9 d区和ds区元素选述（课件）- 《无机化学》同步教学（清华大学版）

第9章 d区和ds区元素选述 d区、ds区元素 过渡元素 电子进入d轨道上的一系列元素 金属元素 过渡金属 ◆ ⅢB族的钪、钇，镧和其他镧系元素性质相似 ◆第四周期的过渡元素称为第一过渡系元素 (自然界储量多，单质和化合物应用广泛) ◆第六周期的元素称为第三过渡系元素 称为稀土元素 ◆第五周期的元素称为第二过渡系元素 9.1 d区元素的通性 9.2 钛和钛的重要化合物 9.3 铬、钼、钨及其重要的化合物 9.4 锰和锰的重要化合物 9.5 铁系元素及其重要的化合物 9.6 铂系元素 9.7 ds区元素选述 本章主要内容 9.1.1 d区元素原子结构的特征 ◆元素原子半径的变化规律导致第二和第 三过渡系同族元素在性质上的差异比第 一和第二过渡系相应的元素要小 价层电子构型： (n-1)d1~9ns1~2（有个别例外） ◆易提供难接受电子 ◆金属性比同周期p区元素的强 特征： 9.1 d区元素的通性 9.1.2 d区元素的性质 1. 金属活泼性 同族元素的原子半径自上而下依次增加不大，而核电荷依次增加较多。 有些仅能溶于王水或氢氟酸中，如锆、铪等， 有些甚至不溶于王水，如钌、铑、锇、铱等。 与酸作用有两种情况： 第一过渡系都能溶于稀的盐酸或硫酸； ⅢB族除外，其他各族自上而下活泼性均减弱。 第二、三过渡系的单质大多较难发生类似反应。 原因 2．氧化数 过渡元素最显著的特征之一是具有多种氧化数 ◆第二、三过渡系元素的氧化数变化趋势与第 一 过渡系元素一致，但最高氧化数化合物稳定， 而低氧化数的氧化物不常见。 ◆第一过渡系元素最高氧化数逐渐升高，3d轨 道中电子数超过5时，最高氧化数又逐渐降低。 ◆同族自上而下，高氧化数的化合物趋向稳定， 与p区ⅢA、ⅣA、ⅤA族元素相反。 ◆能形成氧化数为0、-1、-2、-3、的化合物。 3．离子的颜色 ◆晶体场分裂能不同，d-d跃迁所需能量不同， 吸收光的波长不同，配位个体所显的颜色不 同。 过渡元素的另一特征： 形成的配位个体大都具有颜色 ◆ d轨道未填满电子，受配位体场的影 响，d轨道分裂成eg和t2g轨道； 原因 第一过渡元素低氧化数水合离子的颜色 元素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni M2+中 d电子数 - 2 3 4 5 6 7 8 [M(H2O)6]2+ 颜色 - 褐 紫 天蓝 浅桃红 浅绿 粉红 绿 M3+中 d电子数 0 1 2 3 4 5 6 7 [M(H2O)6]3+ 颜色 无 紫 绿 蓝紫 红 浅紫 绿 粉红 4．配合性 ◆有较强的形成配合物的倾向，甚至一些原子也能形成配合物，如： [Ni(CO)4]、[Fe(CO)5]、[Mn2(CO)10]、[Co2(CO)8] 过渡元素易形成配合物 ◆具有能级相近的价电子轨道(n-1)d、ns、np 接受配位体的孤电子对， ◆离子半径较小，最外电子层为未填满的dx构型，具有较高的核电荷，对配体有较强的吸引 力和极化作用。 原因 5．磁性和催化性 原子和离子具有未成对的电子存在， 未成对的d电子数越多，磁矩μ越大。 未成对d电子与物质磁性的关系 形成体 VO2+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ d电子数 1 2 3 5 6 7 8 未成对d电子数 1 2 3 5 4 3 2 磁矩μ/ B. M. 1.73 2.83 3.87 5.92 4.90 3.87 2.83 具有顺磁性 原因 反应过程中，可形成不稳定的配合物，作 为中间产物可起到配合催化的作用。 具有独特的催化性能 ◆将SO2氧化为SO3时，所用的催化剂是V2O5； ◆烯烃的加氢反应，常用Pd（钯）作催化剂。 原因 9.2.1 钛的性质和用途 中国的钛储量约占世界的一半 钛是ⅣB族的第一个元素 因存在的分散性和提炼的困难 稀有金属 钛在地壳中的含量比较丰富 重要矿石：金红石、钛铁矿和矾钛铁矿 9.2 钛和钛的重要化合物 银白色 金属光泽 延展性好 钛的 物理性质 熔点高 密度小 耐磨、耐低温 无磁性 (浓盐酸或热的稀盐酸) 钛的化学性质 受热时可与许多非金属反应： Ti + O2 TiO2 红热 573K Ti + Cl2 TiCl4 6Ti + N2 Ti3N 1073K 2Ti + 6HCl = 2TiCl3 + 3H2↑ Ti + 4HNO3 = H2TiO3↓+ 4NO2↑+ H2O (使钛钝化) Ti + 6HF = 2H+ + [T