第一节过渡元素概述无机化学多媒体电子教案第十一章 过渡元素d 区元素在周期表中的位置11 11 过渡元素过渡元素Ds Rg Cp主要内容过渡元素概述1.1.过渡元素概述锰的重要化合物2.2.锰的重要化合物铁系元素3.3.铁系元素基本要求1.过渡元素通性Mn((Ⅵ)、MnMn((Ⅶ) 2.Mn(Ⅱ)、MnMn((Ⅳ)、Mn重要化合物的主要性质3.Fe、Co、Ni重要化合物的主要性质2010-12-1目 录录目录11-1 过渡元素的通性11-4 锰11-5 铁系元素第一节过渡元素概述无机化学多媒体电子教案第十一章 过渡元素第一节过渡元素概述过渡元素通性目录11-111-1-1-1-1 过渡元素的原子结构-2 单质的物理性质1111-1-1-1-2-3 单质的化学性质1111-1-1-1-3-4 化合物颜色1111-1-1-1-4-5 配位催化性1111-1-1-1-5-6 磁性1111-1-1-1-6CpRg Hs Mt DsBh Sg Db Rf Lr 7(第四过渡系)Hg Au Os Os Ir Ir Ir PtPt 重铂组Re W Ta Hf Lu 6 (第三过渡系)Cd Ag Ru Ru Rh Rh PdPd 轻铂组TcMo Nb Zr Y 5(第二过渡系)ZnCu Fe Co Ni铁系Mn Cr V Ti Sc 4(第一过渡系)ⅡB 锌分族ⅠB 铜分族ⅧⅦB 锰分族ⅥB 铬分族ⅤB 钒分族ⅣB 钛分族ⅢB 钪分族 族 周 期11-1-1过渡元素的原子结构11-1-1 过渡元素的原子结构13-1-1 过渡元素原子特征价层电子构型为(n-1)d1 1 1010n s1 2~ ~(n -1)d 1 1 1010n s1 2 4f 145d 106s 2Hg 4d 105s 2Cd 3d 104s 2Zn ⅡB 4f 145d 106s 1Au 4d 105s 1Ag 3d 104s 1Cu ⅠB Pt Ir Os Re W Ta Hf Lu 六4f 145d 96s 14d 10Pd 3d 84s 2Ni 4f 145d 76s 24d 85s 1Rh 3d 74s 2Co 4f 145d 66s 24d 75s 1Ru 3d 64s 2Fe Ⅷ4f 145d 26s 24d 25s 2Zr 3d 24s 2Ti ⅣB 4f 145d 46s 24d 55s 1Mo 3d 54s 1Cr ⅥB 4f 145d 56s 24d 55s 2Tc 3d 54s 2Mn ⅦB 4f 145d 36s 24d 45s 1Nb 3d 34s 2V ⅤB 4f 145d 16s 24d 15s 2Y 3d 14s 2Sc ⅢB 五四核核核电电电荷荷荷增增增加加加，电电电子子子填填填充充充在在在次次次外外外层层层轨轨轨道道道上上上，最最最外外外层层层只只只有有有 个个个电电电子子子1~2~ ~13-1-1 过渡元素原子特征11-1-1 11-1-1 过渡元素原子特征过渡元素原子特征价层电子构型为(n -1)d 1 1 1010n s 1 2~ ~电离能与氧化态13-1-1 过渡元素原子特征第一过渡系元素的电离能 (kJ (kJ··mol -1) 元素第一电离能第二电离能第三电离能K418.93051.44411Ca 589.81145.44912.0Sc 63112352389Ti 65813102652.5V 65014142828.0Cr 652.814962987Mn 717.41509.13259Fe 759.415612957.4Co 75816463232Ni 736.71753.03393Cu7461958355413-1-1 过渡元素原子特征电离能与氧化态1. 过渡金属的电离能随离子电荷的增加逐渐增大，(n -1)d -1)d电子与电子与n s 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. Fe 3+离子的价电子构型为半充满的离子的价电子构型为半充满的 3d 5 稳定结构，所以稳定结构，所以Fe Fe Fe具有比较小的第三具有比较小的第三电离能，电离能， Fe Fe可直接氯化生成可直接氯化生成可直接氯化生成 FeCl 3，而，而Fe Fe 后的后的后的Co Co Co、、Ni Ni 由于第三电离能较大，由于第三电离能较大，直接氯化不能生成三氯化物；13-1-1 过渡元素原子特征电离能与氧化态的第二电离能在第一过渡系元3. Cu Cu的第二电离能在第一过渡系元全充满))离素里最大，所以素里最大，所以 Cu+ (d10 全充满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；13-1-4 氧化数氧化数具有多种氧化数3d 103d 93d 83d 73d 63d 53d 53d 33d 23d 13d n +2+1+2+2+3+2+3+2+3+2+3+4+6+7+2+3+6+3+4+5+3+4+2+3主要氧化数Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Sc 元素ⅡBⅠB ⅧⅦBⅥB ⅤB ⅣB ⅢB 族稳定氧化数不稳定氧化数1.从左到左到右右, 元素最高氧化数升高, ⅦB 后又后又降低降低具有多种氧化数HgAu Pt Ir Os Re W Ta Hf Lu 三过渡系+1+2+1+3+2+4+3+4+8+7+6+5+4+3主要氧化数Cd Ag Pd Rh Ru Tc Mo Nb Zr Y 二过渡系+2+1+2+3+4+7+6+5+4+3主要氧化数+2+1+2+2+2+2+3+2+4+6+7+3+6+4+5+3+4+3主要氧化数ZnCu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Sc 一过渡系ⅡB ⅠB ⅧⅦB ⅥB ⅤB ⅣB ⅢB 族2. 从上往下, 高氧化数化合物稳定性增加3. 有的过渡元素可形成氧化数 为0、-1、-2、-3的化合物如-3[Mn(CO)4]3--2[Cr(CO)5]2--1[Co(CO)4]-0[Ni(CO)4]形成体氧化数配合物13-1-1 过渡元素原子特征11-1-2 11-1-2 单质的物理性质单质的物理性质原子半径原子半径依次减小，但变化缓慢。
原子半径依次减小，但变化缓慢。
原子半原子半径是影响单质物理性质的主要因素之一。
原子半径变化不大原因：过渡元素过渡元素dd 轨道未填充满，内层电子对外层电子的屏蔽作用小，所以原子半径依次减小；到减小；到Cu Cu Cu 族族 d 轨道填满，全充满的轨道填满，全充满的dd 10轨道屏蔽能力增大，所以轨道屏蔽能力增大，所以Cu Cu Cu族的原子半径族的原子半径略有增大原子半径对物理性质的影响：过渡金属都有较小的原子半径，较大的相对原子质量，原子质量，s s 电子和电子和dd 电子都参加成键，金属键强，导致密度大、硬度大，熔沸点高；过渡元素过渡元素单质都是金属，多数是稀有的单质都是金属，多数是稀有的高比重、高熔点的金属，因此这个区域中的元素又常被称为高熔稀有金属21.45Pt 最大22.61Os 22.65Ir4.5Ti 3.0Sc >50.535密度g ·cm -3金属最小其它Li 22.83410Cs W 熔点/℃56600.29Cs 最小(低)W Cr最大(高)沸点/℃硬度(金刚石=10)过渡元素的原子半径100150200250ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅧⅧⅧⅠB ⅡB 族原子半径/p m 第一过渡系第二过渡系第三过渡系KRbCsCa Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd Ba Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg 同族元素从上往下原子半径增大，但五、六周期(除ⅢB)外由于镧系收缩使其同族元素原子半径十分接近，导致其元素性质相似。
13-1-3 金属活泼性11-1-3 11-1-3 单质的化学性质单质的化学性质Zn Cu Ni Co Fe 元素稀HCl H 2SO 4等浓H 2SO 4稀H 2SO 4HCl等稀HCl 等(缓慢)稀HCl H 2SO 4等可溶该可溶该金金属的酸-0.76260.34-0.257-0.277-0.44E (M 2+/M)/V 稀H 2SO 4HCl等稀HCl H 2SO 4浓H 2SO 4HNO 3、HF 热HF HCl 各种酸可溶该可溶该金金属的酸-1.18-0.90-1.13-1.63—E (M 2+/M)/V MnCr V Ti Sc 元素1. 第一过渡系金属除Cu 外, E (M 2+/M)均为负值 其活泼性减弱2. 同一周期元素从左到右总趋势 E (M 2+/M)增大,3. 第二、第三过渡系金属的氧化态的E (M 2+/M)M)一般为正值，不易被氧一般为正值，不易被氧化。
+1.2+0.92-0.257E (M 2+/M)/V Ⅷ+0.8535-0.403-0.7626E (M 2+/M)/V Pt Hg 第三过渡系Pd Cd第二过渡系Ni Zn第一过渡系ⅡB3. 第二、第三过渡系金属的氧化态的E (M 2+/M)M)一般为正值，不易被氧一般为正值，不易被氧化。
如第一过渡系金属除Cu 外，都能从非氧化性酸中置换出氢，第二、三过渡系金属Zr 、Hf 等只能溶于王水和氢氟酸中，而Ru Ru 、Rh Rh、Os 、Ir 等不溶于王水中。
4. 同族元素(除Sc分族外)自上往下金属活泼性降低受镧系收缩过渡金属各族((ⅢB族除外) ) 受镧系收缩过渡金属各族的影响，在族中自上而下，原子半径增加不大，核电荷增加较多，对外层电子的吸引力增强，所以在同一族中自上而下，金属活泼性递减，与ⅠA、ⅡA主族金属活泼性的变化正相反4. 同族元素(除Sc 分族外)自上往下 金属活泼性降低虽然第二第三过渡系金属活泼性较差，在强氧化剂作用下，也可以呈现出稳定的高氧化态+8+7+6+5+4OsRe W Ta Hf13-1-6 化合物颜色ZnCu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Sc 元 素粉红绿浅紫红蓝紫绿紫无[M(H 2O)6]3+颜色76543210M 2+中d 电子数无浅蓝绿粉红浅绿浅红天蓝紫褐-[M(H 2O)6]2+颜色1098765432-M 2+中d 电子数Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Sc 元 素过渡元素形成的配离子大多有颜色d 0、d 10构型的离子无色蓝绿配离子颜色9251176d-d 跃迁时吸收光波长(λ)/nm[Ni(NH 3)6]2+[Ni(H 2O)6]2+配 合 物过渡金属离子的颜色与离子具有不规则的9-179-17电子层结构电子层结构有关，有关，((n -1)d -1)d 轨道中轨道中成单的成单的d d d 电子在可见光激发下，在未充电子在可见光激发下，在未充满的满的d d d 轨道间发生轨道间发生d-d d-d跃迁，选择性吸收可见光，使配离子显示其互补色11-1-5 11-1-5 配位催化配位催化过渡元素易形成配合物过渡元素的原子或离子具有部分空的(n -1)d ，空的n s 、n p 轨道可接受配体的孤电子对过渡元素及化合物有催化特性过渡元素的离子一般具有较高的电荷、较小的半径，极化力强，对配体有较强的吸引力SO 2氧化为SO 3V 2O 5氨氧化为NO Pt/Pt/Rh Rh 合成氨Fe/Mo 反应催化剂11-1-6 11-1-6 磁性磁性过渡元素的离子有较高的电荷，较小的半径，拥有半径，拥有((n -1)d -1)d、、n s 、n p 共9个价电子轨道，这些轨道能量相近；因此易形成稳定的配位化合物，这是过渡元素生成化合物的一个最大特点13-1-8 磁性多数过渡元素或离子具有顺磁性多数过渡元素的原子或离子有未成对电子，所以具有顺磁性1.732.833.874.905.923.832.831.73磁矩(µ)/B.M.12345321未成对电子数98765321d 电子数Cu 2+Ni 2+Co 2+Fe 2+Mn 2+Cr 3+V 3+VO 2+离子未成对d 电子越多，电子越多，μμ越大顺磁性物质物质中正反自旋电子数不相等，物质能微弱地被磁场所吸引，能将外加磁场的磁力线吸入并使磁力线穿过，这样的物质叫顺磁性物质。