过渡金属元素解析

+4 +5 +6 +4 +3
+2
+6
+7
第二过渡系 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
氧化数 +3 +4 +5 +6 +7 +4 +3 +2 +1 +2
第三过渡系 La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
氧化数
+3 +4 +5 +6 +7 +8 +3 +2 +1 +1 +4 +4 +3 +2
（2）多种氧化数
族
元素
3dn 主 要 氧 化 数
ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB
Ⅷ
ⅠB ⅡB
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
3d1 3d2 3d3 3d5 3d5 3d6 3d7 3d8 3d9 3d10
+2
+2 +2 +2 +2 +2 +1 +2
+3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +2
第6章 过渡金属元素
6.1 过渡元素的通性 6.2 ⅣB~ⅥB族金属元素及其化合物 6.3 ⅦB~ⅧB族金属元素及其化合物 6.4 稀土金属及其应用
• 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
• 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
VIIIB Fe Co Ni
IB IIB Cu Zn
第二过渡系 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系
ⅡB E (M2+/M)/V Ⅷ Zn -0.7626 Ni Cd -0.403 Pd Hg +0.8535 Pt
E (M2+/M)/V -0.257 +0.92 +1.2
第二、第三过渡系金属都不活泼，与氧化性酸在 加热时才能发生反应。
Mo只能与浓硝酸和热浓硫酸反应，铌、铑、钽、 锇、铱与王水都很难反应
Zn -0.7626
稀HCl H2SO4等
值同I其。I一IB可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，性属到最与稀除活右水酸C泼作总u置的用外趋换金释,势出E属放E，氢出(MS(氢气Mc2+、气。/2M+Y/M、)均L)增为a 能大负
同族元素(除Sc分族外)自上往下金属活泼性降低
• 如果离子中的电子都已配对，如d0、d10等就比较稳 定，不易激发，这些离子一般无色，如Sc3+、Ag+、 Zn2+等。
6.1.2 化学性质
• （1）金属活泼性 • （2）多种氧化数 • （3）易形成配合物
（1）金属活泼性
元素
E (M2+/M)/V 可溶该金 属的酸
Sc
— 各种
酸
Ti
-1.63 热HF HCl
+4 +4
+4
+5
+6 +6 +7
稳定氧化数 不稳定氧化数
1.从左到右, 元素最高氧化数升高, ⅦB后又降低
（2）多种氧化数
族 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB
第一过渡系 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
氧化数Байду номын сангаас
+3 +3 +4 +3 +2 +2 +2 +2 +1 +2
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
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。
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，因而增强了金属的强度和晶格能。
（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。
2
Ni2+（绿色）
3
Cr3+（蓝紫色）、Co2+（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。
• 通常，基态和激发态的能量差越小，电子吸收光的 波长越长，物质呈现的颜色就越深；反之，电子吸 收光的波长越短，则物质呈现的颜色就越浅。
（1）熔点、沸点及硬度
• 过渡金属大多熔点、沸点高，硬度大，强 度高，密度也大（如Os、Ir 的密度为 22.6×103kg·m-3)，属重金属。
熔点、沸点最高的金属主要集中在d区，尤其是 IVB、VB、VIB、VIIB族的金属，其中钨的熔点、 沸点最高（熔点3683K，沸点6200K）。
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族的铬硬度最大（9）。
• 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。
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）
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)
6.1.1 物理性质
• 过渡元素的单质显示典型的金属性质，有 金属光泽，延展性，是热和电的良导体等。
V
Cr
-1.13 -0.90
浓H2SO4 稀HCl HNO3、HF H2SO4
Mn -1.18 稀H2SO4 HCl等
元素
Fe Co
Ni
E (M2+/M)/V -0.44 -0.277 -0.257
可溶该金 属的酸
稀HCl 稀HCl H2SO4 等
等 (缓慢)
稀H2SO4 HCl等
Cu
0.34
浓 H2SO4