d区元素PPT课件
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第18章 d区元素吉林大学无机化学
1.507V 1.695V 0.564V
Mn2+ MnO2 MnO42-
MnO 4 / MnO 2
2 MnO 4 / MnO 4
还原产物
例如：与SO32-反应
酸性 中性 碱性
还原产物还与KMnO4加入方式有关。
由软锰矿制备KMnO4 软锰矿 粉碎
氧化剂
OH－ △
K2MnO4 墨绿色
铬的单质 铬的化合物
水溶液中离子及其反应
概述
铬分族(VIB)：Cr, Mo, W 价电子构型：(n-1)d 4-5ns1-2
Cr : 3d 4 s
5
5
1 1
常见化合价：+6， +3，+2
Mo : 4d 5s W : 5d 6 s
4 2
(1)铬元素的电势图 2 1.23 E A / Cr O
(3) Cl2或NaClO氧化： 2K2MnO4+ Cl2 == 2KMnO4 + 2KCl
§18.3 铁 钴 镍
铁、钴、镍的单质 铁、钴、镍的化合物 水溶液中铁、钴、镍的
离子及其反应
铁、钴、镍的单质
Ⅷ族
Fe Ru Os
Co Rh Ir
Ni Pd Pt
铁系
铂系
Fe Co Ni
价电子构型 6 2 3d 4s 7 2 3d 4s 8 2 3d 4s
2 NH3 H2O + 2 H+
Mn + 2 H+ = Mn2+ + H2(g) 合并： Mn + 2 NH4+ + 2 H2O = Mn2+ + 2 NH3.H2O + H2(g) （似Mg）
大学无机化学d区元素介绍
3.物理性质
(1) 熔点、沸点高
熔点最高的单质：钨(W)
(2) 硬度大 (3) 密度大
熔点： 3410℃ 沸点： 5900℃
硬度最大的金属：铬(Cr)
以金刚石为10，铬为9
密度最大的单质：锇(Os)
(4) 导电性，导热性，延展性好
22.7gcm-3
4.离子呈现多种颜色
物质显色的原因是由于可见光作用到物质上以后物质
12.2.3（2）钒的化学性质
•价电子层结构3d34s2，主要氧化态+5，也能形成氧化态为 +4，+3，+2的化合物。化学性质相当复杂。
VO2+ 1.0 VO2+ 0.36 V3+
-0.25
-0.25
V2+ -1.2 V
17
12.2.3（3）钒的氧化物(V2O5)
•酸碱性: VO碱O2+ 2C +2Cl2 = TiCl4 +2CO 四氯化钛是无色液体，有剌鼻的气味，极易水解， 在潮湿的空气中由于水解而发烟——利用此反应可 制造烟幕：
•TiCl4高温氧化制备优质钛白——氩气氛保护下得Ti： TiCl4(l) +Mg = Ti +2MgCl2
16
12.2.3（1） 钒
•钒在地壳中的含量比锌、铜、铅等普通元素还要多，但分 布很分散，属稀有元素。 •钒被广泛用于制造特种钢和催化剂。
在钛的化合物中，以+4氧 化态的化合物最稳定。二 氧化钛在自然界中有三种 晶型：金红石、锐钛矿和 板钛矿。其中最重要的是 金红石，天然金红石中因 含少量杂质而呈红色或橙 色。
金红石的结构
13
12.2.1（3） 化学性质
•室温下金属钛较稳定，但受热时，钛可与许多非金属，如： 氧、氮、碳、卤素等反应。 •钛在室温下不能与水或稀酸反应，但可溶于浓盐酸或热的 稀盐中形成三价钛离子：
课件化学--d区元素
Ti的丰度居元素分布序列中第十位，属于含量较 为丰富的金属元素。钛的熔点为1680℃，沸点3260℃， 密度为4.5g·cm-3。钛具有特强的抗腐蚀作用，无论在 常温或加热下，或在任意浓度的硝酸中均不被腐蚀。 钛矿物有钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2。
钛或钛合金的密度与人的骨 骼相近，对体内有机物不起化学 反应，且亲和力强，易为人体所 容纳，对任何消毒方式都能适应， 因而常用于接骨、制造人工关节 等。又称为生命金属。
用水浸取除去可溶盐，得海绵状钛，电弧熔 融得钛锭。
§ 2-2 钛的重要化合物
1. 二氧化钛
天然二氧化钛称“金红石”，含杂质。
人工制备纯TiO2俗称“钛白粉”，是优良的白色 涂料，着色力强，遮盖力强，化学稳定性好，优于
除s电子外，d电子可参与成金属键，自左向右未成对价电 子增多，至VIB族（铬族）可能提供6个单电子，相互作用力大， 金属键强，因此在过渡系中，铬族（Cr，Mo，W）熔点最高， 硬度也很大，除Mn和Tc外（熔点反常）随后自左向右熔点又有 规律下降。
铬族价电子层构型: (n-1)d5ns1
熔点变化示意图
此外，钛或钛合金还具有特 殊的记忆功能、超导功能和储氢 功能等。
Zr，Hf是稀有金属，锆矿主要有锆英石ZrSO4， 价电子结构（n－1）d2ns2，d0电子结构较稳定， 所以除最外层s电子，次外层d电子也参加成键， Ti，Zr，Hf最稳定的氧化态是＋4。其次是＋3， ＋2较少见。
由于镧系收缩，铪的离子半径与锆接近，所以
FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O TiOSO4 + 2H2O = H2TiO3 + H2SO4 H2TiO3 = TiO2 + H2O
钛或钛合金的密度与人的骨 骼相近，对体内有机物不起化学 反应，且亲和力强，易为人体所 容纳，对任何消毒方式都能适应， 因而常用于接骨、制造人工关节 等。又称为生命金属。
用水浸取除去可溶盐，得海绵状钛，电弧熔 融得钛锭。
§ 2-2 钛的重要化合物
1. 二氧化钛
天然二氧化钛称“金红石”，含杂质。
人工制备纯TiO2俗称“钛白粉”，是优良的白色 涂料，着色力强，遮盖力强，化学稳定性好，优于
除s电子外，d电子可参与成金属键，自左向右未成对价电 子增多，至VIB族（铬族）可能提供6个单电子，相互作用力大， 金属键强，因此在过渡系中，铬族（Cr，Mo，W）熔点最高， 硬度也很大，除Mn和Tc外（熔点反常）随后自左向右熔点又有 规律下降。
铬族价电子层构型: (n-1)d5ns1
熔点变化示意图
此外，钛或钛合金还具有特 殊的记忆功能、超导功能和储氢 功能等。
Zr，Hf是稀有金属，锆矿主要有锆英石ZrSO4， 价电子结构（n－1）d2ns2，d0电子结构较稳定， 所以除最外层s电子，次外层d电子也参加成键， Ti，Zr，Hf最稳定的氧化态是＋4。其次是＋3， ＋2较少见。
由于镧系收缩，铪的离子半径与锆接近，所以
FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O TiOSO4 + 2H2O = H2TiO3 + H2SO4 H2TiO3 = TiO2 + H2O
d区元素一铬和锰PPT课件
溶于碱。
?如何鉴别 Cr3+ Al 3+
高温时灼烧过的Cr2O3，对酸和碱均为惰性。 与α－Al2O3与之相似
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2. Chromium Hydroxide (Cr(OH)3两性 )
Cr 3
(适量)OH (灰绿)
H Cr(OHΔ)
3 (s)
OH
H
(亮绿色)
Cr(OH)
4
H2O Cr2O3 (绿)
向铬酸盐溶液中加入酸，溶液由黄色变为橙红色;
向重铬酸盐溶液中加入碱，溶液由橙红色变为黄色。
2 CrO42- + 2H+ Cr2O72- + H2O
(黄色)
(橙红色)
pH<2：Cr2O72-为主 pH>6：CrO42-为主
pH＝11 时：Cr(Ⅵ) 几乎 100％ 以 CrO42- 形式存在； pH＝1.2 时：其几乎 100％ 以 Cr2O72- 形式存在。
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②溶解度的影响
Ksp(Ag2CrO4) =1.1×1012 Ksp(Ag2Cr2O7 )=2.0×107
4Ag Cr2O72 H2O 2Ba2 Cr2O72 H2O
2Pb2 Cr2O72 H2O
2Ag2CrO4 (s,砖红) 2H 2BaCrO4 (s,柠檬黄)2H
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Differences between Cr(III) and Al(III)
• 1. 与氧化剂的反应
• Al 3+不表现还原性，与氧化剂无作用。
C碱r(性III条)在件碱：中E
易(C被rO氧24化 /
至Cr(VI)
Cr(OH-)4 )
=
d区元素课件
d区元素
§16.1 铜族元素
一.铜族元素的单质 1.存在 单质：Cu, Ag, Au 矿物：孔雀石：Cu2(OH)2CO3
辉银矿：Ag2S 碲金矿：AuTe2 砂金
2.物理性质 (1) 特征颜色：Cu，Ag， Au (2) 溶、沸点较其它过渡金属低 (3)导电性、导热性好，金属中居首位
Ag>Cu>Au
电解铜，99.9%；电解铝，99.5%。
(4) 金属光泽，延展性好
金可作首饰，编织成各 种形状。一克金能抽成 3公里长的丝，金箔可做 成0.0001 mm的薄片。
3.化学性质 (1) 与O2作用
碱式碳酸铜 Au Ag不与O2发生反应， 当有沉淀剂或配合剂存在时，可反应。
Cu,Ag,Au单质活性依次下降， Cu,Ag可溶 于氧化性酸， Au只溶于王水。
§16.2 锌族元素
一、锌族元素的单质
存在 闪锌矿：ZnS，
(1) 低熔点
物 理
Zn：419℃
性
Cd：321℃
辰砂：HgS 富山事件
质
Hg：-39℃ 日本九州水俣事件
(2) 易形成合金
黄铜：Cu-Zn
汞齐：Na-Hg、Au-Hg、Ag-Hg
化学性质 (1) 与O2的作用：（在干燥空气中稳定） 潮湿：
二、 铜族元素的化合物
1价铜离子d10结构，其化合物难溶于水，固 态时比2价铜的化合物稳定。
难溶物：
CuCl CuBr CuI CuSCN CuCN Cu2S
K
sp
大
小
铜的配合物
Cu(I)的配合物多为2配位
配合物：CuCl2-,CuBr2-,CuI2-,Cu(SCN)2-,Cu(CN)2-
d区元素
Ⅷ 族元素包括铁、钴、镍、钌、铑、钯、 锇、铱、铂九种元素。 第一过渡系的Ⅷ族中的铁、钴、镍元素的 性质相似，称为铁系元素。第二过渡系和第三 过渡系的Ⅷ族中的钌、铑、锇、铱、铂元素统 称为铂系元素。 由于镧系收缩的影响，钌、铑、钯与锇、 铱、铂的性质比较相似，而与铁、钴、镍的性 质差别比较显著。
第一节
二氯化镍存在一系列水合物，均为绿色晶体，加 热逐渐失去结晶水：
二、铁的重要化合物
(一) 氧化物和氢氧化物
铁的氧化物有氧化亚铁、四氧化三铁和氧化 铁。 氧化亚铁是碱性氧化物，溶于酸溶液形成铁 (Ⅱ)盐：
F eO 2 H C l
氧化铁是两性氧化物，但碱性强于酸性。在 低温下制得的氧化铁易溶于强酸生成铁(Ⅲ) 盐。 在 600 ℃以上制得的氧化铁则不易溶于强酸，但 能与碳酸钠共熔时生成铁(Ⅲ)酸盐： Fe 2O 3 N a 2C O 3 2 N aF eO 2 C O 2 ↑ 氧化铁及其水合物具有颜色，可用作颜料。
F eC l 2 H 2 O
四氧化三铁是黑色、具有磁性的物质。铁丝在氧 气中燃烧生成四氧化三铁。粉末状四氧化三铁常作为 颜料，称为 “铁黑”。四氧化三铁可认为是氧化铁与 氧化亚铁的混合物或铁(Ⅲ)酸铁(Ⅱ)Fe(FeO2)2。 铁的氢氧化物有氢氧化亚铁和氢氧化铁，它们都 是难溶于水的弱碱。在亚铁盐、铁盐溶液中加入碱溶 液时，有相应的氢氧化物沉淀生成： F eC l 2 2 N aO H F e(O H ) 2 2 N aC l ↓ F eC l 3 3 N aO H F e(O H ) 3 3 N aC l ↓ 氢氧化铁实际上是含水量不定的水合氧化铁。
Co2O3 和 Ni2O3 具有很强氧化性，溶于强酸溶 液的同时被还原为Co2+ 和 Ni2+： ↑ C o 2O 3 6H C l 2 C o C l 2 C l 2 3 H 2O
11.d区元素
r (M) pm
173 159 143 137
Ei,1 kJ mol
529.7 660.7 720.3 739.3
1
氧化值 +3 +2,+3,+4 +2,+3,+4,+5 +2,+3,+4,+5,+6
Re
Os Ir Pt Au Hg
5d56s2
5d66s2 5d76s2 5d96s1 5d106s1 5d106s2
过渡元素的原子半径
二、过渡元素单质的物理性质
过渡元素的单质通常是高熔点、高沸点、密度 大、导电性和导热性良好的金属。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。产生这种现象的原因是这些金属的原子间除 了主要以金属键结合外，还可能具有部分共价键。 原子中未成对的 d 电子数增多，金属键的部分共价 性增强，导致这些金属单质的熔点升高。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。过 渡元素单质的硬度也有类似的变化规律，硬度最大 的金属是铬。 在过渡元素中，单质密度最大的是第 8 族的锇， 其次是铱、铂、铼。这些金属都比室温下同体积的 水重 20 倍以上，是典型的重金属。
第一过渡系元素的一般性质
价层电 元素 子组态 Sc Ti V Cr 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 熔点/℃ 1541 1668 1917 1907
r (M) 沸点/℃ pm
2836 3287 3421 2679 161 145 132 125
r (M 2+ ) pm
无机化学课件：第8章 d区、ds区元素
稳定性增大
2 V2+(aq) + 2 H3O+(aq)
2V3+(aq) + H2(g) + 2 H2O(l)
2 Cr2+(aq) + 2 H3O+(aq) Mn2+(aq)
2 Cr3+(aq) + H2(g) + 2 H2O(l)
Ni和Cu(当然还有Zn)的稳定水合离子只能是二价的
3. 同族元素族氧化态稳定性变化趋势
8.1.1 金属单质的物理性质
(1) 原子的价电子层构型 (n-1)d1-10ns1-2
(2) 原子半径和电离能
总趋势: 同周期 左→右 小→大 同副族 不规律
(3) 金属单质的物理性质 ●熔点、沸点高
熔点最高的单质： 钨(W) 3683±20℃
●硬度大 硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
d 区金属自左至右族氧化态稳定性下降和低氧 化态稳定上升的趋势可以理解为核电荷逐渐增加， 对价层电子控制能力逐渐加大的结果。
d 电子组态 d1 d2
d3
d4
d5 d6 d7 d8
d9 d10
M2+(aq) Sc2+ Ti2+ V2+ Cr2+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+ Zn2+
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
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3 金属活泼性
钪分族的钪、钇和镧是过渡元素中最活泼的金属
第二、第三过渡系元素的金属单质非常稳定，一般不 易与强酸反应，但浓碱和熔碱可发生反应
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6
4 氧化数
过渡元素除最外层s电子可以成键外，次外层d电子也 可部分或全部参与成键，过渡元素有多种氧化数
(1) 同周期从左向右变化趋势
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7
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8
5 非整比化合物
非整比化合物的其组成在一个较小范围内变动， 保持其结构基本不变 过渡元素易形成非整比化合物
IVB~VIIB族，与原子半径较小的非金属B、C、N等形 成间隙式化合物，它们的组成随金属中溶解的B、C、N 等的量而（比值）改变
比相应的纯金属，其熔点高；硬度大，化学性质不活泼
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多重键
13
Re: 5d56s2 3e Re3+ 5d4
Re3+
↑ ↑ ↑ ↑ —— dz2 dxy dyz dxz dx2-y2
σδ π π
Re3+
↑↑ dz2 dxy
|| 头面 碰对 头面
↑ ↑ —— dyz dxz dx2-y2
| 肩 并 肩
2020/1/6
σ成键 π成键 δ键
同族，从上至下 逐渐增大
2020/1/6
5
2 单质的物理性质
过渡金属外观多呈银白色或灰白色，有光泽
除钪和钛属轻金属外，其余都是重金属，其中以铂系元素最重
多数过渡金属（IIB除外）熔点、沸点高，硬度大
一般认为是过渡元素的原子半径较小，而彼此堆积很紧，同时金 属原子间除了主要以金属键结合外，还可能有部分共价性，这与 金属原子 中部分未成对的(n－1)d 电子也参与成键有关
许多过渡元素及其化合物有独特的催化功能。
在反应过程中，过渡元素可形成不稳定的配合物，这些 配合物作为中间产物可起到配位催化的作用；通过提供适 宜的反应表面，起到接触催化作用，如以V2O5为触媒制取 硫酸。
2020/1/6
12
9 金属原子簇化合物
由于(n-1)d轨道伸展较远，低氧化态离子半径较大，原子 实之间斥力较小，可形成较稳定的“金属-金属”键
3
一、 过渡元素概述
过渡元素包括从IIIB族到第VIII族的8个直列，以及8个直 列之外周期表底端的镧系元素和锕系元素，这些元素都是金 属，也称为过渡金属。
2020/1/6
4
1 过渡元素原子的特征
过渡元素，其原子结构特点一般是(n－1)d1～8ns1～2，所 以也称它们为d 区元素
与同周期主族元 素比，过渡元素 原子半径较小； 各周期从左向右， 半径减小幅度变 小
d 区元素
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1
一、过渡元素概述 二、钛族、钒族元素 三、铬族元素 四、锰族元素 五、铁系元素
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2
一、过渡元素概述
1 过渡元素原子的特征 2 单质的物理性质 3 金属活泼性 4 氧化数 5 非整比化合物 6 化合物的颜色 7 配位催化 8 磁性 9 金属原子簇化合物
2020/1/6
含氧酸根离子，CrO42-、MnO4-等颜色被认为由电荷迁移引起，MnO4紫色是由O2-→ Mn7+电子跃迁(p-d跃迁)吸收峰在可见光18500cm-1处
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10
7 磁性
多数过渡元素原子或离子有未成对的电子，所以具有磁 性；未成对的d电子越多，磁距μ也越大。
未成对d电子数与物质磁性的关系
过渡元素生成含有 金属-金属键的簇状化合物，尤其是 第二、三过渡系元素
两个Re3+沿z轴方向相互靠近时，两个 Re3+的dz2轨道以“头碰头”重叠形成σ 键；两个Re3+ 的dxz轨道dyz轨道以“肩 并肩”重叠形成两个d-dπ键；两个Re3+ 的dxy轨道以“面对面”重叠形成δ键， 说明Re和Re之间形成四重键。
第一过渡系元素的氧化数水合离子的颜色
元素
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
M2+中d电子数 - 2 3 4
5
6 7 8 9 10
[M(H2O)6]2+ 颜色
-
褐
紫
天蓝
浅桃红(几 乎无色)
浅绿
粉红
绿
浅蓝 无色
M3+中d电子数 0 1 2 3
4
567
[M(H2O)6]3+颜色 无 紫 绿 蓝紫 红 浅紫 绿 粉红
从左向右，随原子序数的增加（Sc～Mn） ，元素最高价氧化数 先是增高，但当3d 轨道中电子数超过 5 时，元素最高氧化数又转 向降低（Fe～Ni）。
(2) 同族从上至下变化趋势
Sc、Ti族ⅢB～ⅣB 的最高价氧化态较稳定
ⅢB~ⅦB族最高氧化数与族号相等，Ⅷ 族元素大多达不到 +8
第一过渡系ⅤB～ⅦB元素的最高氧化态不稳定；而第二、三过 渡系的高氧化态比较稳定
离子
VO2+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+
d电子数
Hale Waihona Puke 1 2 3 567 89未成对d电子数 1 2 3 5 4 3 2 1
磁矩(μ)/B.M 1.73 2.83 3.87 5.92 4.90 3.87 2.83 1.73
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8 配位催化
过渡元素易形成配合物，过渡元素原子或离子有能级相 近的轨道 ns, (n-1)d, np，可接受配体的孤电子对；且过渡 元素离子一般半径小，极化力强，对配体有吸引力。
固体电解质（ZrO2, HfO2)用于各类化学电源和电化学器件中； 可用作半导体(ZnO,Cu2O)、超导体(YBaCu3O7-x, x≤0.1)等
TiC、W2C、TiN、TiB熔点都在3000 ℃ 以上，工业上W2C用作 硬质合金
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9
6 化合物的颜色
过渡元素形成的配离子大都显色，与d 轨道未填满电子有关，形成配离 子时受配体场的影响，原本等价的d轨道分裂成eg和t2g轨道；同中心离 子与不同配体形成配合物时，晶体场分裂能不同，则 d-d 轨道跃迁时 所需能量不同，即吸收光波长不同，显示不同的颜色
14
二、 钛族、钒族元素
（一）钛族、钒族元素概述 （二）钛的重要化合物 （三）钒、铌、钽的重要化合物
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15
（一）钛族、钒族元素概述
1、钛、锆、铪
第IVB族—钛副族包括钛、锆、铪三种元素
虽然钛的丰度居第十位，但由于它在自然界存在的分散性 和金属钛提炼的困难，一直被认为是一种稀有金属
钛的主要矿物有钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2。锆和铪是稀 有金属，主要矿物是锆英石ZrSiO4。铪常与锆共生
钪分族的钪、钇和镧是过渡元素中最活泼的金属
第二、第三过渡系元素的金属单质非常稳定，一般不 易与强酸反应，但浓碱和熔碱可发生反应
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4 氧化数
过渡元素除最外层s电子可以成键外，次外层d电子也 可部分或全部参与成键，过渡元素有多种氧化数
(1) 同周期从左向右变化趋势
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8
5 非整比化合物
非整比化合物的其组成在一个较小范围内变动， 保持其结构基本不变 过渡元素易形成非整比化合物
IVB~VIIB族，与原子半径较小的非金属B、C、N等形 成间隙式化合物，它们的组成随金属中溶解的B、C、N 等的量而（比值）改变
比相应的纯金属，其熔点高；硬度大，化学性质不活泼
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多重键
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Re: 5d56s2 3e Re3+ 5d4
Re3+
↑ ↑ ↑ ↑ —— dz2 dxy dyz dxz dx2-y2
σδ π π
Re3+
↑↑ dz2 dxy
|| 头面 碰对 头面
↑ ↑ —— dyz dxz dx2-y2
| 肩 并 肩
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σ成键 π成键 δ键
同族，从上至下 逐渐增大
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2 单质的物理性质
过渡金属外观多呈银白色或灰白色，有光泽
除钪和钛属轻金属外，其余都是重金属，其中以铂系元素最重
多数过渡金属（IIB除外）熔点、沸点高，硬度大
一般认为是过渡元素的原子半径较小，而彼此堆积很紧，同时金 属原子间除了主要以金属键结合外，还可能有部分共价性，这与 金属原子 中部分未成对的(n－1)d 电子也参与成键有关
许多过渡元素及其化合物有独特的催化功能。
在反应过程中，过渡元素可形成不稳定的配合物，这些 配合物作为中间产物可起到配位催化的作用；通过提供适 宜的反应表面，起到接触催化作用，如以V2O5为触媒制取 硫酸。
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9 金属原子簇化合物
由于(n-1)d轨道伸展较远，低氧化态离子半径较大，原子 实之间斥力较小，可形成较稳定的“金属-金属”键
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一、 过渡元素概述
过渡元素包括从IIIB族到第VIII族的8个直列，以及8个直 列之外周期表底端的镧系元素和锕系元素，这些元素都是金 属，也称为过渡金属。
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1 过渡元素原子的特征
过渡元素，其原子结构特点一般是(n－1)d1～8ns1～2，所 以也称它们为d 区元素
与同周期主族元 素比，过渡元素 原子半径较小； 各周期从左向右， 半径减小幅度变 小
d 区元素
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一、过渡元素概述 二、钛族、钒族元素 三、铬族元素 四、锰族元素 五、铁系元素
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一、过渡元素概述
1 过渡元素原子的特征 2 单质的物理性质 3 金属活泼性 4 氧化数 5 非整比化合物 6 化合物的颜色 7 配位催化 8 磁性 9 金属原子簇化合物
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含氧酸根离子，CrO42-、MnO4-等颜色被认为由电荷迁移引起，MnO4紫色是由O2-→ Mn7+电子跃迁(p-d跃迁)吸收峰在可见光18500cm-1处
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7 磁性
多数过渡元素原子或离子有未成对的电子，所以具有磁 性；未成对的d电子越多，磁距μ也越大。
未成对d电子数与物质磁性的关系
过渡元素生成含有 金属-金属键的簇状化合物，尤其是 第二、三过渡系元素
两个Re3+沿z轴方向相互靠近时，两个 Re3+的dz2轨道以“头碰头”重叠形成σ 键；两个Re3+ 的dxz轨道dyz轨道以“肩 并肩”重叠形成两个d-dπ键；两个Re3+ 的dxy轨道以“面对面”重叠形成δ键， 说明Re和Re之间形成四重键。
第一过渡系元素的氧化数水合离子的颜色
元素
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
M2+中d电子数 - 2 3 4
5
6 7 8 9 10
[M(H2O)6]2+ 颜色
-
褐
紫
天蓝
浅桃红(几 乎无色)
浅绿
粉红
绿
浅蓝 无色
M3+中d电子数 0 1 2 3
4
567
[M(H2O)6]3+颜色 无 紫 绿 蓝紫 红 浅紫 绿 粉红
从左向右，随原子序数的增加（Sc～Mn） ，元素最高价氧化数 先是增高，但当3d 轨道中电子数超过 5 时，元素最高氧化数又转 向降低（Fe～Ni）。
(2) 同族从上至下变化趋势
Sc、Ti族ⅢB～ⅣB 的最高价氧化态较稳定
ⅢB~ⅦB族最高氧化数与族号相等，Ⅷ 族元素大多达不到 +8
第一过渡系ⅤB～ⅦB元素的最高氧化态不稳定；而第二、三过 渡系的高氧化态比较稳定
离子
VO2+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+
d电子数
Hale Waihona Puke 1 2 3 567 89未成对d电子数 1 2 3 5 4 3 2 1
磁矩(μ)/B.M 1.73 2.83 3.87 5.92 4.90 3.87 2.83 1.73
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8 配位催化
过渡元素易形成配合物，过渡元素原子或离子有能级相 近的轨道 ns, (n-1)d, np，可接受配体的孤电子对；且过渡 元素离子一般半径小，极化力强，对配体有吸引力。
固体电解质（ZrO2, HfO2)用于各类化学电源和电化学器件中； 可用作半导体(ZnO,Cu2O)、超导体(YBaCu3O7-x, x≤0.1)等
TiC、W2C、TiN、TiB熔点都在3000 ℃ 以上，工业上W2C用作 硬质合金
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6 化合物的颜色
过渡元素形成的配离子大都显色，与d 轨道未填满电子有关，形成配离 子时受配体场的影响，原本等价的d轨道分裂成eg和t2g轨道；同中心离 子与不同配体形成配合物时，晶体场分裂能不同，则 d-d 轨道跃迁时 所需能量不同，即吸收光波长不同，显示不同的颜色
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二、 钛族、钒族元素
（一）钛族、钒族元素概述 （二）钛的重要化合物 （三）钒、铌、钽的重要化合物
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（一）钛族、钒族元素概述
1、钛、锆、铪
第IVB族—钛副族包括钛、锆、铪三种元素
虽然钛的丰度居第十位，但由于它在自然界存在的分散性 和金属钛提炼的困难，一直被认为是一种稀有金属
钛的主要矿物有钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2。锆和铪是稀 有金属，主要矿物是锆英石ZrSiO4。铪常与锆共生