
d8 d9 d10 Ni2+ Cu2+ Zn2+
稳 定 性 增 大
实验二十四：第一过渡系元素（二）（铁、钴、镍）
实验二十四：第一过渡系元素（二）（铁、钴、镍）〔实验目的〕1.试验并掌握二价铁、钴、镍的还原性和三价铁、钴、镍的氧化性；2.试验并掌握铁、钴、镍配合物的生成及性质。
〔实验原理〕铁、钴、镍的高氧化态化合物多是以含氧酸盐或配盐形式存在，如Na2FeO4、K3CoO4、K2NiF6，这类化合物在水溶液中都是不稳定的。
一、铁的化合物1．铁的化合物铁有3种氧化物，红棕色的氧化铁，黑色的氧化亚铁和黑色的四氧化三铁。
它们都不溶于水，灼烧后的氧化铁不溶于酸，氧化亚铁能溶于酸。
四氧化三铁是二价铁和三价铁的混合型氧化物，具有磁性。
铁化合物列于下表中：物质颜色和状态性质FeCl3黑褐色晶体以共价键为主的化合物，它的蒸气为双聚分子Fe2Cl6。
Fe(NO3)3 = Fe2O3 + 6NO2 + 3/2O2 (600～700ºC) Fe(NO3)3•H2O 淡紫色晶体 2FeCl2•4H2O 淡蓝色晶体在空气中易被氧化为草绿色FeSO4•7H2O 淡绿色晶体加热分解为三氧化硫，水溶液易被氧化。
(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O 绿色晶体摩尔氏盐，在潮湿空气和水溶液中较稳定。
2．溶液中Fe(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)的反应⑴溶液中Fe3＋的重要反应还原剂如I-，SO2，H2S，Sn2+，Fe，Cu，等――――――――――――――――→ Fe2+OH-Δ⇌ Fe(OH)3(s)（棕色）→ Fe2O3NH3•H2O———→ Fe(OH)3(s)（棕色）NH3•H2O+NH4Cl——————→ Fe(OH)3(s)（棕色）Fe2+(NaOH,80ºC) O2——————→ Fe3O4• x H2O → Fe2O3CO32-ClO-——→ Fe(OH)3——→ FeO42-NH3•H2O+(NH4)2S H+――――――→Fe2O3(黑色)―→ FeS(黑色)H2S――→Fe2+ + SNCS-过量F－――→[Fe(NCS)]2+(血红色)―→ [FeF6]3-(无色)[Fe(CN)6]4-+ K+――――――→ [KFe(CN)6Fe]x(蓝色)K2C2O4(浓)，加热――――――→ [Fe(C2O4)3]3-(黄色)不稳定，见光分解⑵溶液中Fe2＋的重要反应氧化剂如Cr2O72-，浓HNO3等―――――――――――→ Fe3+OH-O2⇌ Fe(OH)2(s)（纯白色）→Fe(OH)3(s)（棕色）NH3•H2O――→ Fe(OH)2(s)（纯白色）NH3•H2O+NH4Cl――――――→无沉淀CO32-H2O + CO2 O2――→ FeCO3（白色）――→ Fe(HCO3)2―→Fe(OH)3(s)(NH4)2S―――→ FeS(黑色)NO――→[Fe(NO)( H2O)5]2+( 棕色)H2O2 +过量F－―――――→ [FeF6]3-(无色)NCS-――→无溶液、无颜色CN-过量CN-Cl2―→Fe(CN)2(s) (白色) ――→[Fe(CN)6]4-――→[Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]3-+ K+――――――→ [KFe(CN)6Fe]x(蓝色)二、钴的化合物1. 钴的化合物钴的氧化物与铁的氧化物类似，为暗褐色的Co2O3•xH2O和灰绿色的CoO。
过渡金属元素类型与应用
• 过渡元素是指长周期表中d区和ds区元素，在周期 表中包括IIIB族~IIB族。通常按同元素的性质相 近把过渡元素分成三个系列。
族
周期
IIIB IVB VB VIB VIIB
第一过渡系 Sc Ti V Cr Mn
VIIIቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Fe Co Ni
IB IIB Cu Zn
第二过渡系 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
-0.44 -0.277
稀HCl 稀HCl H2SO4 等
等 (缓慢)
-0.257
稀H2SO4 HCl等
Cu
0.34
浓 H2SO4
Zn -0.7626 稀HCl H2SO4等
值同I其。I一I可B活第族周溶泼一是期于性过过迅元非减渡渡速素氧元弱氧系从素化化金左中，性属过到最渡与稀金除活右属水酸元C泼素作总u类置的型用外趋和换金应释,势用出E属放E，氢(出MS(氢气Mc2+、气。/2M+Y/M、)均L)增为a 能大负
（2）水合离子的颜色 • 过渡金属的水合离子、含氧酸根离子和配离子常
是有颜色的，与此相反，主族金属的相应离子是 无色的。 • 过渡元素的离子通常在d轨道上有未成对电子，这 些电子的基态和激发态的能量比较接近，一般只 要是可见光中的某些波长的光就可使电子激发， 这些离子大都具有颜色。
过渡金属元素类型和应用
过渡元素熔点、沸点的递变规律是自IIIB至VIB依次升 高，VIB族金属的熔点、沸点最高，VIIB族以后逐渐 降低，IIB族已是低熔点金属，汞的熔点（234.13K） 最低。VIB族的铬硬度过最渡金大属元（素类9型）和应。用
IVB~VIIB族元素的单质具有高熔、沸点、高硬度的原 因，主要是它们的原子半径较小，有效核电荷较大， 价电子层有较多的未成对d电子（铬有5个），这些d电 子也参与成键，因而增过渡强金属了元素金类型属和应的用 强度和晶格能。
第一过渡系元素(二)——铁、钴、镍
第一过渡系元素（二）——铁、钴、镍铁、钴、镍是第一过渡系元素中应用广泛的三种金属。
它们都具有相似的化学性质和金属特性，因此在很多方面都有类似的应用。
下面我们就来看看这三种金属的特性和应用。
铁（Fe）是地球上广泛存在的元素，人类使用铁的历史已经有几千年了。
铁是一种重要的结构材料，它的强度和硬度很高，并且具有很好的可塑性和可焊性。
此外，铁还有很好的耐腐蚀性能。
由于其性能稳定、价格低廉，因此广泛应用于制造汽车、船舶、建筑等领域。
此外，铁还应用于电力行业，比如铁芯变压器核心、电缆等。
铁还是一种重要的磁性材料，被广泛应用于制作各种永磁体。
钴（Co）是一种稀有金属，它具有高强度、高耐磨性、高熔点等特性，因此被广泛应用于军工、航空航天等领域。
钴还是一种重要的磁性材料，被广泛用于制作磁记录材料、计算机硬盘等。
钴还被广泛应用于医疗行业，如制作人工骨骼、人工关节等。
钴的化合物被用作化学反应催化剂、生物体内一些酶的结构成分等。
镍（Ni）是一种有色金属，与铁、钴类似，具有高强度、高耐腐蚀性、高温性等特性。
镍是一种重要的合金元素，被广泛用于制造高强度的合金钢、高温合金、耐腐蚀合金等。
比如，合金钢通常采用镍铬或镍铬钼合金，具有较高的强度和硬度，广泛应用于汽车、船舶、机械制造等领域。
此外，镍还被广泛应用于电镀行业，用于制作各种饰品、厨房用具、电器外壳等。
镍的化合物也被广泛用作催化剂、电池材料等。
除了以上的应用，铁、钴、镍还有很多重要的应用，如铁和镍被用于生产不锈钢、硬质合金等材料，钴被用于生产永磁体、高温涂层等材料。
此外，在新能源、电子信息、医疗等领域，铁、钴、镍的应用也越来越广泛。
总之，铁、钴、镍是第一过渡系元素中应用广泛的三种金属，它们的性质相似，应用领域也有很大的交叉。
随着科技的不断发展和应用需求的不断变化，铁、钴、镍的应用也会不断扩展和深化。
实验二十三第一过渡系元素(钛、钒、铬、锰)
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钒（V）
物理性质
钒是一种银灰色的过渡金属，具有体心立方 晶体结构。
化学性质
钒的化学性质较为活泼，可以与氧、卤素等非金属 元素反应。此外，钒还可以形成多种氧化物和盐类 。
用途
钒主要用于钢铁工业中，作为合金元素可以 提高钢的强度、韧性和耐磨性。同时，钒在 化学、陶瓷等领域也有应用。
铬（Cr）
物理性质
酸碱反应
这些元素都能与酸反应生成相应的盐和氢气，同时也能与碱反应生成 相应的氢氧化物和氢气。
用途及应用领域
钛
由于钛具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，它被广泛 应用于航空、航天、化工等领域。此外，钛及其合金在医 疗器械、珠宝首饰等方面也有应用。
铬
铬是重要的合金元素之一，可以提高钢的硬度、耐磨性和 耐腐蚀性。同时，铬也是电镀、颜料和催化剂等领域的重 要原料。
锰是一种银白色的过渡金属，具有脆性，易氧化。
化学性质
锰属于较活泼的金属，可以与氧、卤素等反应。锰的氧化物具有多 种颜色，可用于制造颜料和玻璃等。
用途
锰主要用于钢铁工业中，作为合金元素可以提高钢的强度、硬度和 耐磨性。同时，锰还用于制造电池、陶瓷和农药等领域。
Part
03
实验方法与步骤
实验材料准备
实验二十三第一过渡系 元素钛、钒、铬、锰
• 引言 • 第一过渡系元素概述 • 实验方法与步骤 • 实验结果与分析 • 第一过渡系元素性质探讨 • 实验总结与反思
目录
Part
01
引言
目的和背景
探究第一过渡系元素钛、 钒、铬、锰的物理和化学 性质。
了解这些元素在自然界中 的存在形式、提取方法和 应用领域。
过渡金属元素
过渡元素的通性
一、价电子构型
通式：(n-1)d1~9 ns1~2
中性原子的原子轨道能量随原子序数的变化：n 和 l 竞争。 例外：Z = 24，41 ~ 46： “能量最低原理” 24 Cr 3d54s1 不是 3d44s2 41 Nb 铌 4d45s1 不是 4d35s2 42 Mo 4d55s1 不是 4d45s2 43 E4 d < E5 s Tc 锝 4d65s1 不是 4d55s2 44 Ru 钌 4d75s1 不是 4d65s2 45 Rh 铑 4d85s1 不是 4d75s2 46 Pd 钯 4d105s0 不是 4d85s2
（二）同一副族原子半径：第四周期元素 < 五 ~ 六
四、第一电离能I1的变化
影响电离能因素
Z* ↗，I1 ↗ r ↗，I1 ↘ (Z*、r 竞争)
（一）同一周期：
r↘，Z ↗，I1 和（I1+I2）↗，(总趋势)
*
左
右
（二）同一副族：
原子半径 r 第四周期 ^ 第五周期 ∫ 第六周期 图 7-1 第一、二、三过渡系列金属元素第一电离能变化 ^ ^ ^ 有效核电荷 Z* 第一电离能 I1 交错(基态电子构型不同)
显然 CH + ↗ 有利于缩合，形成多酸。
同多酸：同一种含氧酸分子缩合而成 如：H2Mo4O13（四钼酸） 10W12O41 ，H 杂多酸：两种不同含氧酸分子缩合而成
多酸
(十二钨酸)
如：
H3[PMo12O40] H3[P W12O40] H4[SiMo12O40] H4[Si W12O40]
十二铂磷杂多酸 十二钨磷杂多酸 十二钼硅杂多酸 十二钨硅杂多酸
m
=
n( n 2) B.M .
第22章 过渡元素(
Ti3+为d1构型离子，呈紫色，具有较强的还原性，比Sn2＋强
2TiCl4 +
H2 = 2TiCl3 + 2HCl
2TiCl4 + Zn = 2TiCl3 + ZnCl2 2Ti+ 6HCl = 2TiCl3 + 3H2
TiCl3的热稳定性 > 723K TiCl3 → TiCl4＋TiCl2
2-+2H+
H+ Cr O 2-+H O 2 7 2 OH 橙红色 pH<2
分析中常用来 测定铁的含量
2K2Cr2O7+3C2H5OH+8H2SO4 = 3CH3COOH+2Cr2(SO4)3+2K2SO4+11H2O
此反应用于检验司机是否酒后开车
颜色：
紫色
蓝绿色
绿色
配离子： [Cr(NH3)3(H2O)3]3+ [Cr(NH3)6]3+ 颜色 ： Cr3+、Al3+、 粉红 Cr3+ 氢氧化物两 性，易形成 配合物 黄色 Al3+ 氢氧化物两 性，难形成 配合物 Fe3+ 氢氧化物弱碱 性，易形成配 合物
Fe3+的差别
盐与重铬酸盐
CrO4 黄色 pH>6
黄色
[V(O2)]3+＋H2O2＋2H2O
红棕色
3）低价 钒酸盐
在钒酸盐的酸性溶液中加 入还原剂(如锌粉)，可得 到低价的钒酸盐：
2Na3VO4＋12HCl＋Zn==2VOCl2(蓝色)＋ZnCl2＋6NaCl＋6H2O Na3VO4＋8HCl＋Zn==VCl3(绿色)＋ZnCl2＋3NaCl＋4H2O 2Na3VO4＋16HCl＋3Zn==2VCl2(紫色)＋3ZnCl2＋6NaCl＋8H2O
过渡元素(2)
(4)在碱性溶液中,低氧化态的Fe,Co,Ni有一定程度的还原性; (5)单质无论在酸性或碱性介质中都有较强的还原性. 二,铁系元素离子的存在形式及常见反应 1,常见化合物 2,常见反应:稳定性,水解性,氧化还原性
表:铁系元素的常见化合物
氧化值 氧化物 +2 FeO黑,CoO灰绿 黑 灰绿 NiO暗绿 暗绿 氢氧化物 Fe(OH)2白, Co(OH)2粉红 Ni(OH)2浅绿 FeSO47H2O淡绿 淡绿 (NH4)2Fe(SO4)3H2O绿, 绿 CoCl26H2O粉红 粉红 NiSO47H2O绿 绿 +3 砖红, Fe2O3砖红,Co2O3黑, Ni2O黑 黑 Fe(OH)3棕红, 棕红, Co(OH)3棕, Ni(OH)3 黑 FeCl3 黑褐
三,铁系元素的配合物 1,氨合物 2,氰合物 3,硫氰配合物 下页表:铁系元素的常见配离子
�
[Fe(H2O)6 ]3+ + H2O = [Fe(OH )(H2O)6 ]2+ + H3O+ H 2[Fe(H2O)6 ]3+ = [(H2O)4
F O e F O H e
(H2O)4 ] + 2H2O
[Fe(OH )(H2O)5 ]2+ + [Fe(H2O)6 ]3+ = [(H2O)5 Fe OH Fe(H2O)5 ]5+ + H2O
的形状.具有这种特殊功能的材料在导弹,航空航天,石 油化工,机械仪器仪表,汽车等领域有广泛的应用前景. 20世纪60年代首次发现Ni-Ti合金具有非常独特的形状记忆 效应.美国设计的一种用Ti-Ni合金做的新式宇宙飞船天 线,在室温下该天线可以折叠成线团,便于发射,当飞船 升至高空时,温度升至77°C以上,天线即可自动打开. 本族元素价电子构型3d6-84s2,共用的常见氧化态为+2, +3,Fe最高为+6,Ni最高为+4. *铁系元素的元素电势图 (1)酸性溶液中,Fe2+,Co2+和Ni2+是元素的最稳定状态; (2)Fe(VI),Co(III),Ni(IV)在酸性溶液中是强氧化剂; (3)在碱性溶液中,Fe(III),Co(II),Ni(II)是各元素可以被空气中的氧所 氧化,例如:绿矾在空气中可逐渐失去部分结晶 水,同时晶体表面有黄褐色的碱性硫酸铁生成.
过渡元素
通性
六、配合性 配合能力强，易形成一系列配合物， 配合能力强，易形成一系列配合物，因d轨道不满 轨道不满 而参加成键时易形成内轨型配合物。 而参加成键时易形成内轨型配合物。 它们的电负性较大， 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。 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 中心离子半径在 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。 现的较突出，主要表现在配位体交换慢，有些很慢。 在水溶液中长期放置： 在水溶液中长期放置 如：CrCl36H2O在水溶液中长期放置：
过渡元素
通 性 钛 分 族 钒 分 族 铬 分 族 锰 分 族 铁 系 元 素 铂 系 元 素 本 章 要 求
通性
IIIB IVB VB VIB VIIB 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn VIII 26 Fe 27 Co 28 Ni
45 Rh 46
第一过渡 系元素
钪 钛
Y
钛分族
3、加热煮沸Ti(SO4)2和TiOSO4 、加热煮沸 Ti(SO4)2+H2O===TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+H2O===H2TiO3↓+H2SO4 4、分离煅烧 、 H2TiO3===TiO2+H2O 5、碳氯法 、
1000-1100K TiO2+2C+2Cl2======TiCl4+2CO
[Cr(H2O)4Cl2]+(绿色 绿色)+H2O [Cr(H2O)5Cl]2+(浅绿色 浅绿色)+Cl绿色 浅绿色 [Cr(H2O)5Cl]2++H2O [Cr(H2O)6]3+(蓝紫色 蓝紫色)+Cl蓝紫色
过渡元素性质与电子结构
过渡元素性质和电子结构
23-1 引言
问题： 1. 过渡元素包括周期表中的哪些元素？它们具
有哪些共同性质？ 2. 过渡元素的价层电子结构有何特征？
过渡元素性质和电子结构
23-1 引言
1. 过渡元素包括周期表中的哪些元素？它们 具有哪些共同性质？
过渡元素性质和电子结构
过渡元素性质和电子结构
能与空气、水、稀酸等反应. (2) 第一过渡系元素比较活泼，除V外，均能与稀
酸反应置换出氢。
过渡元素性质和电子结构
23-2 第一过渡系元素的基本性质
(3) 第二、第三过渡系元素不活泼(ⅢB族例外) 均不能与稀酸反应，W和Pt不与浓硝酸反 应，但溶于王水，Nd、Ta、Ru、Rh、 Os、Ir等不与王水反应。
过渡元素性质和电子结构
23-2 第一过渡系元素的基本性质
4. 过渡元素氧化物的酸碱性变化规律与主族金 属比有何相似和不同？
相似性：变化规律相似。 （1） 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。 Mn2O7 MnO3 MnO2 Mn2O3 MnO 强酸性 酸性 两性 弱碱性 碱性
过渡元素性质和电子结构
熔点变化示意图 过渡元素性质和电子结构
23-2 第一过渡系元素的基本性质
3．过渡元素在氧化态表现及其变化规律有何特 征？与s区和p区元素比在氧化态表现和变化 规律上有何不同？
过渡元素性质和电子结构
元 素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni
过
+Ⅱ Ⅱ +Ⅱ +Ⅱ +Ⅱ +Ⅱ +Ⅱ
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ +Ⅶ +Ⅷ
实验七 第一过渡系元素 (钛、钒、镉、锰)
实验七第一过渡系元素 (钛、钒、镉、锰)第一过渡系元素是指周期表中第3到第12族元素，它们拥有类似的电子结构和化学性质，具有宽广的应用前景。
其中，钛、钒、镉、锰是较为常见的第一过渡系元素，本篇文章将介绍这些元素的基本性质、应用领域以及相关实验。
一、钛(Ti)钛是一种银白色、质地轻巧的金属，熔点高达1670℃，具有较高的强度和耐腐蚀性。
由于其优良的物理和化学性质，钛被广泛应用于航空、航天、能源、汽车、医药等领域。
目前，钛制品已成为高端制造业的主要材料之一。
钛的化学性质活泼，易于形成氧化物。
在实验中，常用Na2TiO3或K2TiO3作为钛标准溶液，通过络合滴定法测定样品中的钛含量。
此外，钛还可以与硫酰化剂反应，生成具有深色化合物，可以用于反应的定量分析。
二、钒(V)钒是一种银灰色金属，化学性质活泼。
钒元素存在于许多矿物中，主要产地为俄罗斯、中国和南非等地。
钒是重要的合金元素，可以提高钢的韧性和耐磨性。
此外，钒也可以用于生产电池和电导管等。
钒的分析方法比较复杂。
在实验中，可以通过还原-氧化反应测定样品中钒的含量。
首先，将样品转化为VO2+，然后将VO2+还原为V2+，最后再进行氧化反应。
三、镉(Cd)镉是一种银灰色金属，属于类锌金属。
长期以来，镉被广泛用于电池、电子器件、涂料、塑料等领域。
然而，由于其高毒性和紫外线敏感性，镉已被列入高毒性元素之列。
在实验中，可以用电化学或原子吸收光谱法测定样品中的镉含量。
电化学分析时，将样品置于电极中，然后进行电位扫描，以测定镉的还原电位。
原子吸收光谱法则是将样品原子吸收到特殊的光源中，测量其吸收的光谱信号，以得到镉的含量。
四、锰(Mn)锰是一种灰黑色的金属，具有较高的硬度和抗腐蚀能力。
由于其良好的物理和化学性质，锰被广泛应用于铁合金、电池、合成橡胶、开本工业等领域。
在实验中，可用酸碱滴定法测定锰的含量。
首先，将锰溶解为Mn2+，然后加入过量的氧化还原剂，使Mn2+被氧化为MnO4-。
第一过渡系元素
实验步骤
铬的化合物的重要性质
1 铬（Ⅵ）的氧化性 Cr2O72-转变为Cr3+。 在约5mL重铬酸钾溶液中加入少量选择性 还原剂，观察溶液颜色，（如果现象不 明显，该怎么办？）写出方程式（保留 溶液供下面实验3用）。
Cr2O72-+ 3SO32-+8H+=2 Cr3++3SO42-+4H2O Cr2O72-+6Fe2++14H+= 2 Cr3++6Fe3++7H2O
Mn(OH)2+2H+=Mn2++2H2O
第四份：滴加0.2mol•L-1 NaOH溶液，迅速加入2mol•L-1 NH4Cl溶液，沉淀是否溶解？
Mn(OH)2+2NH4+=Mn2++2NH3+2H2O
实验步骤
(1)Mn2+的氧化 试验硫酸锰与次氯酸钠溶液在酸， 碱性介质中的反应。比较Mn2+在何介质中易氧 化。
2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO++4H+ MnO2+SO32-+2H+=Mn2++SO42-+H2O
（2） 往盛有少量二氧化锰固体的试管中加入 2mL浓硫酸，加热，观察反应前后颜色。有何 气体产生？写出方程式。
2MnO2+2H2SO4(浓)=2MnSO4+O2 +2H2O
实验步骤
高锰酸钾的性质
实验步骤
2 铬（Ⅵ）的缩合平衡 Cr2O72-与CrO42-的相互转化。 2CrO42-+2H+= Cr2O72-+H2O
实验二十四第一过渡系元素(二)(铁、钴、镍)
生成铁蓝。
鉴定Fe3+离子的反应：
4Fe3++3[Fe(CN)6]4-=Fe4[Fe(CN)6]3
（４）FeCl3溶液中加入氨水，直至过量
得到棕红色沉淀；加入过量氨水，沉淀不消失；
Fe3+在氨水中不能得到配合物，只得到沉淀：
Fe3++3OH-=Fe(OH)3
c.加入Cl2水很快被氧化：
4Co(OH)2+O2+2H2O=4Co(OH)3(棕色或褐色)
2Co(OH)2+Cl2+2NaOH=2Co(OH)3+2NaCl
３ 镍(II)的还原性
NiSO4溶液中加入NaOH，所得沉淀分成两份。一份在空气中放置，另一份加入Cl2水。
a.Ni2+?溶液中加入NaOH后，得到绿色沉淀。
总：
铁、钴、镍的主要化合价为＋２和＋３。
其中＋２氧化态具有还原性，＋３氧化态具有氧化性。
通常，酸性条件下的氧化能力增加；碱性条件下物质还原能力增加；
配合物的形成能够在较大的程度上能改变元素电对的电极电势；
还原性增强
Fe(II)
Co(II)
Ni(II)
Fe(III)
Co(III)
Ni(III)
氧化性增强
Fe3++nSCN-=[Fe(SCN)n]3-n(n=1~6)
（２）碱性介质：除去空气的酸性Fe2+溶液中缓慢加入３mL6molL-1的NaOH。沉淀留一段时间观察
首先观察到白色沉淀，放置，沉淀很快变成棕红色，其中可以观察到白－灰绿－黑色－棕红的颜色变化
Fe2+生成了氢氧化物沉淀Fe(OH)2为白色。Fe(OH)2的还原性很强，很容易被空气氧化生成Fe(OH)3而呈红棕色。期间可以观察到一系列颜色变化。中间产物Fe(OH)2.2Fe(OH)3为黑色
过渡金属元素介绍
8.4~8.0
8.0~3.0
颜色 无
无
黄
红棕
[H V O ] H
4- H
2 10 28
V O VO H 2 5 (s)
+ 2 （aq）
pH
3.0~2.0 H+反极化 2.0~1.0
1.0
作用
颜色
红棕
红棕
黄
要求记忆：
VO 多钒酸盐， 且聚合度↑ V O ↓ VO 3- H
4
H
H
+
2 5
2
强碱性溶液
三、钒的化合物
V 的价电子构型为：4s23d3，主要化合价 +2、+3、+4、+5最常见的是+5，存在形 式VO2+ 、 VO43-
1、钒的氧化物
VO（黑色）、V2O3（黑色）、VO2（深兰色）、V2O5（深红色）
碱性
两性
两性偏酸
V2O5制备
①、2NH4VO3==V2O5＋2NH3↑＋H2O↑ （△）
nbta钒的主要用途在于冶炼特种钢钒钢具有很大的强度弹性以及优良的抗磨和抗冲击的性能用于制造结构钢弹簧钢装甲钢和钢轨等是汽车和飞机的优良原料钢
本章介绍重点：
d区过渡元素中的Ti、V、Cr、 Mn、Mo、W，其它元素的性质
应与本族元素对比掌握。
第一过 渡系
第二过 渡系
第三过 渡系
ⅣB
Ti
Zr
Hf 主要矿物有
②、TiOSO4＋2H2O＝H2TiO3↓＋H2SO4
或Ti(SO4)2＋H2O＝TiOSO4＋H2SO4
③、H2TiO3==TiO2＋H2O（煅烧）
④、TiO2＋2C＋2Cl2==TiCl4＋CO↑（△）
过渡金属元素ppt课件
其中：ΦA / V
Cr2O72 -/ Cr3+
1.33
MnO4- / Mn2+
1.49
FeO42- / Fe2+ NiO42- / Ni2+
1.84 1.75
5
（三）氧化态的稳定性
2．同一族
高稳氧 氧定化 化性性 态↗↘
Ⅵ
CrO42-/Cr3+ MoO4-/M3+ WO42-/W3+
Ⅶ
MnO4-/Mn2+ TcO4-/Tc+3 ReO4-/Re3+
ⅢB ⅦB Ⅷ
+3 +7 +6 最高氧化态氧化性↗ 最高氧化态稳定性↘
低氧化态稳定性↗
例 第一过渡系列：
氧化性 稳定性
Sc3+ < TiO2+ < VO2+ < Cr2O72 - < MnO4- < FeO42Sc3+ > TiO2+ > VO2+ > Cr2O72- > MnO4- > FeO42-
例：r / pm 57 La 187.7, 71 Lu 173.5
Δr
187.7 173.5 = 71 57
≈ 1 pm
9
三、原子半径：
“镧系收缩”
——从 57 Ln – 71 Lu，随着原子序数递增，增加的电子进入 (n-2) f（即 4f）轨道(4f 0 ~145d 0~16s 2)；对于最外层 6s 电子而言，4f 电子位于次外层， Z*增加很小，因此
过渡金属元素
（ⅢB~ⅤⅢ族，d 区）
(n-1)d1~9 ns1~2 (例外 Pd 4d10 5s0 )
实验八---第一过渡系元素(铁、钴、镍)
实验八第一过渡系元素(二) (铁、钴、镍)
实验摘要:
为了了解铁、钴、镍的氧化还原性质和配合物特征，本实验用简单的方法完成了铁、钴、镍(Ⅱ、Ⅲ)氧化态的化合物的氧化还原及配合物实验。
结果表明铁、钴、镍(Ⅱ)均具有一定的还原性，并且依次减弱，而其(Ⅲ)氧化态化合物具有一定氧化性，且依次增强；铁、钴、镍(Ⅱ、Ⅲ)氧化态离子具有较强的形成配合物的能力，且与氨、硫氰根等能形成具有特殊颜色的配合物。
关键词:
铁(Ⅱ) 钴(Ⅱ) 镍(Ⅱ) 还原性铁(Ⅲ) 钴(Ⅲ) 镍(Ⅲ) 氧化性配合物
实验用品:
试管离心试管碘化钾淀粉试纸
实验内容:
一．铁(Ⅱ)、钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)化合物的还原性
二．铁(Ⅲ)、钴(Ⅲ)、镍(Ⅲ)化合物的氧化性
三．配合物的形成
1.铁的配合物
3.钴的配合物
4.镍的配合物
结果及讨论:
铁、钴、镍的氧化还原规律:二价氧化态均具有氧化性，其还原性依次减小，还原性受介质酸碱性影响，Fe2+无论在酸性介质还是碱性介质中均表现较强还原性，而Co2+、Ni 2+主要在碱性介质中表现还原性；Fe3+、Co3+、Ni 3+均具有一定的氧化性，其氧化性依次增强，Fe3+在酸性溶液中有中等氧化能力。
铁、钴、镍的配合物特征: Fe2+、Co2+、Ni 2+、Fe3+、Co3+、Ni 3+均具有较强的配位能力，主要形成四配位、六配位、八配位的配合物；不同配合物表现出特殊的颜色，配合物的电极电势降低，使得配合物氧化性低。
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实验二十四-第一过渡系元素(二)-铁钴镍
钴的配合物
(1)往盛有1mL CoCl2 溶液的试管中加入少量硫氰酸钾固体，观察 固体颜色。再加入0.5mL 戊醇于0.5mL 乙醚，观察水相与有机相 的颜色，该反应可鉴别Co2+。
Co2++4SCN-
[Co(NCS)4]2-(蓝色)
(2)往0.5mL CoCl2溶液中滴加浓氨水，至生成的沉淀刚好溶解为 止，静置一段时间后观察溶液颜色。
•
♦0.1 mol·L-1KI
•
♦0.1 mol·L-1KMnO4
•
♦NH4Cl
•
♦KSCN
•
♦(NH4)2Fe(SO4)2
四、实验步骤
♦(一) Fe(II)、Co(II) 、Ni(II)化合物的还原性
1 铁（Ⅱ）的还原性
酸性介质 往盛有0.5mL氯水的试管中加入3 滴6mol•L-1 H2SO4溶液，然后滴加
2Fe3++2I-=2Fe2++I2
♦(三) Fe Co Ni的配合物
• 铁的配合物
(1)往盛有1mL六氰合铁（Ⅱ）酸钾溶液的试管中 加入约0.5mL碘水，摇动试管后，滴入数滴硫 酸亚铁铵溶液，观察现象。此为Fe2+的鉴定反 应。
2[Fe(CN)6]3-+3Fe2+=Fe3[Fe(CN)6]2
(2)向盛有1mL新制（NH4）2Fe(SO4)2溶 液中加入碘水，摇动试管，将溶液分成 两份，各滴入数滴硫氰酸钾溶液，然后 向其中一支试管中加入约0.5mL 3% H2O2 溶液，观察现象。此为鉴定Fe3+的反应。
3 镍（Ⅱ）的还原性 用NiSO4溶液按2（1）（2）实验方法操作， 观察现象，第二份沉淀留作下面实验用。
过渡金属元素解析
族
周期
IIIB IVB VB VIB VIIB
第一过渡系 Sc Ti V Cr Mn
VIIIB Fe Co Ni
IB IIB Cu Zn
第二过渡系 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
离子中未配对的电子数
离子在水溶液中的颜色
0
Ag+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Sc3+、Ti4+（无色）
1
Cu2+（蓝色）、Ti3+（紫色）
2
Ni2Co2+（桃红色）
4
Fe2+（淡绿色）
5
Mn2+（淡红色）、 Fe3+ （浅紫色）①
① Fe3+在溶液中由于水解等原因，水溶液常呈现黄色或褐色。
族
周期
IIIB IVB VB VIB VIIB
第一过渡系 Sc Ti V Cr Mn
VIIIB Fe Co Ni
IB IIB Cu Zn
第二过渡系 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
第三过渡系 La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
原子结构特点：
➢随核电荷的递增，电子依次填充在次外层的d轨道上， 最外层有1~2个电子； ➢其价层电子构型为(n-1)d1~10ns1~2(Pd为4d105s0)
第三过渡系 La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
自左至右按族依次为：钪副族、钛副族、钒副族、铬 副族、锰副族、VIIIB族元素、铜副族和锌副族元素。 这些元素的(n-1)d能级正在填充，所以称为过渡元素。
第一过渡系元素实验报告
第一过渡系元素实验报告第一过渡系元素实验报告引言：过渡系元素是化学中的重要组成部分，其特殊的电子结构和性质使其在许多领域发挥着重要作用。
本实验旨在通过实际操作和观察，深入了解第一过渡系元素的性质和反应。
实验一：钛的还原性实验目的：通过观察钛在不同条件下的还原反应，探究其还原性质。
实验步骤：1. 取一小块钛片放入盛有稀盐酸的试管中，观察观察是否有气泡产生。
2. 将钛片放入盛有浓硫酸的试管中，观察是否有气泡产生。
3. 将钛片放入盛有浓硝酸的试管中，观察是否有气泡产生。
实验结果与讨论：在稀盐酸中，钛片没有产生气泡，说明钛不与稀盐酸反应。
而在浓硫酸和浓硝酸中，钛片都产生了大量气泡，说明钛与浓酸反应生成气体。
这表明钛具有较强的还原性，能够与浓酸发生反应，从而释放出氢气。
实验二：铬的氧化性实验目的：通过观察铬在不同条件下的氧化反应，探究其氧化性质。
实验步骤：1. 取一小块铬片放入盛有稀盐酸的试管中，观察是否有气泡产生。
2. 将铬片放入盛有浓硫酸的试管中，观察是否有气泡产生。
3. 将铬片放入盛有浓硝酸的试管中，观察是否有气泡产生。
实验结果与讨论：在稀盐酸中，铬片没有产生气泡，说明铬不与稀盐酸反应。
而在浓硫酸和浓硝酸中，铬片都产生了大量气泡，说明铬与浓酸反应生成气体。
这表明铬具有较强的氧化性，能够与浓酸发生反应，从而被氧化。
实验三：锰的催化性实验目的：通过观察锰在催化反应中的作用，探究其催化性质。
实验步骤：1. 取一小块锰片放入盛有稀硫酸的试管中，观察是否有气泡产生。
2. 将锰片放入盛有过氧化氢的试管中，观察是否有气泡产生。
实验结果与讨论：在稀硫酸中，锰片没有产生气泡，说明锰不与稀硫酸反应。
而在过氧化氢中，锰片产生了大量气泡，说明锰具有催化作用，能够促进过氧化氢的分解反应。
这表明锰具有较强的催化性，能够加速反应速率。
结论：通过本实验的操作和观察，我们深入了解了第一过渡系元素的性质和反应。
钛表现出较强的还原性，能够与浓酸反应生成氢气；铬表现出较强的氧化性，能够与浓酸反应被氧化；锰具有较强的催化性，能够促进反应速率的提高。
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实 验 内 容
3、配合物的生成和性质 、
（1）铁的配合物 ） a. [Fe(CN)6]4- ＋Fe3+ + K+ = KFe[Fe(CN)6] 黄血盐 普鲁士蓝
实 验 内 容
（3）镍的配合物 ） Ni2++ 2NH3H2O = Ni(OH)2↓绿 绿 Ni(OH)2 + 6 NH3 = [Ni(NH3)6]2+绿色 + 2OH[Ni(NH3)6]2+的稳定性实验
思 考 题
1、FeCl3遇什么溶液时显血红、浅绿、蓝色、 黑 、 遇什么溶液时显血红、浅绿、蓝色、 色、红棕色？设计“白纸显画”图。 红棕色？设计“白纸显画” 2、怎样鉴别Fe2+、Co2+、Ni2+ ？ 、怎样鉴别 3、 试从配合物的生成对电极电势的改变来解释 、 为什么Fe(CN)64- 能把 2 还原成 - ， 而 Fe2+ 则不能 ？ 则不能？ 为什么
实 验 内 容
2、铁（Ⅲ）、钴（Ⅲ）、镍（Ⅲ）的氧化性 、
(1) Fe(OH)3 +6HCl（浓）=2FeCl3 + 3H2O 2 （ (2) Co(OH)3 + 6HCl（浓）=2CoCl2+Cl2↑+6H2O （ 2 Ni(OH)3+6HCl（浓）=2NiCl2+Cl2↑+6H2O （ (3) 2 Fe3++2 I- =2 Fe2++I2 I2溶于 溶于CCl4呈紫红色
b．Fe2+2OH - = Fe(OH )2 ↓ 白色→灰绿 红棕 ． 白色 灰绿→红棕 灰绿 所以反应要除尽空气 4Fe(OH )2 +O2+2H2O = 4Fe(OH)3↓红棕 红棕
实 验 内 容
（2）钴(Ⅱ)）、镍(Ⅱ)的还原性 ） Ⅱ） Ⅱ 的还原性 a、CoCl2中滴加氯水 Co2+ ＋ Cl2≠无变化 、 NiSO4中滴加氯水 Ni2+ ＋ Cl2≠无变化 b、Co2++ Cl -+ OH -= Co(OH)Cl ↓蓝绿 、 蓝绿 Co(OH)Cl + OH -= Co(OH)2↓粉红 粉红 一份 4 Co(OH)2+O2+2H2O= 4 Co(OH)3棕色 另一份2 另一份 Co(OH)2+Cl2+2OH－=2 Co(OH)3↓棕+2Cl－ 棕 c、Ni2++2 OH－=Ni(OH)2↓绿色 、 绿色 2 Ni(OH)2+Cl2+2OH－=2Ni(OH)3黑色 黑色+2Cl－ Ni(OH)2+O2+H2O --- 不变化
[Fe(CN)6]3- ＋Fe2+ + K+ = KFe[Fe(CN)6] 赤血盐 滕士蓝
实 验 内 容
－ b、[Fe(CN)6]3- ＋I－ ≠ [Fe(CN)6]4－ ＋I2 、 ＋ Fe3＋ ＋I－ ＝ Fe2+ ＋I2 － [Fe(CN)6]4－ ＋I2 = [Fe(CN)6]3- ＋I－ ＋ Fe2+ ＋I2 ≠Fe3＋ ＋I－
c、Fe3++nSCN-=[Fe(SCN)n]3-n (n=1~6)血红色 、 血红色
实 验 内 容
（2）钴的配合物： ）钴的配合物： a、Co2++4SCN-=[Co(SCN)4]2、 在水中易解离，溶于丙酮或戌醇，在有机溶剂中较稳定。 在水中易解离，溶于丙酮或戌醇，在有机溶剂中较稳定。 b、Co2++ Cl -+ NH3H2O = Co(OH)Cl↓+ NH4+ 、 ↓+ Co(OH)Cl↓+ 6 NH3 = [Co(NH3)6]2+紫色 + OH- +Cl↓+ 4[Co(NH3)6]2+ + O2 + 2H2O = 4[Co(NH3)6]3+ 棕色 4OH棕色+ 不稳定， 不稳定，易被氧化
第一过渡系元素（ 第一过渡系元素（二） （铁、钴、 镍 ）
河南师范大学 化学实验教学中心
主 要 内 容
实验目的 实验内容 思考题
实 验 目 的
试验并掌握二价铁、钴、镍的还原 性和三价铁、钴、镍的氧化性。 试验并掌握铁、钴、镍配合物的生 成及性质。
实 验 内 容
1、铁(II)、钴(II)、镍(II)化合物的还原性 、 、 、 化合物的还原性 （1）铁的还原性 ） a． a．2Fe2++Br2=2Fe3++2 Br – 溴水褪色