高等无机化学
高等无机化学
1,3,5-三甲基苯
C6H3(CH3)3
C3点群
三氯乙烷 CH3CCl3
CO2H
H
HO
H CH3 CI
H
C H C C CI
Cnh点群
1个Cn轴，垂直于此轴 的1个σh
阶次：2n，有2n个对称操作，
{E，Cn1，Cn2……Cnn-1，σh，Sn1 ， Sn2…Snn-1}
（n-1）个旋转，1个反映面， （n-1）个及旋转与反映结合的映转操作。 当n为偶次轴时，S2nn即为对称中心。
{
金属羰基化合物 金属卤素原子簇 金属异腈原子簇 金属硫原原子簇
5
第四章: 金属金属多重键
§1. 金属－金属四重键 §2. 金属－金属三重键
§3. 金属－金属二重键
6
第五章: 金属有机化合物
§1. 金属有机化合物概述
§2. 金属不饱和烃化合物 §3. 金属环多烯化合物 §4. 等叶片相似模型 §5. 主族金属有机化合物
D2h
双吡啶四氟化硅
D2h
H C H
乙烯分子
H C H
萘
D3h
BF3
PCl5
Tc6Cl6
D4h
2CI Pt CI CI CI
[Ni(CN)4]2-
[PtCl4]2-
[Re2Cl8]2-
D4h
[M2(COOR)4X2]
M＝Mo、Tc、Re、Ru，X＝H2O、Cl
C4轴位于M-M键轴，4个C2 轴中，2个各横贯一对羧桥平 面，2个与羧桥平面成45°角，经过M-M键中心和4个R 基，还有一个水平对称面存在
先旋转2π/n , 再对垂直于旋转轴的 镜面进行反映
CH4分子的四重非真旋转轴S4
第一章-高等无机化学-课件
其成键能力和结构规律。
原子簇化合物的定义
H B H B H H
H B
H B H B H H
如:B6H10
B H
6个B原子共6×3＝18e,与6个端H用去6个，与4个桥H用去4个， 余下18－6－4 = 8e，存在6C-8e键。 原子簇化合物本质特征就是存在离域的多中心键。
学一年级开设无机化学, 缺乏必要的循环, 也无再提高
的机会。教师只能“存在、制备、性质、用途”千篇一律， 学生学起来枯燥乏味，认为“无机化学”就是“无理化 学”，多不感到兴趣，因而有志于无机化学的人是寥寥无 几。
第一节 无机化学的沿革与复兴
二次世界大战及以后 ~ : 无机化学复兴时期
美国曼哈顿工程(原子能计划 ) 极大地催化了无机化学
2.2 配位化学
○热力学
已能准确测定或计算配合物形成和转化的热力学数据。
○动力学 ★配合物形成和转化的动力学知识也获得了迅速的发展。
★利用经特别设计的配位体去合成某种模型化合物(配合
物), 用于研究配位反应的机理, 确定反应的类型。
第二节 无机化学发展现状及趋势
2.2 配位化学 配合物的类型迅速增加。从最初简单配合物和螫合物发 展到多核配合物、聚合配合物、大环配合物；从单一配体配 合物发展到混合配体配合物，从研究配合物分子到研究由多 个配合物分子构筑成的配合物聚集体。 在维尔纳时代, 几个已知的羰基化合物被看作化学珍奇。 现在 , 金属羰基化合物及类羰基配位体 ( 如 N2 、 NO+ 、 PR3 、
硕士研究生学位课
高等无机化学
第五章-高等无机化学-课件
第一节 原子簇化合物的发展及定义
1.2 原子簇化合物的定义
H B
如:B6H10
H B
H B H B H H
H B H H
B H
6个B原子共6×3＝18e,与6个端H用去6个，与4个桥H用去4个， 余下18－6－4 = 8e，存在6C-8e键。
原子簇化合物本质特征就是存在离域的多中心键。
第一节 原子簇化合物的发展及定义
第二节 硼烷及杂硼烷化合物
2.4 硼烷的衍生物 1、硼烷阴离子
(1)BH4-
是最简单的硼烷阴离子，为Td群，制备方法有多种
2LiBH4 THF NaBH4 + 3NaOCH3
2LiH + B2H6 乙醚 4NaH + B(OCH3)3
(2)BnHn2- 是另一类重要的硼烷阴离子，(n＝6～12),典型的有 B10H102-、B12H122-、B7H72- 、B8H82- 、B9H92B10H14 + 3R3N 5B2H6 + 2NaBH4 二甲苯煮沸 2R3NH+ + B10H1022Na+ + B12H122- + 13H2 二甘醇二甲醚
第二节 硼烷及杂硼烷化合物
2.4 硼烷的衍生物
H+ RH H2O2 CO ROH R3C-OH
[(R3C)BO]x H2O2
CO RCH2BO H2O2 R3-C-OH （醛） CO R2CHBO H2O2 R2-C=O （酮） 3H2O 3R-H + B(OH)3 （烃） 3H2O2 R-OH + B(OH)3 （醇） CO [R3-CBO]x H2O2 R3-C-OH （增长碳链） + RC≡CR 加成 → HAc酸解 RCH=CHR(顺式烯烃)
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1 高等无机化学是一门重要学科
高等无机化学是一门研究无机物质的结构、性质以及生成机理的重要学科。
它研究分子结构、晶体结构、形成原理、反应动力学、分子模型、反应相位等，还开展研究元素本质和复杂分子的构筑、化学性质及反应机理的研究，研究多室温度下的无机化学反应的物质动力学，研究各种有机无机复合物的构筑机理和反应机理，以及开发新型功能材料的结构表征和产能增强等。
2 功能性的材料的研究
无机化学反应相关领域还有功能性材料的研究，这些材料能够嵌入系统中，承担不同的功能，广泛应用于新材料和新能源等领域，逐步达到节能减排、迎合持续可持续发展的目标。
例如，新型能源电池材料，金属基光催化及应用，有机硅材料及智能器件，以及能源转换化学等。
3 无机化学的应用领域
无机化学的应用非常广泛，几乎涵盖了所有的科学技术领域。
它的应用很广，从为制造工业提供原料到农业微量元素补充，从催化反应到能源材料开发等，无机化学都可以发挥重要作用。
在工业上，它是很关键的一门科学，因为它可以为制造基本原料提供帮助，也可用于检测材料的活性、合成新元素，以及制造能源技术等。
它可以为我们的社会发展提供支持。
总之，高等无机化学是一门重要学科，它已经广泛应用于各行各业，为人类的科技进步发挥着巨大作用。
高等无机化学
含氧酸及其盐的性质
如HClO4、HBrO4等，研究其酸性、氧化性 、稳定性及盐类的性质。
氧族元素及其化合物
氧族元素的通性
包括电子构型、电负性、氧化态等。
氧化物的性质和分类
如酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物等，探讨其性质差异和转化关系。
含氧酸及其盐的性质
绿色化学在环境保护中的应用
绿色化学原则
减少或消除有害物质的使用和产生，设计更安全的化学品和 化学过程。
应用领域
绿色合成方法、绿色溶剂、绿色催化剂等，促进化学工业的 可持续发展和环境保护。
THANKS
感谢观看
生物无机药物的设计与合成
针对特定疾病靶点，设计和合成具有生物活性的无机药物，如金属配合物类药物、纳米药 物等。
生物相容性无机材料的开发与应用
开发具有良好生物相容性的无机材料，如生物陶瓷、生物玻璃等，用于医疗器械、组织工 程等领域。
05
无机化学反应机理与动力 学
反应机理研究方法与技术
稳态动力学方法
许多金属及其化合物具有良好的催化性能， 被广泛应用于石油化工、环保、新能源等领 域。
03
非金属元素及其化合物
卤素及其化合物
卤素单质的物理和化学性质
包括颜色、气味、密度、熔沸点、电负性等 。
卤化物的性质和用途
如NaCl、KCl等，讨论其溶解性、离子性、 晶体结构以及在生活生产中的应用。
卤化氢的性质和制备
水体污染物的来源和治理方法
来源
工业废水排放、生活污水排放、农业 化肥和农药使用等。
治理方法
建立污水处理厂、推广生物处理技术 、加强工业废水治理、控制农业面源 污染等。
高等无机化学 书 评价
高等无机化学书评价
高等无机化学是大学化学专业的重要课程之一，涉及到多种元素和化合物的性质、反应以及结构等内容。
在学习这门课程时，选择一本好的教材是至关重要的。
今天我将就高等无机化学教材的评价展开讨论，通过分析教材的内容、结构、示例和实践导向性，来评价一本好的高等无机化学教材应该具备的特点。
首先，一本优秀的高等无机化学教材应该具有清晰明了的内容结构。
教材应该按照元素周期表的排列顺序，系统地介绍各个元素的性质、反应以及化合物的结构和性质。
同时，教材还应该将各个章节之间的内容进行有机衔接，确保学生能够系统地理解和吸收知识。
其次，教材应该提供丰富多样的示例和实例，以帮助学生理解抽象的理论知识。
通过具体的化学实验、实际应用以及工业生产等例子，学生能够更好地将理论知识与实际应用相结合，深入理解高等无机化学的概念和原理。
第三，一本优秀的高等无机化学教材应该具有实践导向性。
教材不仅应该注重理论知识的传授，更要注重培养学生的实际动手能力和解决问题的能力。
通过设计实验、解决问题的案例，学生能够更好地掌握高等无机化学知识，并将其运用到实际生活和工作中。
综上所述，一本优秀的高等无机化学教材应该具备清晰的内容结构，丰富的示例和实例，以及实践导向性。
通过这些特点，学生能够更好地理解和掌握高等无机化学知识，提高学习效率和学习成果。
希望未来的高等无机化学教材能够不断完善和更新，为学生提供更好的学习体验和知识传授。
《高等无机化学》课件
课程介绍
探索无机化学的奇妙世界，介绍本课程的目标、内容和学习方法，为学生建 立起强有力的基础。
有机化学和无机化学的区别
1 结构差异
有机化合物以碳为主要构成元素，而无机化合物则包括其他元素。
2 反应类型
有机化合物的反应通常涉及碳的共有键断裂和形成，无机化合物则涉及金属和非金属之 间的反应。
催化剂
分析催化剂和机化学知识的核心内容和应用。
氢氧化物
研究水和碱金属氢氧化物的性质和应用。
氧化物
探索金属和非金属氧化物的产生和反应。
配合物
1
配位键
介绍中心金属离子和配体之间的配位键。
2
配合物命名
学习命名和表示法。
3
配合物反应
研究配合物的合成和反应机制。
无机反应与材料应用
酸碱中和
讨论酸碱反应和其在化学分 析中的应用。
氧化还原
探索氧化还原反应和其在电 池和腐蚀中的重要性。
3 应用领域
有机化学应用广泛于生命科学、药物研发和有机合成领域，无机化学则应用于催化剂、 材料科学和能源等。
无机化学基础
离子键
揭示离子化合物的结构和性质。
共价键
探讨共用电子对的形成和单双 三键。
金属键
解析金属离子化合物的特殊化 学键。
周期表和元素周期性
了解元素的分类和周期趋势。
氢氧化物和氧化物
高等无机化学生物无机化学课件
生物无机化学在农业中的应用
1 2 3
植物营养与施肥
生物无机化学研究植物对矿质元素的吸收、转运 和利用机制，为合理施肥提供科学依据，提高农 作物的产量和品质。
植物抗逆性与抗病性
通过研究植物体内金属离子和金属蛋白的调控机 制，提高植物的抗逆性和抗病性，发展抗逆抗病 作物新品种。
农产品安全与质量控制
利用生物无机化学的方法和技术，对产品中的 重金属和有害物质进行检测和控制，保障农产品 安全和质量。
生物无机化学中的配位键理论
配位键的定义
配位键是一种共价键，其中一方原子或基团提供电子，另一方原 子或基团接受电子。
配位键的形成条件
配位键的形成需要满足一定的几何构型和电子配对条件，通常涉及 一个中心原子和多个配位体之间的相互作用。
配位键在生物体系中的作用
配位键在生物体系中发挥着重要作用，如维持生物分子的结构和稳 定性、参与生物分子的反应和催化等。
03 酸碱反应和氧化还原反应
这两种反应是无机化学中最为常见的反应类型， 深入理解其反应机理对于理解无机化学十分重要 。
无机化学键理论
共价键理论
解释了共价键的形成和性 质，以及共价键在分子中 的表现。
金属键理论
解释了金属键的形成和性 质，以及金属晶体中的金 属键表现。
离子键理论
解释了离子键的形成和性 质，以及离子晶体中的离 子键表现。
高等无机化学生物无 机化学课件
汇报人：
202X-12-29
目录
• 绪论 • 无机化学基础知识 • 生物无机化学基本原理 • 生物无机化学的应用 • 高等无机化学生物无机化学前沿研
究
01
绪论
高等无机化学生物无机化学的定义与重要性
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名词解释1 钻穿效应：定电子避开其余电子的屏蔽，其电子云钻到近核区，受到较大的核电荷作用，使其能级降低的效应。
2 屏蔽效应：其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷，从而引起有效核电荷的降低，削弱了核电荷对该电子的吸引。
3 价态电离能：原子以杂化轨道参与成键时，移去电子所需能量4 价态电子亲和能：原子以杂化轨道参与成键时，接受电子时所放出的能量5 原子的电负性：一个分子中的原子对电子吸引力的能力6 电子亲和能：基态的气态原子获得一电子成为-1价气态离子时所放出的能量7 电离能：基态的气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量8 物质波：又称德布罗意波，是指空间中某点某时刻可能出现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配9 几率密度：电子在核外空间某处单位体积内出现的几率10 等几率密度面：将核外空间电子出现的几率密度相当的点用曲面连接起来11 径向分布函数的物理意义：在半径为r处单位厚度球表层内找到电子的几率，反映了电子云的分布随半径r变化的情况12 有机金属化合物：至少还有一个金属-碳键的化合物13 ψ2的物理意义：原子核外空间某点电子出现的几率密度14 测不准原则：不可能同时准确地测定微观粒子的位置和动量15 原子簇：原子间相互成键形成笼状或者多面体结构的一类化合物16 金属原子簇：金属原子通过金属-金属键至少与两个同类原子直接键合形成多面体原子骨架的化合物17 溶剂的拉平效应：当一种酸溶于某种溶剂时，酸中的质子完全转到溶剂分子中，这种将酸（或碱）的强度拉平的作用称为溶剂的拉平效应18 硬碱：一些电负性大、半径较小、不易被氧化、不易变形的原子，以这类原子为配位原子的碱19 Lewis酸：凡能接受电子对的物质20 Lewis碱：凡能给出电子对的物质二、简答下列问题.1. 基态光谱项的确定原则.①同一组态（即n,l相同）的原子，S只最大者能级最低；②S值相同时，L值最大者，能级最低；③L和S值均相同时，半满前，J值越小，能级越低；半满后，J值越大，能级越低。
2. 电子光谱项的基本规律.a 同种轨道不同电子数的电子组态中，电子数互补的电子组态，具有相同的光谱项。
b 无论何种电子组态，只要是全充满（s2，d10，p6），它的光谱项为1s3.原子核外电子的排布的基本原则.①Pauling不相容原理；②洪特规则；③能量最低原理。
4. 为什么氧原子的电子亲和能比硫原子的电子亲和能小？第二周期原子半径比第三周期小得多，电子云密度大，电子间排斥力强，以致接受一个电子形成负离子时放出的能量少，而第三周期元素，原子体积较大，且同一价电子层中还有空的d轨道，可容纳电子，电子间斥力显著减小，因而接受一个电子形成负离子时放出的能量较前者有所增加。
5原子簇主要包括哪几类？①P 4，P 4O 10，P 4O 6；②无配体原子簇；③硼烷及硼烷阴离子；④富勒烯及其衍生物；⑤金属原子簇。
6金属原子簇主要包括哪几类？①多核的金属羰基、亚硝酰配合物；②低价卤化物和羧酸配合物；③无配体原子簇。
7. 写出原子的电子光谱项和电子光谱支项的基本形式.电子光谱项的基本形式：2S+1L ； 电子光谱支项的基本形式：2S+1L J8元素K 和Cu 的最外层电子结构相同，均为4S 1，但第一电离能不同，I 1(K)=418.9kJ/mol ，I 1(Cu)=745.5kJ/mol ，解释此现象。
K ：S 区元素，次外层的3s 23p 6电子云分布较密集于核附近，对最外层电子（4s 1）的屏蔽作用大，4s 1电子容易失去。
Cu ：ds 区元素，次外层电子结构为3d 23p 63d 10，d 电子云伸展范围较大，对最外层电子的屏蔽作用较差，有效核电荷大，4s 1电子不易失去。
9SP3杂化轨道的电负性X(SP 3) 、SP2杂化轨道的电负性X(SP 2)和SP 杂化轨道的电负性 X(SP)之间大小关系是什么？X(SP)>X(SP2)>X(SP3)10 σ 轨道的电负性与п轨道的电负性之间的大小关系。
σ >п 11原子轨道的相对论性收缩.原子体系中，电子运动的速率极快，尤其是原子序数较大的原子，近核的S 和P 电子受核的引力较大，其运动速度可与光速相比，使得电子的相对论质量显著增加，导致近核的S 和P 轨道半径减小，即近核的S 和P 轨道半径发生了收缩，称为原子轨道的相对性收缩。
12在同类杂化轨道上，不含电子的电负性X(0)、含一个电子的电负性X(1)和含2个电子的电负性X(2)之间的大小关系。
X(0) > X(1) > X(2)13. 电子云的角度分布图与原子轨道的角度分布图的区别. 电子云角度分布图瘦，正值，原子轨道角度分布图有正负。
三计算Li 原子的第一电离能.Li(3) 1s 22s 1 I 1(Li)=E(Li +)-E(Li)=mol kJ ev /72.55576.5285.02-36.13-13.0-36.13-2-13.0-36.13-2222222==⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯）（）（）（ 四、某原子外层的电子组态为d1，推定其电子光谱项，并讨论其简并度.2,1,0,2±±==l m l ，m s=+-1/2，则简并度为10；,光谱项为D 2。
五Ca(Z=20)原子核外电子的排列有以下两种可能的排列顺序：(1) 1S22S22P63S23P63d2 或 (2) 1S22S22P63S23P64S2 ；应用Slater 方法，通过计算Ca 原子中3d 、4S 电子的能量E 和E4S ，判断其核外电子合理的排列顺序.解：通过（1）排列，价层被屏蔽电子为3d 电子，求E3d 电子排列顺序 1s22s22p(不相邻内层) 3s23p6(相邻内层) 3d2（同层） 单电子屏蔽常数 1.0 1.0 0.35 产生屏蔽作用的电子数1081d 3σ：35.18135.080.1100.1=⨯+⨯+⨯65.135.1820)(33=-=-=*d d Ca Z Z σevn Z ev E d 1.4365.1ev 6.136.132223-=⨯-=⨯-=**）（按（2）排列，价层被屏蔽电子为4s 电子，求E4s 电子排列顺序 1s22s22p6 3s23p6 4s2 单电子屏蔽常数1.00.85 0.35 产生屏蔽作用的电子数 1081s 4σ:15.17135.0885.0100.1=⨯+⨯+⨯85.215.1720)(44=-=-=*s S Ca Z Z σevev n z ev E s 07.87.385.26.13)(6.132224-=⨯-=⨯-=**d 34E E s ，则（2）式排列合理六、已知氢原子基态的波函数为： Ψ1s = [1/(πa 03 )]1/2 exp[- r/a0] 式中， r 是电子离核的距离，a0的数值为52.9pm,是氢原子的第一个Bohr 轨道的半径。
计算在离核为52.9pm(即a0)的空间某一点上：(1) Ψ1s 的数值；由公式得到 (2) 电子出现的几率密度ρ；p=k(3) 在1pm3 体积中电子出现的几率P .P= 七、如何制备[Ln(C5H5)3]?LnCl3+3NaC5H5 THF Ln(C5H5)3+3NaCl 八、求2D 光谱项的光谱支项.2D ：2,21,212===+L S S2325)1(),(，=--++=S L S L S L J232252D D ，九、如何制备William Zeise Salt ？画出Zeise Salt 阴离子的结构示意图，并说明其成键过程。
解；1 制备 K 2[Ptcl 4]+H 2C=CH 2 SnCl 2 K[PtCL 3(C 2H 4)]+KCl 成键过程 1.Pt ：[Xe] 4f 145d 96s 1 Pt[Ⅱ]:[Xe]4f 145d 8 在配体的影响下，5d 轨道电子重新分配形成，dx2-y2空轨道，其与6s6p x 6p y 轨道形成四个dsp2杂化轨道 2 其中三个杂化dsp2轨道分别接受Cl -1的孤对电子形成3个σ键3 C2H4上的π电子进入剩余的dsp2空轨道，形成σ键，同时dsz 2上的电子进入π*轨道形成一个反馈π轨道。
在Pt[Ⅱ]和C2H4间形成了σ-π双键. 十、列举制备二茂铁的三种方法。
(1)C 5H 6+Fe300℃,K2O,N2 Fe(C 5H 5)2+H 2 （2）2NaC 5H 5+FeCl 2 THF Fe(C 5H 5)2+2NaCl（3）C 5H 6+FeCl 2+(C 5H 5)2NH THF Fe(C 5H 5)2+2(C 5H 5)2NH·HCl 十一如何制备二苯铬？3CrCl 3+2Al+6C 6H 6→3[Cr(C 6H 6)2](AlCl 4)[Cr(C 6H 6)2]++S 2O 42-+4OH -→Cr(C 6H 6)2+SO 32-+2H 2O十二、如何制备双核原子簇[Re 2C l8]2－ ？ 画出[Re 2C l8]2－的结构示意图，并说明其成键过程。
制备：（1）2KReO 4+2NaH 2PO 2+8HCl→K 2Re 2Cl 8+4H 2O+2NaH 2PO 4 (2)2KReO 4+4H 2+8HCl(浓)高压 K 2ReCl 8+8H 2O (3)2ReCl 9+EtNH 2Cl 熔融 3(Et 2NH 2)2Re 2Cl 8 （2）成键：a 、Re ：[Xe]4f 145d 56S 2 Re( Ⅲ）：[Xe]4f 145d 4b 、在配体的影响下，5d 轨道电子重新分配形成dx2-y2空轨道，其与6S6PxPy 轨道组成4个dsp2杂化空轨道，分别和cl-的3Px 上的孤对电子形成4个σ键C 、Re( Ⅲ）的5dz2轨道和6Pz 轨道杂化，形成2个dp 杂化轨道上下两个Re( Ⅲ）的成键轨道间形成σ键。
d 、两个Re 的 dxz-dxz 重叠在xz 平面和dyz-dyz 重叠在yz 平面形成两个π键（d-d π键）E 、两个Re 的dxy-dxy 面对面重叠形成 键十三、计算d 1 电子的总角量子数j 的值，并用矢量图表示其物理意义。
(1)已知d 1电子的轨道叫量子数l=2,自旋角量子数s=1/2根据s l J P P P +=23,25)1(),(j =--++=s l s l s l物理意义：1.轨道角量子数为l=2. 2.轨道角动量为Pl=[l(l+1)]1/2h=2.45h 3.自旋角量子数为s=1/24自旋角动量Ps=[s （s+1）]1/2h=0.87h 5总角动量Pj j=5/2,Pj=[j(j+1)]1/2=2.96h J=3/2, Pj=[j(j+1)]1/2=1.94h十四、完成下列反应方程式1. Fe(s) + 5 CO(g) 200ºC, 20MPa Fe(CO)5 (l)2．Ni(s) + 4 CO(g) 30ºC Ni(CO)4 (l)3．Re2O7 + 17 CO(g) 250ºC, 35MPa Re2(CO)10(s) + 7 CO24．Fe(CO)5 + 2 Na Na2[Fe(CO)4]+ CO5．Mn2(CO)10 + C l22Mn(CO)5Cl6．Fe(CO)5 + PPh3(Ph2P)Fe(CO)4 + CO7．Fe(CO)5 + 2NO Fe(CO)2(NO)2 + 3CO8．Fe(CO)5 + Br2Fe(CO)4Br2 + CO9．Fe(CO)5 + C4H6[Fe(CO)3(C4H6)] +2CO10．Fe(C5H5)2 + (CH3CO)2O H3PO3(CH3COC5H4)Fe(C5H5) + CH3COOH。