肇庆学院：《无机化学》课程教学资源（课件讲稿）第23章 d区元素金属（第四周期d区金属）

第23章d区元素金属（一）第四周期d区金属教学要求：1、掌握过渡元素的价电子构型的特点及其元素通性的关系。2、掌握过渡元素钛、钒、铬、钼、钨和锰的单质及化合物的性质和用途，一般了解同多酸和杂多酸知识3、掌握铁、钻、镍单质及其重要化合物的性质、结构和用途。本章重点：过渡元素的基本性质，钛、钒、铬、锰、铁、钻、镍的单质及化合物的化学性质性质。本章难点：过渡元素的价电子构型，过渡元素的单质及化合物的化学性质性质

第23章 d区元素金属（一）第四周期d区金属 教学要求： １、掌握过渡元素的价电子构型的特点及其元素通性的关系。 ２、掌握过渡元素钛、钒、铬、钼、钨和锰的单质及化合物的 性质和用途，一般了解同多酸和杂多酸知识。 3、掌握铁、钴、镍单质及其重要化合物的性质、结构和用途。 本章重点：过渡元素的基本性质，钛、钒、铬、锰、铁、 钴、镍的单质及化合物的化学性质性质。 本章难点：过渡元素的价电子构型，过渡元素的单质及化 合物的化学性质性质

第23章d区元素金属（一）第四周期d区金属引言23123--2第一过渡系元素的基本性质323-钛234钒-523-铬23-6锰237铁钴镍238

23—1 引言 23—2 第一过渡系元素的基本性质 23—3 钪 23—4 钛 23—5 钒 23—6 铬 23—7 锰 23—8 铁 钴 镍 第23章 d区元素金属（一）第四周期d区金属

引言231VIIBI B I AIIA IIIB IVB VB VIB VIBIBLiBeNaMgVKCaScTiCrMnCuZnFe Co NiRbSrYZrNbTcCdMoRu Rh PdAgLa*WBaHfTaReCsOs Ir PtAuHgAc*FrRa

ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅧB ⅠB ⅡB Li Be Na Mg K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd Cs Ba La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Fr Ra Ac* 23—1 引言

232第一过渡系元素的基本性质过渡元素的共同性质：1、它们都是金属。硬度较大（铬）、熔点高（钨）、密度大（钱)，导热、导电性能好，延性及展性好，易生成合金。2、大部分过渡金属的电极电势为负值，即还原能力较强(金属性较强)。3、除少数外，都存在多种氧化态。它们的水合离子和酸根离子常呈现一定的颜色4、由于具有部分填充的电子层，它们能形成一些顺磁性化合物。5、原子或离子形成配合物的倾向都较大这些共同的性质都与它们的电子构型有关

过渡元素的共同性质： 1、它们都是金属。硬度较大（铬）、熔点高（钨）、密 度大（锇)，导热、导电性能好，延性及展性好，易生成 合金。 2、大部分过渡金属的电极电势为负值，即还原能力较 强(金属性较强)。 3、除少数外，都存在多种氧化态。它们的水合离子和 酸根离子常呈现一定的颜色。 4、由于具有部分填充的电子层，它们能形成一些顺磁 性化合物。 5、原子或离子形成配合物的倾向都较大。 这些共同的性质都与它们的电子构型有关。 23—2 第一过渡系元素的基本性质

2-1过渡元素的电子构型ScTiVCrFeNi元素MnCo价电子构型3d14s23d24s2Bd34s2Bd54slBd54s2Bd64s23d74s2Bd84s2YZrNbTcRuRhPdMo元素价电子构型4d15s24d25s24d45sl4d55sl4d55s24d75sl4d85s14d105s0HfWIr元素LaTaReOsPt价电子构型5d16s25d26s25d36s25d46s25d56s25d66s25d76s25d96sl从上表可以看出，d区元素的价电子层构型特征是：(n-1)dl~10nsl~2，它们具有二个未充满的电子层。这些元素的最外层和次外层电子都可以参与成键，这种构型的特殊性使过渡元素在许多性质上有共同之处，也决定了它们的性质与主族元素的差异

2-1 过渡元素的电子构型 元 素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni 价电子构型 3d 14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 元 素 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd 价电子构型 4d 15s2 4d25s2 4d45s1 4d55s1 4d55s2 4d75s1 4d85s1 4d105s0 元 素 La Hf Ta W Re Os Ir Pt 价电子构型 5d 16s2 5d26s2 5d36s2 5d46s2 5d56s2 5d66s2 5d76s2 5d96s1 从上表可以看出，d区元素的价电子层构型特征是： (n-1)d1~10ns1~2 ，它们具有二个未充满的电子层。这些元 素的最外层和次外层电子都可以参与成键，这种构型的 特殊性使过渡元素在许多性质上有共同之处，也决定了 它们的性质与主族元素的差异

2-2、过渡元素的氧化态过渡元素可呈多种氧化态。原因是由于它们的原子最外两层((n-1)dl~9nsl~2)所填充的电子未达饱和，而且(n-1)d和ns轨道能量相近，除ns电子成键外，（n-1)d电子也可能部分或全部参与成键。第一过渡系元素的氧化态VTi元素ScCrMnFeCoNi氧化态+ II+ II+ II+ II+ II+ II+ II+III+III+III+III+III+III+III+III+IV+IV+IV+IV+IV+V+VI+VI+VI+VII

过渡元素可呈多种氧化态。原因是由于它们的原子最外两 层((n-1)d1~9ns1~2)所填充的电子未达饱和，而且(n-1)d和ns轨道能 量相近，除ns电子成键外，(n-1)d电子也可能部分或全部参与成 键。 第一过渡系元素的氧化态 元 素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni 氧化态 +Ⅱ +Ⅱ +Ⅱ +Ⅱ +Ⅱ +Ⅱ +Ⅱ +Ⅲ +Ⅲ +Ⅲ +Ⅲ +Ⅲ +Ⅲ +Ⅲ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅳ +Ⅳ +Ⅳ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ +Ⅵ +Ⅵ +Ⅶ 2-2、过渡元素的氧化态

d区元素氧化态变化具有一定的规律性：A、同一周期中，从左到右氧化态先逐渐升高（+III→+VI）随后逐渐降低（+III→+II），除VI族外，各副族元素的最高氧化数族号。这种变化规律主要与d轨道中的成单电子数有关，从左到右d轨道的单电子数依次增加，氧化数逐渐升高，但当d电子超过5时，单电子数又逐渐减小，使d电子难于失去，氧化数又降低B、在同一族中，自上而下，高氧化态趋于稳定。这是因为随周期数的增加，(n-1)d和ns轨道的能量差越来越小，(n-1)d电子容易全部参加成键的原因

d区元素氧化态变化具有一定的规律性： A、同一周期中，从左到右氧化态先逐渐升高 （+Ⅲ→+Ⅶ）随后逐渐降低（+Ⅲ→+Ⅱ），除Ⅷ 族外，各副族元素的最高氧化数=族号。这种变化 规律主要与d轨道中的成单电子数有关，从左到右， d轨道的单电子数依次增加，氧化数逐渐升高，但 当d电子超过5时，单电子数又逐渐减小，使d电子 难于失去，氧化数又降低。 B、在同一族中，自上而下，高氧化态趋于稳定。这 是因为随周期数的增加，(n-1)d和ns轨道的能量差 越来越小， (n-1)d电子容易全部参加成键的原因

为什么p区元素氧化数的改变往往是不连续的，而d区元素往往是连续的？p区元素除了单个p电子首先参与成键外，还可依次拆开成对的p电子，甚至ns2电子对，氧化数总是增加2。d区元素增加的电子填充在d轨道，d与s轨道接近，d电子可逐个地参加成键

为什么 p 区元素氧化数的改变往往是不连续 的，而 d 区元素往往是连续的？ d 区元素增加的电子填充在 d 轨道，d 与 s 轨道 接近 ，d 电子 可逐个地参加成键。 p 区元素除了单个 p 电子首先参与成键外，还可 依次拆开成对的 p 电子，甚至 ns 2 电子对，氧化数 总是增加 2

2-3、过渡元素氧化物的酸碱性过渡元素最高氧化态的氧化物及其对应的氢氧化物（或氧化物的水合物）酸碱性的递变规律与主族元素相似。过渡元素最高氧化态水合氧化物的酸碱性VBVIBIIIBIVBVIB碱性增强Sc(OH)2Ti(OH)4HVO3H,CrO4HMnO4两性酸性弱碱性弱酸性强酸性Y(OH)2HTcO4Zr(OH)4Nb(OH)sH,Mo04酸性中强碱两性弱酸性两性偏碱La(OH)2Ta(OH)sHReO4Hf(OH)4H,WO4强碱两性弱酸性弱酸性两性偏碱酸性增强

过渡元素最高氧化态的氧化物及其对应的氢氧化 物（或氧化物的水合物）酸碱性的递变规律与主族 元素相似。 过渡元素最高氧化态水合氧化物的酸碱性 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Sc(OH)2 Ti(OH)4 HVO3 H2CrO4 HMnO4 弱碱性 两 性 弱酸性 酸 性 强酸性 Y(OH)2 Zr(OH)4 Nb(OH)5 H2MoO4 HTcO4 中强碱 两性偏碱 两 性 弱酸性 酸 性 La(OH)2 Hf(OH)4 Ta(OH)5 H2WO4 HReO4 强 碱 两性偏碱 两 性 弱酸性 弱酸性 碱 性 增 强 酸性增强 2-3、过渡元素氧化物的酸碱性

同一过渡元素的氧化态越高，其氧化物(或水合氧化物)的酸性越强；氧化态越低，其氧化物(或水合氧化物)的碱性越强锰的氧化物的酸碱性+ II+III+IV+VI+VII锰的氧化态氧化物MnOMn,O3MnO,MnO3Mn2O7酸碱性碱性酸性酸性弱碱性两性

同一过渡元素的氧化态越高，其氧化物(或水合 氧化物)的酸性越强；氧化态越低，其氧化物(或水 合氧化物)的碱性越强。 锰的氧化物的酸碱性 锰的氧化态 +Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅵ +Ⅶ 氧 化 物 MnO Mn2O3 MnO2 MnO3 Mn2O7 酸 碱 性 碱 性 弱碱性 两 性 酸 性 酸 性