高淑娟大连理工大学无机化学课件第16章--d区元素(一)
大连理工大学无机化学课件完整版
m(C12H O 22 11) M (C12H O 22 11)
学 基 础
68.4g 342 g mol -1
0.200 mol
教
程
b(C12H O 22 11)
n(C12H O 22 11) m(H2O)
0.200mol 1.0kg
0.200 mol kg -1
Tb = kbb(C12H22O11) = 0.512 Kkgmol-1×0.200mol kg-1
教
程乙酸 391.05
3.07
三氯 甲烷
334.35
3.85
乙醚 307.85 2.02 丙酮 329.65 1.71
例1-4：将68.4 g 蔗糖C12H22O11溶于1.00 kg 水中，求该溶液的沸点。
解：M(C12H22O11) = 342gmol-1
无 机 化
n(C12H O 22 11)
pM = RT
=m/V
1.1.2 气体的分压定律
组分气体：
理想气体混合物中每一种气体叫做组
无 分气体。
机
化 分压：
学
基
组分气体B在相同温度下占有与混合
础 教
气体相同体积时所产生的压力，叫做组分
程 气体B的分压。
pB
nBRT V
分压定律：
混合气体的总压等于混合气体中各组分
气体分压之和。
无
p = p1 + p2 + 或 p = pB
沸点升高：溶液的沸点高于纯溶剂的沸点 的性质，称为溶液沸点升高。
无
实验表明，难挥发非电解质稀溶液的
机 沸点升高与溶质B的质量摩尔浓度成正比：
化 学
Tb = kbbB
大连理工大学无机化学教研室《无机化学》(第5版)(复习笔记 d区元素(一))
16.1 复习笔记一、d区元素概述1．d区元素d区元素处于s区元素和p区元素之间，又称过渡元素。
d区元素价层电子构型为（n-1）d1-10n s1-2，d区元素都是金属元素。
2．d区元素的原子半径和电离能过渡元素的原子半径从左到右的递减比较小，这是由于电子逐一填充到次外的d亚层中。
这些增加的电子处在次外层，有较大的屏蔽作用，使有效核电荷增加不明显，从而使原子的大小变化不大。
主族元素的原子半径，在同一族中从上到下随原子序数的增加而增大，电离能变小，金属性增强。
过渡元素原子半径增大的程度小于主族元素，特别是第二过渡系与第三过渡系相应元素的原子半径很接近，因为镧元素之后增加的l4个元素都属于ⅢB族过渡元素。
在这些元素的原子中，增加的电子几乎都进入外数第三层的4f轨道中，由于f电子的屏蔽作用较大，有效核电荷增大的极少，使镧系元素的原子半径逐渐缩小的不明显（镧系收缩）。
这就造成第二、第三过渡系元素的原子半径比较接近。
相对第二过渡系元素而言，第三过渡系元素有效核电荷较多，电离能较大，金属活泼性减弱。
3．d区元素的物理性质过渡元素单质大多熔点高、沸点高、密度大、硬度大、导电和导热性良好。
其中熔点最高的是钨，密度最大的是锇，硬度最大的是铬。
这可能是因为过渡元素的单质原子半径小，采取紧密堆积时原子间除了s电子外，还有部分d电子参与成键，在金属键之外有部分共价键，因此结合牢固。
4．d区元素的化学性质（1）第一过渡系元素都是比较活泼的金属，而第二、第三过渡系元素不如第一过渡系元素活泼。
这种差异表现在它们和酸的反应上。
第一过渡系金属除了钒和铜外，均能置换酸中的氢放出氢气；第二、第三过渡系金属均不活泼，除了IIIB族的钇，镧以及IIB族的镉外，它们很难和非氧化性酸作用。
如要将它们溶解，需分别选用浓H2SO4，HNO3，王水，HNO3与HF的混酸或者熔碱与它们相作用。
例如：第一过渡系除Cu外均能与稀酸作用，第二、三过渡系仅能溶于王水、氢氟酸，而Ru, Rh, Os, Ir不溶于王水。
无机化学大连理工第十六章-d区元素(一)-习题解
第十六章 d区元素(一) 习题解1.完成并配平下列反应方程式。
（1）2TiO2+ + Zn + 4H+→2Ti3+ + Zn2+ + 2H2O（2）2Ti3+ + 3CO32- + 3H2O →2Ti(OH)3(s) + 3CO2(g)（3）TiO2 + H2SO4(浓) →TiOSO4 + H2O（4）TiCl4 + 3H2O →H2TiO3(s) + 4HCl（5）TiCl4 + 2Mg →2MgCl2 + Ti(s)2.完成并配平下列反应方程式。
（1）V2O5 + 2Cl- + 6H+→2VO2+ + Cl2(g) + 3H2O（2）2NH4VO3→V2O5 + 2NH3(g) + H2O (加热)（3）2VO2+ + SO32- + 2H+→ 2VO2+ + SO42- + H2O（4）5VO2+ + MnO4- + H2O →5VO2+ + Mn2+ + 2H+3．已知下列电对的标准电极电势：VO2+ + 2H++ e-→VO2+ + H2O φθ = 0.9994VVO2+ + 2H++ e-→V3+ + H2O φθ = 0.337VV3+ + e-→V2+φθ = -0.255VV2+ + 2e-→V φθ = -1.2V在酸性溶液中分别用1mol·L-1Fe2+，1mol·L-1Sn2+和Zn还原1mol·L-1的VO2+时，最终得到的产物各是什么（不必计算）？解：查附表六可知：Fe3+ + e-→Fe2+φθ(Fe3+/ Fe2+) = 0.769VSn4+ + 2e-→Sn2+φθ(Sn4+/ Sn2+) = 0.1539VZn2+ + 2e-→Zn φθ(Zn2+/ Zn) = -0.7621V当用1mol·L-1 Fe2+还原1mol·L-1的VO2+时，只能得到VO2+离子；当用1mol·L-1 Sn2+Z 在酸性溶液中还原1mol·L-1的VO2+时，首先被还原为VO2+离子，可继续被被还原为V3+离子。
无机化学D区元素核化学PPT128页
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
无机化学D区元素核化学
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
无机化学课件1
理想气体状态方程：
pV = nRT R---- 摩尔气体常量
在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K
n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
Pa 22.414 10 m pV 101325 R nT 1.0mol 273.15K
3
B
n1 RT n2 RT V p p
nRT RT = n1 n2 p p
VB nB B —称为B的体积分数 V n pB VB = xB = = B , pB = B p p V
例题：天然气是多组分的混合物，其组 成为： CH4,C2H6,C3H8 和 C4H10 。若该混合气 体 的 温 度 为 25℃ 。 总 压 力 为 150.0kPa ， n 总 =100.0mol。n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10) =47.0:2.0:0.80:0.20 。计算各组分的分体积和 体积分数。 解：以CH4的分体积、体积分数为例。
§1.4 真实气体
真实气体与理想气体的偏差
理想气体状态方程仅在足够低的压力下适合 于真实气体。
产生偏差的主要原因是： ①气体分子本身的体积的影响； ②分子间力的影响。
Van der Waals 方程
n ( p a 2 )(V nb) nRT V
a,b称为van der waals常量。 (V-nb)=Videal等于气体分子运动的自由空间 b为1mol气体分子自身体积的影响。
化学学科的分类
按传统分类, 可将化学分为四
大分支: 无机化学, 有机化学, 物理
化学和分析化学。
无机化学的内容为化学的基本原理, 化学 元素的性质和相关的化学反应. 一个重要元素, 即为碳 C，构成了化学的 另外一个重要分支: 有机化学. 详细研究化学的能量变化, 反应机理, 键能, 分子的聚合, 发生的表面和界面的反应等, 可以 归属为物理化学。 分析化学: 包括定性分析和定量测定, 仪器 分析等, 是进行化学研究的基础。
无机化学(第六版)电子教案——大连理工大学 (16)
-1.18
可溶该金 属的酸
元素
各种酸 热HCl， HF
Fe Co
HNO3， HF，浓 H2SO4
Ni
稀HCl， 稀HCl，
H2SO4
H2SO4 等
Cu Zn
E
M2+/M V
-0.409
-0.282
-0.236
+0.339 -0.762
可溶该金 稀HCl， 缓慢溶
属的酸 H2SO4 解在
等
HCl
等酸中
熔融不分解
不分解
失去结晶水
稀HCl， H2SO4
等
HNO3， 稀HCl，
浓热 H2SO4
H2SO4
等
1. 第一过渡系的单质比第二过渡系的单质 活泼；
例如：第一过渡系除 Cu 外均能与稀酸 作用，第二、三过渡系仅能溶于王水、氢氟 酸，而Ru, Rh, Os, Ir 不溶于王水。 2. 与活泼非金属(卤素和氧)直接形成化合物。 3. 与氢形成金属型氢化物：
钛合金牙托 钛骨头
钛合金瓷牙
2. 钛的化合物 钛的价层电子构型：3d24s2 钛可以形成氧化值为 +4，+3，+2，0，-1
的化合物。氧化值为 +4 的化合物比较稳定， 应用较广。如：TiO2。
二氧化钛在工业上用作白色涂料，更重 要的是二氧化钛可以用来制备钛的其他化合 物。
自然界存在的金红石主要成分是TiO2， 由于含有少量的铁、铌、钽、钒等而呈红色 或黄色。金红石的硬度高，化学稳定性好。
16.3.2 铬的化合物
颜色 熔点/℃
CrO3 (铬酐) 暗红色
K2CrO4
黄色
K2Cr2O7 (红矾) 橙红色
高淑娟大连理工大学无机化学第16章--d区元素(一)PPT课件
La
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
族
-
10
原子半径/pm
Cs 250 Rb
过3渡. 径同元增族素大元的，素原但从子五上半、往径六下周原期子(半除
-
21
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
稀 HCl H2SO4
等
总趋势：从左至右活泼性降低。
-
15
E (Ni2+/Ni) =－0.2363V
E (Pd2+/Pd) = +0.92V E (Pt2+/Pt) = +1.2V(估计值)
E Zn2/Zn 0.762V E Cd2/Cd 0.402V E Hg2/Hg 0.852V
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
大连理工大学无机化学课件完整版
p
nRT V
无
机 化 学
pB p
nB n
xB
基 础 教
pB
nB n
pxBp
程
x B B的摩尔分数
例1-2：某容器中含有NH3、O2 、N2等气
体。其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，
n(N2)=0.700mol。混合气体的总压为133kPa。
试计算各组分气体的分压。
无
实验表明，难挥发非电解质稀溶液的
机 沸点升高与溶质B的质量摩尔浓度成正比：
化 学
Tb = kbbB
基 础 教
式中：kb—溶剂的沸点升高系数, K·kg·mol-1 bB —溶质B的质量摩尔浓度, mol·kg-1
程
Tb —难挥发非电解质稀溶液的
沸点升高。
溶剂的沸点升高系数kb只与溶剂的性质有关。 表1-3 常见溶剂的沸点和沸点升高系数
无
p
机
化
学
基
610.6
础
教
程
Tf
Tf 273.15
温度T/K
水溶液的凝固点下降图
实验表明，非电解质稀溶液的凝固点
无 降低与溶质B的质量摩尔浓度成正比：
机 化 学
Tf = kfbB 式中：kf—溶剂的凝固点降低系数,
基
K·kg·mol-1
础 教
bB —溶质B的质量摩尔浓度, mol·kg-1
程
液相与该物质的固相平衡共存时的温度称为该
无 液体的凝固点。
机
常压下水的凝固点为273.15K，此时水和冰
化 学
的蒸汽压均为0.6106kPa。
基 础
溶液的凝固点：固态纯溶剂与溶液中溶剂
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16.1.2 d区元素的物理性质 16.1.3 d区元素的化学性质 16.1.4 d区元素的氧化态 16.1.5 d区元素离子的颜色
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
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.
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 多相催化
被催化的反应
催化剂
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
2SO2 + O2 = 2SO3 N2 + 3H2 = 2NH3 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 2NaCl + 2H2O = Cl2 + 2NaOH + H2 CO + H2 烷烃混合物
第三过渡系 ＞第二过渡系 ＞ 第一过渡系
熔 点 变 化 示 意 图
16.1.3d区元素的化学性质
元素
Sc
E M2/M
---
V
可溶该
金属的 各种酸
酸
元素
Fe
E M2/M -0.409 V
可溶该 稀 HCl
金属的 酸
H2SO4 等
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 H2SO4 Ni
-0.236
稀 HCl H2SO4 等
Cr -0.90
稀 HCl H2SO4
Cu +0.339
HNO3，浓 热 H2SO4
Mn
-1.18
稀 HCl H2SO4
等 Zn
-0.762
稀 HCl H2SO4
等
总趋势：从左至右活泼性降低。
E (Ni2+/Ni) =－0.2363V E (Pd2+/Pd) = +0.92V E (Pt2+/Pt) = +1.2V(估计值)
K
Ba
Sr
200 Ca Y
ⅢB)外由于镧系收缩使其同 族元素原子半径十第第分一二过过接渡渡近系系 ， 导致其元素性质相第似三过。渡系
La
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
Lu
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
族
原子半径/pm
Cs 250 Rb
K
Ba
Sr
200 Ca
过渡元素的原子半径
2. 同一周期元素从左到右 原子半径缓慢减小第一，过到渡系铜 族元素又稍增大。第第二三过过渡渡系系
Y
La
Zr
Hg
150
Sc Hf
Ta
Ti Nb
W Re Os
Ir
Au
Cd
Pd
Ag
V
Mo Tc Ru Rh Pt Cr Mn Fe Co Ni Cu
Zn
100
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ Ⅷ Ⅷ ⅠB ⅡB
族
原子半径/pm
Cs 250 Rb
过3渡. 同元族素元的素原从子上半往径下原子半 径增大，但五、六周期(除
族
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。
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
硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
密度最大的单质： 锇(Os ) 22.48 g·cm-3
●导电性，导热性，延展性好
2. d区元素原子的价电子层构型
(n-1)d1-10ns1-2
3. d区元素的原子半径
~~
核轨
电道
荷上
增，
加最
，外
电层
子只
填有
充 在 次 外 层
1~2
个 电 子
原子半径/pm
Cs 250 Rb
K
Ba
Sr
200 Ca
过渡元素的原子半径
1. 过渡元素原子半径一般比
较小。
Y
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系
E Zn2/Zn 0.762V E Cd2/Cd 0.402V E Hg2/Hg 0.852V
总趋势：从上到下活泼性降低。
16.1.4 d区元素的氧化态
有多种氧化态。红色为常见的氧化态。
16.1.4 d区元素的氧化态
元 素 Sc Ti V
+2 +2
+3 +3 +3
氧化态
+4 +4
+5
Fe +2、+3 Ru +4 Os +4、+6、+8
Cr Mn Fe Co Ni
+2 +2 +2 +2 +2
+3 +3 +3 +3 +3
+4
+4 +4
+6 +6 +7
+6
(划横线表示常见氧化态)
左 氧化态先升高后降低 右 上 同族 高氧 化态 趋向 下 稳定
浓度和酸度 是影响多酸形 成的重要因素， 在浓度和酸度 较大时含氧酸 根发生聚合， 形成以氧原子 为公共连接的 多酸根。
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.
1ห้องสมุดไป่ตู้.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
本章将重 点学习从 钛(Ti)到镍 (Ni)这7个 元素，还 要适当了 解我国的 丰产元素 钼(Mo)和 钨(W).
无机化学
第十六章 d区元素(一)
Inorganic Chemistry
第十六章 d区元素(一) §16.1 d区元素概述 §16.2 钛 钒 §16.3 铬 钼 钨 多酸型配合物 §16.4 锰 §16.5 铁 钴 镍 *§16.6 铂系元素简介p592 *§16.7 金属有机化合物p594
§16.1 d区元素概述
不同酸度和浓度时V(V)的各种存在形态
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