第十六章d区元素(一)

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第十六章 d区元素(一)16.1d区元素概述 16.2钛 钒 16.3铬 钼 钨 16.4锰 16.5铁 钴 镍

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16.1 d区元素概述16.1.1d区元素的原子半径和 电离能

16.1.2d区元素的物理性质 16.1.3d区元素的化学性质16.1.4d区元素的氧化态 16.1.5d区元素离子的颜色

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d 区元素显示出许多区别于主族元素的性质：● 熔、沸点高，硬度、密度大的金属大都集中在这一区

● 不少元素形成有颜色的化合物● 许多元素形成多种氧化态从而导致丰富的氧化还原行为 ● 形成配合物的能力比较强，包括形成经典的维尔纳配合物

和金属有机配合物● 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强

d 区元素所有这些特征不同程度上与价层 d 电子的 存在有关，因而有人将 d 区元素的化学归结为 d 电子 的化学.

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16.1.1 d区元素的原子半径和电离能1. d区元素在周期表中的位置

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2. d区元素原子的价电子层构型

(n-1)d1-10ns1-23. d区元素的原子半径

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4. 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。

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16.1.2 d区元素的物理性质●熔点、沸点高 熔点最高的单质：

钨(W) 3683±20℃●硬度大 ●密度大 密度最大的单质： 锇(Os ) 22.48 g· -3 cm 硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0

●导电性，导热性，延展性好

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熔 点 变 化 示 意 图

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16.1.3d区元素的化学性质元素

E

M

2

/M V

Sc ---

Ti -1.63 热 HCl HF Co -0.282 缓慢溶解 在 HCl 等 酸中

V -1.2 (估算值) HNO3 , HF 浓 H2 SO4 Ni -0.236 稀 HCl H2 SO4 等

Cr -0.90 稀 HCl H2 SO4 Cu +0.339 HNO3 , 浓 热 H2 SO4

Mn -1.18 稀 HCl H2 SO4 等 Zn -0.762 稀 HCl H2 SO4 等

可溶该 金属的 酸 元素

各种酸 Fe -0.409 稀 HCl H2 SO4 等

E

M

2

/M V

可溶该 金属的 酸

总趋势：从左至右活泼性降低。

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(Ni2+/Ni) =-0.2363V E (Pd2+/Pd) = +0.92V E

E (Pt2+/Pt) = +1.2V(估计值) E Zn /Zn 0.762 V2 2

E Hg /Hg 0.852 V总趋势：从上到下活泼性降低。

E Cd 2 /Cd 0.402 V

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16.1.4 d区元素的氧化态元 素 Sc +3 氧化态 Ti +2 +3 +4 V +2 +3 +4 +5 Cr +2 +3 Mn +2 +3 +4 Fe +2 +3 Co +2 +3 +4 Ni +2 +3 +4

+6

+6 +7

+6(划横线表示常见氧化态)

左 Fe +2、+3 Ru +4 Os +4、+6、+8

氧化态先升高后降低 右 上 同族 高氧 化态 趋向 稳定 下

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过渡金属与工业催化● 几种产量最大、又涉及催化过程的无机化学产品的生产没有例外地使用 d 区金属催化剂； ● d 区元素较高的催化活性据认为与电子容易失去、容易得到、

或容易由一种能级迁移至另一能级的事实有关；例如，V2O5催化 SO2 氧化的反应，可能涉及到 V(+5) 与 V(+4) 氧化态之间的 转换： 1/2 O2 + 2 V(+4) = O 2- + 2 V(+5) +) SO2 + 2 V(+5) + O 2- = 2 V(+4) + SO3 1/2 O2 + SO2 = SO3 ● 下表中的催化剂

大都是过渡元素的金属有机配合物.

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某些重要的无机和金属有机工业生产

过程中的d 区金属催化剂工业过程 被催化的反应 催化剂

多相催化生产硫酸 合成氨 制造硝酸 氯碱工业 合成气制汽油 均相催化 氢甲酰化生产正构醛 RCH=CH2 + CO + H2 = RCH2CH2CHO Co(+1)或Rh(+1)羰基化 合物 乙烯氧化制乙醛 H2C=CH2 + (1/2)O2 = CH3CHO Pd(+2)和Cu(+2) 甲醇羰基化制乙酸 合成气制乙酐 CH3OH + CO = CH3COOH 2SO2 + O2 = 2SO3 N2 + 3H2 = 2NH3 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 2NaCl + 2H2O = Cl2 + 2NaOH + H2 CO + H2 烷烃混合物 V2O5 Fe3O4 PtRh(90:10)合金或 PtRhPd(90:5:5)合金 RuO2阳极(电解) Fe催化剂

[RhI2(CO)2][RhI2(CO)2]-

CO + H2

乙酐

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16.1.5d区元素离子的颜色

Mn (Ⅱ) Fe(Ⅱ) Co(Ⅱ) Ni(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ)

水合离子呈现多种颜色。

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化合物的颜色和无机颜料颜料(pigments): 是指不溶解于、只能以微粒状态分 散于粘合剂中的着色剂. 染料(dyes):可溶性的着色剂，大部分为有机化合物. 例如活性艳红 X-3B ,枣红色粉末，溶于水呈蓝光红色溶液. 主要用于棉布、丝绸的染色，色光艳亮，但牢度欠佳.Yellow lead chromate

形成有色化合物是 d 区元素的一个重要特征，最重要的无机颜料大部分都是 d 区元素化合物.

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某些重要的无机颜料颜色 白色 氧化物 TiO2 (钛白) ZnO (锌白) α Fe2O3 (红色氧化铁) Pb3O4 (红铅粉) α FeO(OH) (黄色氧化铁) (Ti, Cr, Sb)O2 (铬锑钛黄) Cr2O3 (氧化铬绿) (Co, Ni, Zn)2O4 (尖晶石绿) 硫化物 ZnS (硫化锌) ZnS (BaSO4) (锌钡白) CdS/CdSe (镉红) CdS (镉黄) 铬酸盐

红色

Pb(Cr, Mo, S)O4 (钼红) PbCrO4或Pb(Cr, S)O4 (铬黄) ZnCrO4 (铬酸锌)

黄色

绿色

铬绿 (铅铬黄+铁蓝)

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 …… 此处隐藏：900字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……