d区元素过渡金属一
第十三章 过渡金属一、二
4、Cr(Ⅲ)化合物 Cr2O3实验室制法： (NH4)2Cr2O7=Cr2O3+N2+4H2O Cr2O3的两性氧化物： Cr2O3+6H+→2Cr3++3H2O Cr2O3+2OH-+3H2O→2Cr(OH)4-(或CrO2-)
Cr3+在水溶液中以Cr(H2O)63+形式存在，为紫 色。铬盐溶液常呈绿色，这是因为内界H2O被 其他离子置换的缘故，如[Cr(H2O)6]Cl3为紫色。 [Cr(H2O)5Cl]Cl2· H2O为淡绿色， [Cr(H2O)4Cl2]· Cl· 2H2O为暗绿色。
第二十部分 过渡金属二
一、铁、钴、镍 1、常见氧化态 有+2、+3，但稳定性不同，Fe一般以+3稳定； +2较易被氧化；Co以+2稳定，+3是强氧化剂； Ni一般只呈现+2，碱性介质存在+3，但氧化 性较强。
2、铁、钴、镍化合物反应性比较 （1）Ni(OH)2只有在强氧化剂(如NaClO)作用 下才能氧化为黑色的NiO(OH) （2）硫氰化物 Fe3++nSCN-→[Fe(NCS)n]3-n n=1～6(血红色) Co2++4SCN-→[Co(NCS)4]2- (兰色) Ni2++4SCN-→[Ni(NCS)4]2- (亮绿色) Co(NCS)42-在水溶液中不太稳定，用有机溶 剂萃取后比较稳定。
（3）将Cr(OH)3在高温下灼烧
2Cr(OH)3=Cr2O3+3H2O
（4）用铝热剂还原Cr2O3
Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3
3、从辉钼矿（MoS2）中制备MoO3的主要步骤: （1）焙烧： 2MoS2+7O2=2MoO3+4SO2 （2）加氨水浸 取： MoO3+2NH3· H2O=(NH4)2MoO4+H2O （3）加(NH4)2S除Cu2+等杂质 Cu(NH3)42++(NH4)2S→CuS↓+2NH4++4NH3↑ （4）酸化析出钼 酸： (NH4)2MoO4+2HCl=H2MoO4↓+2NH4Cl （5）热解： H2MoO4=MoO3+H2O
第二十三章d区金属一第四周期d区金属
生。铪在地壳中的含量为1×10-4%。
• 二、单质的性质和用途
• 钛、锆 、铪 同属周期系IVB族。它们的价电子构型
为(n-1)d2ns。由于在d轨道全空的情况下，原子的结 构是比较稳定的，因此钛、锆 、铪都以失去四个电
子为特征。由于镧收缩的影响，锆 和铪的原子半径
• FeO+H2SO4＝FeSO4+H2O • Fe2O3+3H2SO4＝Fe2(SO4)3+3H2O • 可加入铁屑，使溶液中Fe3+离子还原为Fe2+，然后将溶液
冷却至273K以下，使FeSO4。7 H2O结晶析出。这样既除去 钛液中的杂质，又获得副产品绿钒FeSO4•7 H2O。
• Ti(SO4)z和TiOSO4容易水解而析出白色的偏钛酸沉淀： • Ti(SO4)2+ H2O＝TiOSO4+H2SO4 • TiOSO4+2H2O＝H2TiO3+HzSO4
非常接近，它们的化学性质也很相似，因而二者的分 离工作也较困难。这些元素除主要有氧化态为+IV的 化合物外，钛和铪给生成低氧化合物的趋势更小，这
一点和锗分族相反。由于钛族元素的原子失去四个电 子需要较高的能量，所以它们的M(IV)化合物主要以 共价键结合。在水溶液中主要以Mo2+形式存在，并且 容易水解。这些金属的外观似钢，纯金属具有良好的
• 2-7 过渡元素的配位性
• 前已指出，过渡元素的原子或离子具有(n-1)d，ns和np共
9个价电子轨道。对过渡金属离子而言，其中ns和np轨道 是空的，(n-1)d轨道为部分空或者全空，它们的原子也存 在空的np轨道和部分填充的(n-1)d轨道。这种电子构型都 具有接受配位体孤电子对的条件。因此它们的原子和离子 都有形成配合物的倾向。例如过渡元素一般都容易形成氟 配合物、氰配合物、草酸根配合物等，这些内容将在以后 各节中分别介绍。
过渡金属
r (M) pm
181 160 143
Ei,1 kJ ⋅ mol
4 642.6 642.3 691.2
−1
氧化值 +3 +2,+3,+4 +2,+3,+4,+5
无机化学
4d55s1 2622 4825 136 4d55s2 2157 2334 1963 1555 962 321 4265 4150 3727 3167 2164 765 136 133 135 138 144 149 708.2 707.6 733.7 810.5 737.2 874.0 4d75s1 4d85s1 4d105s0 4d105s1 4d105s2
某些含氧酸根离子具有颜色，如 VO3−、CrO 2− 、 4 4 MnO − 等，通常认为它们的颜色是由电荷迁移引起 4 的。上述离子中的金属原子都处于最高氧化值，其 形式电荷分别为 V5+、Cr6+、Mn7+，它们都具有 d0 电子组态。V5+、 Cr6+、Mn7+ 都有较强的夺取电子 的能力，这些酸根离子吸收了一部分可见光的能量 后，氧阴离子的电荷会向金属离子迁移。伴随着电 荷迁移，这些离子呈现出不同的颜色。
无机化学
第一过渡系金属水合离子的颜色
d 电子数 d0 d1 d2 d3 d3 d4 d4 d5 水合离子 [Sc(H2O)6]3+ [Ti(H2O)6]3+ [V(H2O)6]3+ [V(H2O)6]2+ 颜色 无色 紫色 绿色 紫色 紫色 蓝色 红色 d 电子数 d5 d6 d6 d7 d8 d9 d10 水合离子 颜色
+2,+3,+4,+6,+7 +2,+3, +6 +2,+3 +2,+3 +1,+2 +2
d区元素一(相关知识
d区元素一(相关知识d区元素是指周期表中4d及5d轨道上的元素，通常也被称作过渡金属。
它们在化学性质上表现出中等电负性、高离子化能、高化合价、易氧化以及形成带有镍白色或银白色的亮泽金属外观等特点。
这些元素的最外层电子组态为ns2(n-1)d，在化学反应中，它们借助着这些d轨道上的电子来提高反应速率、稳定物种的结构以及调节电荷分布。
这些元素在生命过程中扮演着很重要的角色，同时也是一些基础材料和高科技产业的重要组成部分，例如高温合金、电池、合成纤维以及电子器件等。
d区元素从第四周期开始，元素逐渐变得稀有，其中的超过一半元素被定性为稀有金属元素。
这些元素的多项化学性质受到它们的外层d轨道上电子的影响。
这些d轨道上的电子数量众多，容易形成配合物，因此它们具有强的络合能力和催化活性。
另外，d区元素之间的相互作用也属于d-d键，因此它们的反应机理也具有研究价值。
d区元素的原子半径比p区的元素要大，因为它们拥有更多的电子，同时原子序数越大，原子半径也会越来越小。
在同一周期内，d区元素的离子半径比p区元素要小，这是因为它们已经失去了一部分电子，离子半径因此变小。
在化学反应中，d区元素通常会表现出它们的多价性，这是因为d轨道上电子的容易发生氧化还原反应，进而形成不同价态的离子。
在配位化学中，d区元素能够形成大量的稠合配合物，因为它们的d轨道可以用来接受配体的配位键，从而形成稳定的配合物。
d区元素中金属的环境共价能力有时候很强，这也是它们常被用来作为催化剂的主要原因。
例如，在氧化反应中，d区元素可以很容易地释放出氧分子，进而形成氧化物。
在还原反应中，d区元素则可以发生电子传递，将电子传递到其他离子或者分子上。
在这些反应中，p区元素通常没有这样的作用。
从原始形态到纯粹化学物质，d区元素产生了众多的应用。
在纯净状态下，它们被用来制造带有镍白色或银白色的亮泽金属外观，这些金属被广泛应用在制造飞机、汽车和高速列车等交通设施中。
元素周期表中的过渡金属
医学应用
01
02
03
药物合成
过渡金属在药物合成中发 挥重要作用，如铂、钴、 镍等金属的配合物用于治 疗癌症的药物研发。
诊断试剂
某些过渡金属离子如铁、 铜、锌等参与生物体内的 代谢过程，可作为生物标 记物用于诊断疾病。
医疗器械
一些具有特殊物理和化学 性质的过渡金属及其合金 用于制造医疗器械，如手 术刀具、植入物等。
环境治理
污水处理
过渡金属化合物在污水处理中具有重要作用 ，能够有效去除水中的重金属离子和有害物 质，保障水质安全。
大气治理
利用过渡金属化合物去除大气中的有害气体 ，如二氧化硫、氮氧化物等，有助于改善空
气质量。
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元素周期表中的过渡金属
CONTENTS
• 过渡金属的概述 • 过渡金属的化学性质 • 过渡金属的物理性质 • 过渡金属的应用 • 过渡金属的发现与开采 • 过渡金属的未来发展
01
过渡金属的概述
定义与特性
定义
过渡金属是元素周期表中d区和ds区 的金属元素，它们具有未填满的d电 子壳层。
特性
过渡金属具有多种氧化态，可以形成 多种复杂的化合物，具有丰富的化学 性质和物理性质。
功能材料
过渡金属化合物在磁性、光学、电学 等方面具有优异性能，可用于信息存 储、光电器件、传感器等领域。
新能源开发
燃料电池催化剂
过渡金属（如铂、钯等）具有良好的催化性能，是燃料电池中重要的催化剂，有助于提 高燃料电池的效率和稳定性。
太阳能电池
过渡金属化合物在太阳能转换方面具有潜在应用价值，能够提高太阳能电池的光电转换 效率和稳定性。
详细描述
过渡金属具有多种氧化态，这是因为它们的d电子可以轻易地参与成键，形成不 同的价态。此外，由于d电子的存在，使得相邻氧化态间的电离能差较小，这使 得过渡金属在化学反应中容易发生氧化还原反应。
d区过渡金属
Ti + 6HF = TiF62- + 2H+ + 2H2↑
钛的制备：
１. 从钛铁矿提取TiO2
磁选精矿，然后硫酸处理，产物用水浸取（加 铁屑防止Fe2+氧化），并低温结晶出FeSO4·7H2O。 过滤，稀释、加热使产物水解，然后加热，得TiO2 。
V2O5 钒酸盐和多钒酸盐
1. 五氧化二钒
物理性质： V2O5为橙黄色或砖红色，无臭，无味，有毒， 微溶于水，100g水溶0.07g V2O5。 制备：2NH4VO3 ＝ V2O5 + 2NH3 + H2O
化学性质：
§ 2-3 锆铪的化合物
因镧系收缩，Zr和Hf半径相似，化学性质 相似，化合物主要是＋4（d0，无色），主要化 合物有MX4和MO2，ZrO2是白色粉末，不溶于 水，未经高温处理的ZrO2能溶于无机酸，但高 温下制得的ZrO2有化学惰性，除HF外，不与其 它酸作用，熔点（2973K）高，是制造坩锅和 高温陶瓷的原料。
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
“锌白”（ZnO）和铅白（2PbCO3·Pb(OH)2）等白
色涂料。TiO2有三种不同晶型：金红石, 锐钛，板钛
第四周期过渡元素的氧化态（红色为常见的氧化态）
第四周期随原子序数增加，氧化态先是逐渐升高，但高氧化 态逐渐不稳定（显强氧化性），随后氧化态又逐渐变小，这种 变化与d电子充填，核电荷依次增高，原子半径逐渐减小有关。
d区金属元素钛钒铬锰实验报告
实验报告：d区金属元素钛钒铬锰背景d区金属元素是周期表中4d和5d区的过渡金属元素，包括钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）和锰（Mn）。
这些元素具有重要的工业应用和科学研究价值。
本实验旨在通过一系列实验方法对这些金属元素进行分析，了解它们的性质和特点。
实验目的1.通过化学反应、物理性质等实验手段分析钛、钒、铬和锰的特性；2.研究这些金属元素在不同条件下的反应行为；3.探究这些金属元素的应用领域及潜在价值。
实验步骤1.钛（Ti）实验：–准备一定浓度的氯化钛溶液；–在试管中加入氯化钛溶液，并观察其颜色变化；–在不同条件下，如加热或与其他试剂反应，观察其反应行为。
2.钒（V）实验：–准备一定浓度的硫酸亚铁溶液和硫酸钠溶液；–将硫酸亚铁溶液滴加到硫酸钠溶液中，观察产生的颜色变化；–在不同条件下，如改变温度或添加其他试剂，观察其反应行为。
3.铬（Cr）实验：–准备一定浓度的硫酸铬溶液；–在试管中加入硫酸铬溶液，并观察其颜色变化；–在不同条件下，如改变pH值或与其他试剂反应，观察其反应行为。
4.锰（Mn）实验：–准备一定浓度的硝酸锰溶液和氯化亚锡溶液；–将氯化亚锡溶液滴加到硝酸锰溶液中，观察产生的颜色变化；–在不同条件下，如改变温度或添加其他试剂，观察其反应行为。
分析钛（Ti）钛是一种轻质、高强度、耐腐蚀的金属，在航空航天、汽车制造和医疗器械等领域有广泛应用。
实验结果显示，在加热时，钛溶液呈现出橙红色，并发生氧化反应，生成了二氧化钛。
钒（V）钒是一种重要的合金元素，在钢铁工业中起着关键作用。
实验结果显示，当硫酸亚铁溶液滴加到硫酸钠溶液中时，产生了深蓝色的络合物。
这种颜色变化可以用来检测钒的存在和浓度。
铬（Cr）铬是一种耐腐蚀的金属，在不锈钢制造、镀铬工艺等方面有广泛应用。
实验结果显示，在酸性条件下，硫酸铬溶液呈现出黄绿色。
而在碱性条件下，它会转变为深绿色。
锰（Mn）锰是一种重要的合金元素，在冶金、电池制造和化学工业中有广泛应用。
元素周期表中的过渡元素
元素周期表中的过渡元素元素周期表是化学中最为重要的工具之一，它按照元素的原子序数排列，将各种元素分类并展示其基本性质。
其中，过渡元素是元素周期表中的一个重要分类。
本文将对过渡元素进行详细的介绍和解析。
一、什么是过渡元素过渡元素，又称过渡金属元素，是指元素周期表中位于d区的元素。
具体来说，它们位于周期表的第4至7周期，并且填充d轨道的电子数量从1至10，即d1至d10。
过渡元素具有一些特殊的性质，使得它们在化学反应和催化过程中起到重要的作用。
二、过渡元素的特性和性质1. 原子结构和电子配置过渡元素的原子结构是它们特殊性质的基础。
由于过渡元素具有填充d轨道的电子，其电子配置比较复杂。
以铁（Fe）为例，其电子配置为 [Ar] 3d^6 4s^2。
可以看出，过渡元素的电子配置中包含了未填满的d轨道和填满的s轨道。
2. 多种化合价和化合物形成过渡元素常常能够形成多种化合价和化合物。
这是因为过渡元素的d轨道中的电子容易发生配位反应，形成不同化合物的结构。
以铜（Cu）为例，它可以形成Cu+和Cu2+两种离子，分别与不同的配体形成多种不同的配合物。
3. 颜色和催化性能过渡元素及其化合物常常具有鲜艳的颜色，这是由于它们的d轨道电子发生跃迁所致。
这种特性使得过渡元素被广泛应用在染料、颜料和催化剂等领域。
例如，钛（Ti）被广泛用于催化剂制备中，而铬（Cr）则用于制造不锈钢。
4. 磁性和电导性由于过渡元素具有未填充的d轨道电子，它们常常表现出良好的磁性和电导性。
例如，铁（Fe）和钴（Co）是常见的磁性材料，可以用于制造磁铁和磁带。
铜（Cu）和银（Ag）则是良好的电导体，广泛用于导线和电路中。
三、过渡元素的应用1. 催化剂过渡元素及其化合物在催化剂制备中具有重要的应用。
催化剂可以加速化学反应速率，降低反应温度和能源消耗。
铂（Pt）和钯（Pd）常被用作催化剂，例如在汽车尾气净化中，它们能将有害气体转化为无害物质。
2. 电池和电子器件过渡元素在电池和电子器件中也发挥着重要的作用。
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TiO2+6HF =H2[TiF6]+2H2O TiO2＋H2SO4＝TiOSO4＋H2O
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具有两性(以碱性为主) TiO2＋H2SO4＝TiOSO4＋H2O
TiO2 + 2NaOH(浓) = Na2TiO3 + H2O Ti4+容易水解得到TiO2+离子——钛酰离子。 TiO2是一种优良白色颜料、催化剂、纳米材料。
按周期划分
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系
按电子层结 构划分
锕系全部 是放射性
元素 4
过渡元素的基本性质 金属的性质
(n-1)d1-9ns1-2 P.276 表11-2。
次外层d电子易于参与成键。
➢ 第一过渡系元素电离能和电负性都比较小， 表明具有较强的还原性(除了IB、IIB)。
➢ 第一过渡系元素的活泼性从左到右还原能力依 次减弱(除了IB、IIB) 。
M + 6HF → H2MF6 + 2H2 4、制备
采用还原法从TiO2制备“海绵钛”。
14
采用还原法从TiO2制备“海绵钛”。 1、制备TiCl4原料。
TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4(g) + O2(g)
∆rGm = 162.7 kJ/mol
TiO2(s) + 2Cl2(g) + C(s) = TiCl4(g)+2CO(g) ∆rGm = -111.9 kJ/mol 2、800～900 oC下还原TiCl4。
有效核电荷较大，对配体提供的电子对有较强
的吸引力，使得形成的配合物很稳定。
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钛
11-2-1、概述 1、通性 a、价电子构型：3d24s2。 b、氧化态： +Ⅱ、+Ⅲ、+Ⅳ。 +Ⅳ(d0)氧化态是常见的稳定的氧化态。 2、物理性质 钛抗腐蚀性强、密度小、亲生物及有记忆性 的金属。
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3、化学性质 常态下稳定，高温下显示其活泼性。 吸附氢气：粉末状单质吸附氢气(TiH(1.7-2.0))。 溶解性： 受热时能溶于浓盐酸、浓硫酸。 HF是最好的溶剂：
IIIB族是它们中最活泼的金属，性质与碱土 金属接近.
c、同族第五、六周期元素性质相似(与ds 区元素性质的相似性不同)。
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过渡元素氧化物的酸碱性
规律： ➢ 最高氧化态的氧化物及其水合物
↗ ↗
碱 性
ⅢB Sc(OH)3
ⅣB ⅤB Ti(OH)4
Y(OH)3 Zr(OH)4
La(OH)3 Hf(OH)4
一、物理性质 金属键强。 最外层s电子和d电子均可以参加成键 。 物理性质的特点：
△ 高熔点 第一过渡系金属从左到右金属的熔点随原
子序数的变化出现两个峰值。
△ 高沸点、密度和硬度较大、顺磁性。
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二、化学性质
活泼性
规律：
a、同周期的过渡元素随着原子序数的增 加活泼性递减(锰例外)；
b、同族过渡元素随着原子序数的增加活 泼性降低(ⅣB~ⅡB通性)。
第十一章 d区元素－过渡金属(一)
11.1 过渡元素的通性 11.2 钛、钒及其化合物 11.3 铬及其化合物 11.4 锰及其化合物 11.5 铁、钴、镍及其化合物
1
第十一章 d区元素－过渡金属(一)
[基本要求] 1．掌握过渡元素的价电子构型特点及其与 元素通性的关系。 2．掌握第一过渡系元素的基本性质。 3．掌握 Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的重要化 合物的性质和用途。
这是因为d电子的跃迁能级一般在可见
光的范围(d10, d0结构的离子无色)
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含氧酸根：
极化导致的电荷迁移。
M-O键极化越显著，酸根颜色越深。
过渡元素的配位性质
过渡元素的配位能力很强。
原因：P.278
a、过渡元素的外层、次外层空轨道的能 量相近， 用 小 ，
TiO2 + BaCO3 BaTiO3 + CO2↑ 偏钛酸钡（具有显著的“压电性能”，用 于超声波发生装置中） 纳米TiO2---重要的光催化材料
ⅥB ⅦB 酸 HMnO4 性 HTcO4 HReO4
酸性↗ 规律与主族相同
➢ 对同一元素的不同氧化态而言，随着氧化态升
高酸性增强，碱性减弱。
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过渡元素水合离子和含氧酸根的颜色
简单离子：有成单的d电子，水合离子显 色。见书277页表11-4。
Mn (Ⅱ) Fe(Ⅱ) Co(Ⅱ) Ni(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ)
TiCl4(l) + 2Mg = 2MgCl2(s) + Ti
∆rGm = -447.0 kJ/mol
3、Ti中少量的MgCl2和Mg可用酸浸取，得到的金属钛如海绵， 故称“海绵钛”。
4、碘化法精炼钛。
110~200 oC
1300~1500 oC
Ti(s) + 2I2(g)
TiI4(g)
Ti(s) + 2I2(g) 15
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过渡元素的氧化值 P.277 表11-3
特点：
a、多种氧化态；
b、同一元素氧化态 一般从+Ⅱ氧化态连 续变化到与族号数相同的最高氧化态。
(ⅧB例外)
c、同一系列随着原子序数的增加，氧化态 先是逐渐升高，然后又逐渐降低。
d、同族过渡元素从上至下，高氧化态趋于 稳定(主族元素是低氧化态趋于稳定)。
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11-2-2、钛的重要化合物
Ti的常见氧化态：+Ⅱ、+Ⅲ、+Ⅳ。 一、Ti(+Ⅳ)化合物
Ti(+Ⅳ)为d0结构，离子无色，抗磁性。 Ti(+Ⅳ)的化合物都是共价型(极化)。 水溶液中的M4+强烈的水解：
Ti4+ + H2O → TiO2+(钛酰基) + 2H+
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在Ti（IV）水溶液中不存在简单的水合配离子 [Ti(H2O)6]4+
过渡元素的原子和离子半径
特点：
a、同周期随原子序数增大缓慢减小； b、同族随原子序数的增大而增大，第二、 三过渡系元素的原子半径相近(镧系收缩)； 镧系收缩：镧系元素的原子半径和离子半径随 着原子序数的增加而逐渐减小的现象。 c、离子半径的变化与原子半径的变化趋势 一致。
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单质的物理性质和化学性质
2
引言
过渡元素: 具有充填d或f电子元素。
过渡元素在周期表中的位置： ⅢB ~ IIB
价电子构型：
d 区: (n-1)d1-10ns1-2 （Pd 4d105s0 ） f 区：（n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2
外过渡族元素（d 区元素） 过渡元素
内过渡元素（f区元素） 3
钇和镧系称 为稀土元素