信阳师范大学：《无机化学》课程电子教案（PPT教学课件）第二十二章 铁系元素和铂系元素

22-1铁、钴、镍的单质 Ⅷ族 Fe Co Ni 铁系 Ru Rh Pd 铂系 Os Ir Pt 价电子构型 重要氧化值 Fe 3d64s2 +2,+3,（+6) Co 3d74s2 +2,+3,(+5) Ni 3d84s2 +2,+3,(+4) 最高氧化值不等于族序数

Ⅷ族 Fe Co Ni 铁系 Ru Rh Pd Os Ir Pt 铂系 最高氧化值不等于族序数。 价电子构型 重要氧化值 Fe 3d6 4s2 +2,+3, (+6) Co 3d7 4s2 +2,+3,(+5) Ni 3d8 4s2 +2,+3,(+4) 22-1 铁、钴、镍的单质

铁、钴、镍在+2、+3氧化态时，半径较小， 又有未充满的轨道，使它们有形成配合物的强烈 倾向，尤其是Co(Ⅲ)形成配合物数量特别多。 许多铁、钴、镍合金是很好的磁性材料。 赤铁矿：Fe2O3;磁铁刊矿：Fe3O4; 黄铁刊矿：FeS2; 辉钴矿矿：CoAsS; 镍黄铁矿：NiS·FeS;

铁、钴、镍在+2、+3氧化态时，半径较小， 又有未充满的d轨道，使它们有形成配合物的强烈 倾向，尤其是Co(Ⅲ)形成配合物数量特别多。 许多铁、钴、镍合金是很好的磁性材料。 •赤铁矿：Fe2O3；磁铁矿：Fe3O4； •黄铁矿：FeS2； •辉钴矿：CoAsS； •镍黄铁矿：NiS·FeS；

22-1-2铁系元素的基本性质 1.物理性质： Fe、Co、Ni—均为银白色金属，铁磁性物质。其合金是良 好的磁性材料。钴硬而脆。 例：A-Ni一Co Co-Fe-Cr Sm-Co Nd一Fe一B(第三代永磁材料) AMS永磁铁 一种Nd一Fe一B合金，磁场强度1400高斯 (对比：地球磁场地0.5高斯)，重达2吨，制成a-磁谱仪， 1998.6.1随“发现号”航天飞机升空，探测宇宙空间中的“反物质” 和“暗物质”。丁肇中介绍：中科院生产的Nd一Fe一B永磁铁磁 场强度高。 20世界是“钢铁世纪” C0一制永磁材料。 Ni一制不锈钢（例9%Ni、18%Cr-Fe合金)和永磁材料

22-1-2 铁系元素的基本性质 1. 物理性质： Fe、Co、Ni ——均为银白色金属，铁磁性物质。其合金是良 好的磁性材料。钴硬而脆。 例： Al—Ni—Co Co—Fe—Cr Sm—Co Nd—Fe—B (第三代永磁材料) AMS永磁铁 —— 一种Nd—Fe—B合金，磁场强度1400高斯 （对比：地球磁场地0.5高斯），重达2吨，制成α-磁谱仪， 1998.6.1随“发现号”航天飞机升空，探测宇宙空间中的“反物质” 和“暗物质”。丁肇中介绍：中科院生产的Nd—Fe—B永磁铁磁 场强度高。 20世界是“钢铁世纪” Co — 制永磁材料。 Ni — 制不锈钢（例9% Ni、18% Cr - Fe合金)和永磁材料

2.化学性质 Φ9、 Fe2+/Fe -0.44V Co2+/Co -0.28V Ni2+Ni -0.26V Fe3+/Fe2+ +0.77V '.Fe、Co、Ni是中等活泼金属，且金属性Fe>Co>Ni (1)R.T.干燥，Fe、Co、N不易被氧化；但有H,O或受热， Fe易被氧化： 02 Fe,O Fe+ C FeCl; S(s) △ FeS Co、Ni表层有致密氧化面膜保护， R.T.对空气和水均稳定

2. 化学性质 (1) R.T.干燥，Fe、Co、Ni不易被氧化；但有H2O或受热， Fe易被氧化： Fe + O2 Fe3O4 Cl2 FeCl3 S(s) Δ FeS φ A Fe2+ / Fe - 0.44 V Co2+ /Co - 0.28 V Ni2+ / Ni - 0.26 V Fe3+/Fe2+ + 0.77 V ∴Fe、Co、Ni是中等活泼金属,且金属性Fe > Co > Ni Co、Ni 表层有致密氧化面膜保护， R.T. 对空气和水均稳定

(2)从非氧化性酸（盐酸、稀疏酸）中置换出H2: M+2Ht=M2++H,↑ Co、Ni(反应缓慢) 作用程度：Fe>Co>Ni (3)R.T.与浓酸“钝化” 单质浓H,SO, 稀硝酸 浓HNO3 浓碱溶液 Fe 钝化* 作用 钝化* 缓慢反应Fe(OHD2+H2 L-Fe(OH)3 Co 钝化* 作用 作用 Ni 钝化* 作用 作用 * 可用铁罐贮存浓H,SO4浓HNO3。 **“熔碱试验”用镍坩埚，不用铁坩埚、陶瓷（硅酸盐）坩埚、 石英(SiO,)坩埚，P坩埚。（钴硬而脆，延伸性较差）

(2) 从非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）中置换出H2： M + 2H+ = M2+ + H2↑ Co 、 Ni (反应缓慢) 作用程度：Fe > Co > Ni (3) R.T .与浓酸“钝化” 单质 浓H2 SO4 稀硝酸 浓HNO3 浓碱溶液 Fe 钝化* 作用 钝化* 缓慢反应Fe(OH)2 +H2 └→Fe(OH)3 Co 钝化* 作用 作用 Ni 钝化* 作用 作用 * 可用铁罐贮存浓H2 SO4、浓HNO3。 ** “熔碱试验”用镍坩埚，不用铁坩埚、陶瓷（硅酸盐）坩埚、 石英（SiO2）坩埚，Pt坩埚。(钴硬而脆，延伸性较差)

△GEFV) 酸性介质 碱性介质 Fe0,2(6.49) Ni10,2(6.44) 5 4 Co0,3.07) 3 i0,(-0.46) 2 C03(1.27 1- Fe02(0.39) 0 Co2(-0.55/ io,2(0.34) Ni(51Fe (0.1) 入 fe1-0.88o0065 > Co(QH)1-1.3) -2 Fe(OH2。 3 (1.73) Fe(OH),(-2.31) 图8-14Fe、Co、Ni的△GeF-Z图

0 1 2 3 4 5 6 7 8 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 Z ΔGε /F(V) 图 8-14 Fe、Co、Ni的 ΔGε /F-Z 图 _酸 性 介 质 -碱 性 介 质 Fe(OH)2 (-1.73) Fe(OH)3 (-2.31) Co(OH)2 Ni(OH)2 (-1.44) Co(OH)3 (-1.3) CoO2 (-0.6) NiO4 2-(0.34) FeO4 2-(0.39) Fe2+(-0.88) Fe3+(-0.11) FeO4 2-(6.49) Ni2+(-0.51) NiO2 (-0.46) NiO4 2-(6.44) Co2+(-0.55) Co3+(1.27) CoO2 (3.07)

铁的冶炼 Ore, limestone. coke- Fe20(s+3C0(g)→2Fe(0)+3C02(g) Waste gases 500@ 00C 200C Hot air 1700C Slag Molten out iron out Molten iron

铁的冶炼

22-2铁 一、铁的化合物 1、 氧化物和氢氧化物 铁有三种氧化物：FeO、Fe3O4、Fe203。 FO弱碱性，溶于酸，不溶于碱和水。无氧条件下， 亚铁盐与碱反应可生成白色胶状的F(OHD2,氢氧化亚 铁呈碱性，也可溶于浓碱F(OHD64。在有氧情况下 迅速变暗，生成红棕色的水合氧化铁。 F2O3及其水合物有微弱的两性，碱性强于酸性， 只有新沉淀的Fe(OHD3可溶于热的浓KOH溶液中。 Fe(OHD3(s)+3KOH(浓)△K3Fe(OHD6l(aq) (新制备)

22-2 铁 一、铁的化合物 1、氧化物和氢氧化物 FeO弱碱性，溶于酸，不溶于碱和水。无氧条件下， 亚铁盐与碱反应可生成白色胶状的Fe(OH)2，氢氧化亚 铁呈碱性，也可溶于浓碱[Fe(OH)6 ] 4-。在有氧情况下 迅速变暗，生成红棕色的水合氧化铁。 Fe2O3及其水合物有微弱的两性，碱性强于酸性， 只有新沉淀的Fe(OH)3可溶于热的浓KOH溶液中。 Fe(OH)3 (s) + 3 KOH (浓) K3 [Fe(OH)6 ] (aq) (新制备)  铁有三种氧化物：FeO、Fe3O4、Fe2O3

2.铁的重要盐类 二价铁与三价铁的强酸盐都易溶于水，且在水 中因为水解而使溶液呈酸性。弱酸盐则难溶于水。 [Fe(H2O)]2+-[Fe(OH)(H2O)s]++H 淡绿 K9=10-9.5 [Fe(HO)6]3+=[Fe(OH)H2O)5]2+H 淡紫 K9=10-3.05 二价盐一般为浅绿色，三价盐一般为红棕色

2.铁的重要盐类 淡绿 [Fe(H2O)6 ] 2+ [Fe(OH)(H2O)5 ] ++H+ [Fe(H2O)6 ] 3+ [Fe(OH)(H2O)5 ] 2++H+ 淡紫 =10 K -9.5 =10-3.05 K 二价铁与三价铁的强酸盐都易溶于水，且在水 中因为水解而使溶液呈酸性。弱酸盐则难溶于水。 二价盐一般为浅绿色，三价盐一般为红棕色

硫酸亚铁 含有七个结晶水的硫酸亚铁俗名绿矾。 ERN:Fe0}1.91Fe3t0.769Fe2+-0.4089Fe EsV:FeO0.9Fe(OH)3-0.546&Fe(OH)2-0.8914Fe Ee(02/H20)=1.229V Fe2+具有还原性：（保存Fe2+溶液应加入Fe) 4fe2++02+4Ht→4Fe3++2H20 6Fe2++Cr,0号+14H→6Fe3++2Cr3++7H,0 5Fe2++MnO+8H*>5Fe3++Mn2++4H,O 疏酸亚铁铵（摩尔盐)，较稳定，还原试剂

硫酸亚铁 Fe2+具有还原性：(保存Fe2+溶液应加入Fe) 4Fe O 4H 4Fe 2H2 O 3 2 2 + + ⎯→ + + + + E (O2 /H2O) =1.229V /V : FeO 0.9 Fe(OH)3 0.5468 Fe(OH)2 0.8914 Fe 2 4 - - - EB /V : FeO 1.91 Fe 0.769 Fe 0.4089 Fe 2 3 2 4 - - + + EA 5Fe MnO 8H 5Fe Mn 4H2 O 3 2 4 2 + + ⎯→ + + + - + + + 6Fe Cr O 14H 6Fe 2Cr 7H2 O 2 3 3 2 7 2 + + ⎯→ + + + - + + + 含有七个结晶水的硫酸亚铁俗名绿矾。 硫酸亚铁铵（摩尔盐），较稳定，还原试剂