沈阳师范大学：《无机化学》课程教学课件（讲稿）第20章 过渡元素（二）铁系和铂系元素

第20章(二)过渡元素铁系和铂系元素

第20章 过渡元素（二） 铁系和铂系元素

1.铁系元素本章内容2.铂系元素本章基本要求1.掌握铁、钴、镍的+2，+3氧化态稳定性变化规律以及这些氧化态化合物在反应性上的差异。熟悉铁、钻、镍的重要配合物。2．了解铂及其重要化合物的性质

1. 铁系元素 2. 铂系元素 1．掌握铁、钴、镍的+２，+３氧化态稳定 性变化规律以及这些氧化态化合物在反应性 上的差异。熟悉铁、钴、镍的重要配合物。 2．了解铂及其重要化合物的性质。 本章内容 本章基本要求

概述VIIB铁系元素NiFeCo第VIIB族元素PdRh[Ru铂系元素包括九种元素PtOsIr铂系元素稀有元素贵金属金、银+铂系元素价电子层结构：(n-1)d*ns2（x=6、7、8)例外：Ru4d75sl，Rh4d85sl，Pd4d105s°，Pt5d6sl过渡元素（二）的最高氧化态：只有Os、Ru形成+8氧化态其余都小于8过渡元素（二）的d轨道上的电子只能部分参与成键

ⅧB Fe Co Ni Ru Rh Pd Os Ir Pt 铁系元素 铂系元素 概述 第ⅧB族元素 包括九种元素 过渡元素(二)的d轨道上的电子只能部分参与成键 过渡元素(二)的最高氧化态：只有Os、Ru形成+8氧化态 其余都小于8 铂系元素——稀有元素 金、银 + 铂系元素——贵金属 价电子层结构：(n  1)dxns 2 （x = 6、7、8） 例外：Ru 4d75s1 ，Rh 4d85s1 ，Pd 4d105s0 ，Pt 5d96s1

20.1价电子层铁系元素主要氧化态3d64s2Fe±2，±3，+6基本性质Co 4d75s2+2，±3，+4Ni5d86s2+2， +3， +4铁系元素标准电极电势图PAev2.200.771Fez:0.473由于d电子数已超出d轨道数Fe3+FeO,2-Fe（>5），d电子全部参与成键的1.821.416Co2:0.277可能性减小，主要表现为低氧Co3+Co02Co化态化合物稳定-0.2321.68Ni2+NiO,Ni1.铁最活泼，它们均可PBov置换酸中的氢。-0.8872.酸介质中，高氧化态0.72-0.562FeO4-FeFe(OH)3Fe(OH)物质是强氧化剂，M3+氧-0.720.620.17化性Fe-Co-Ni依次增强Co02CoCo(OH)3Co(OH)23.碱介质中，单质和+2氢0.60.48-0.72氧化物为较强还原剂-NiNi(OH)4-Ni(OH)3-Ni(OH)2

价电子层 主要氧化态 Fe 3d64s2 +2，+3，+6 Co 4d75s2 +2，+3，+4 Ni 5d86s2 +2，+3，+4 由于d电子数已超出d轨道数 (＞5)，d电子全部参与成键的 可能性减小，主要表现为低氧 化态化合物稳定 铁系元素标准电极电势图 FeO4 2-——Fe3+——Fe2+——Fe 2.20 0.771 -0.473 CoO2——Co3+——Co2+——Co 1.416 1.82 -0.277 NiO2——Ni2+——Ni 1.68 -0.232 A Ө /V FeO4 2-——Fe(OH)3——Fe(OH)2——Fe 0.72 -0.56 -0.887 CoO2——Co(OH)3——Co(OH)2——Co 0.62 0.17 -0.72 Ni(OH)4——Ni(OH)3——Ni(OH)2——Ni 0.6 0.48 -0.72 B Ө/V 1. 铁最活泼，它们均可 置换酸中的氢。 2. 酸介质中，高氧化态 物质是强氧化剂，M3+氧 化性Fe-Co-Ni依次增强 3.碱介质中，单质和+2氢 氧化物为较强还原剂 20.1 铁系元素 基本性质

福建師范大学存在和冶炼FUJIANNORMALUNIVERSITYFe(铁)Ni(镍)Co(钴)磁铁矿(Fe,O4)辉钻矿镍黄铁矿主要矿物赤铁矿(Fe,O3)(CoAsS)(NiS·FeS)黄铁矿(FeS2)碳还原精炼：氧化-氢还原Ni+4CO→→Fe,O3+CNi(CO)4 -→冶炼Fe2O,+CONi(纯)+4NO活泼金属还原Fe,O+Al制造合金钢铁工业最重要的产制造合金金属主要用途制品的保护层品和原材料制造合金

Fe(铁) Co(钴) Ni(镍) 主要矿物 磁铁矿(Fe3O4 ) 赤铁矿(Fe2O3 ) 黄铁矿(FeS2 ) 辉钴矿 (CoAsS) 镍黄铁矿 (NiS·FeS) 冶炼 碳还原 Fe2O3+C Fe2O3+CO 活泼金属还原 Fe2O3+Al 氧化-氢还原 精炼： Ni+4CO→ Ni(CO)4 → Ni(纯) + 4NO 主要用途 钢铁工业最重要的产 品和原材料制造合金 制造合金 制造合金金属 制品的保护层 存在和冶炼

福建师范大学商FUJIANNORMALUNIVERSITY铁、钻、镍单质的性质具有铁磁性是铁系元素的特殊性质单质的物理性质它们的合金是优良的磁性质材料，它们具有金属的一般通性口熔、沸点高口金属光泽：镍一银白色，而铁、钴一灰白色口铁磁性物质，其合金为良好的磁性材料口密度大口延展性：铁和镍好，钴比较硬而脆

熔、沸点高 金属光泽：镍—银白色，而铁、钴—灰白色 铁磁性物质，其合金为良好的磁性材料 密度大 延展性：铁和镍好，钴比较硬而脆 具有铁磁性是铁系元素的特殊性质， 它们的合金是优良的磁性质材料，它 们具有金属的一般通性 单质的物理性质 铁、钴、镍单质的性质

单质的化学性质Fe+H,O+CO2-→FeCO,+H1、常温下铁容易受FeCO,+H,O+O2→Fe(OH)3 +CO,潮湿的空气腐蚀，钻Fe(OH)3→Fe,O3:3H,O(铁锈)+H,0和镍则较稳定2、中等活泼金属：M+H+→M2++H,↑(Co,Ni反应缓慢)可置换稀酸中的氢一M2+Fe+HNO3Fe(NO3)3+NO+H,O铁+稀硝酸一硝酸铁易钝化：M+HNO3—→M(NO3)2+NO+H,O冷，浓硝酸一铁、钴、镍钝化：(M=Co, Ni)浓硫酸一Fe钝化铁制品贮运浓硝酸、浓硫酸Fe + O2-Fe,043、在高温下它们都能与Fe+ SFeSO2，S，Cl2以及水蒸气Fe + Cl, -→ FeClFe+ H,O → Fe.O,+4H2等反应

Fe＋H2O＋CO2→FeCO3＋H2 FeCO3＋H2O＋O2 →Fe(OH)3＋CO2 Fe(OH)3 →Fe2O3·3H2O(铁锈)+ H2O M＋H+→M2+＋H2↑(Co, Ni反应缓慢) Fe+HNO3→Fe(NO3 )3＋NO＋H2O M+HNO3→M(NO3 )2+NO+H2O (M=Co, Ni) ３、在高温下它们都能与 O2，S，Cl2 以及水蒸气 等反应 Fe + O2→Fe3O4 Fe + S → FeS Fe + Cl2 → FeCl3 Fe+ H2O → Fe3O4+4H2 单质的化学性质 １、常温下铁容易受 潮湿的空气腐蚀，钴 和镍则较稳定 ２、中等活泼金属： 可置换稀酸中的氢—M2+ 铁+稀硝酸—硝酸铁 易钝化： 冷,浓硝酸—铁、钴、镍钝化; 浓硫酸—Fe钝化 铁制品贮运浓硝酸、浓硫酸

福建师范大学商FUJIANNORMALUNIVERSITY4.铁能被浓碱溶液侵蚀，钻、镍对浓碱稳定。实验室常用镍蜗来熔融碱性物质的样品。5.元素电势图还原性： Fe(II)>Co(II)>Ni(II)氧化性: Ni(III)>Co(I)>Fe(III)Pβ°Fe(II)强还原P^ Ni(II)>Co(III)强氧化性6.铁、钻和镍都能与CO形成羰基化合物Fe(CO)s、Co2(CO)s\Ni(CO)4铁系元素的用途：自学

4. 铁能被浓碱溶液侵蚀, 钴、镍对浓碱稳定。实验室常用镍坩 埚来熔融碱性物质的样品。 6. 铁、钴和镍都能与CO形成羰基化合物 Fe(CO)5、Co2 (CO)8、Ni(CO)4 5. 元素电势图 还原性：Fe(Ⅱ)＞Co(Ⅱ)＞Ni(Ⅱ) 氧化性：Ni(Ⅲ)＞Co(Ⅲ)＞Fe(Ⅲ) A Ө Ni(Ⅲ)＞Co(Ⅲ)强氧化性 B Ө Fe(Ⅱ)强还原 铁系元素的用途：自学

福建师范大学商FUJIANNORMALUNIVERSITY铁钻镍的重要化合物1、氧化物和氢氧化物2、硫化物硫酸亚铁铵硫酸亚铁FeSO3、亚铁的硫酸盐(NH),Fe(SO4)24、氯化钴（II）5、硝酸镍（1）6、氯化铁7、高铁酸盐8、配合物

铁钴镍的重要化合物 1、氧化物和氢氧化物 硫酸亚铁铵 (NH4 )2Fe(SO4 )2 3、亚铁的硫酸盐 硫酸亚铁FeSO4 4、氯化钴(Ⅱ) 2、硫化物 5、硝酸镍(Ⅱ) 6、氯化铁 8、配合物 7、高铁酸盐

1、氧化物和氢氧化物均不溶于水,易溶于酸,一般不溶于碱，氢氧化铁可与浓碱反应生成Fe(OH)3还原性递增FeOCo0NioFe(OH)2 Co(OH)2 Ni(OH)2氧化还原性黑灰绿暗绿白绿粉红或蓝Fe,O3 Co2O3 Ni,O3 Fe(OH)3 Co(OH)3 Ni(OH)3黑黑棕红黑砖红棕褐空气氧化缓慢氧化强氧化剂氧化性递增，稳定性递减Fe(OH),+O2(空气) Fe(OH)3M-Co、 NiM(OH), +Br,+ NaOH→ M(OH),+NaBrFe(OH),+HCI→FeCl,+H,0水溶液中不能Co(OH)+HCICoCl,+Cl,+H,0存在Ni3+或Co3+Ni(OH)+HCI→NiCl,+Cl,+H,O

FeO CoO NiO Fe(OH)2 Co(OH)2 Ni(OH)2 黑 灰绿 暗绿 白 粉红或蓝 绿 Fe2O3 Co2O3 Ni2O3 Fe(OH)3 Co(OH)3 Ni(OH)3 砖红 黑 黑 棕红 棕褐 黑 均不溶于水,易溶于酸,一般不 溶于碱, 氢氧化铁可与浓碱反 应生成Fe(OH)6 3- 氧化还原性 Fe(OH)2＋O2 (空气) Fe(OH)3 M(OH)2＋Br2＋ NaOH→ M(OH)3＋NaBr M=Co、Ni Fe(OH)3+HCl→FeCl3+H2O Co(OH)3+HCl→CoCl2+Cl2+H2O Ni(OH)3+HCl→NiCl2+Cl2+H2O 水溶液中不能 存在Ni3+或Co3+ 还原性递增 氧化性递增，稳定性递减 空气氧化 缓慢氧化 强氧化剂 1、氧化物和氢氧化物