無機化學下冊過渡元素2PPT學習教案

1、會計學1 無機化學下冊過渡元素無機化學下冊過渡元素2 1. 掌握鐵、鈷、鎳單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)、掌握鐵、鈷、鎳單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)、 結構和用途。結構和用途。 2. 了解鉑系元素及其化合物的性質(zhì)和用途。了解鉑系元素及其化合物的性質(zhì)和用途。 教學要求教學要求 第二十一章第二十一章 過渡元素（二）過渡元素（二） 第1頁/共29頁 第一節(jié)第一節(jié) 鐵系元素通性鐵系元素通性 第二節(jié)第二節(jié) 鐵系元素的重要化合物鐵系元素的重要化合物 第三節(jié)第三節(jié) 鉑系元素鉑系元素 第2頁/共29頁 一、一、 鐵系元素的基本性質(zhì)鐵系元素的基本性質(zhì) 第一節(jié)第一節(jié) 鐵系元素通性鐵系元素通性 鐵鐵 系系 元元 素素 鉑鉑

2、系系 元元 素素 4 周周 期期 FeCoNi 3d64s23d74s23d84s2 5 周周 期期 RuRhPd 4d75s14d85s14d10 6 周周 期期 OsIrPt 5d6 6s25d76s25d96s1 第3頁/共29頁 Fe Co Ni Ru Rh Pd Os Ir Pt 價電子層價電子層 主要氧化態(tài)主要氧化態(tài) Fe 3d64s2 +2，+3，+6 Co 3d74s2 +2，+3，+4 Ni 3d84s2 +2，+3，+4 由于由于d電子數(shù)已超出電子數(shù)已超出d軌道數(shù)，軌道數(shù)，d電子全部參與成鍵的可電子全部參與成鍵的可 能性減小，能性減小， 主要表現(xiàn)為低氧化態(tài)化合物穩(wěn)定主要表現(xiàn)

3、為低氧化態(tài)化合物穩(wěn)定 氧化態(tài)氧化態(tài) 第4頁/共29頁 1.鐵系金屬以鐵的活鐵系金屬以鐵的活 潑性最強，它們均可潑性最強，它們均可 置換稀酸中的氫。置換稀酸中的氫。 2. 酸介質(zhì)中，高氧化酸介質(zhì)中，高氧化 態(tài)物質(zhì)是強氧化劑，態(tài)物質(zhì)是強氧化劑， M3+離子的氧化性從離子的氧化性從 FeCoNi依次增強依次增強 。 3. 堿介質(zhì)中，鐵系單堿介質(zhì)中，鐵系單 質(zhì)和質(zhì)和+2氫氧化物為較氫氧化物為較 強的還原劑。強的還原劑。 FeO42-Fe3+Fe2+Fe 2.200.771-0.44 CoO2Co3+Co2+Co 1.4161.808-0.277 NiO2Ni2+ Ni 1.68 -0.25 A/V F

4、eO42-Fe(OH)3Fe(OH)2Fe 0.72-0.56 -0.877 CoO2Co(OH)3Co(OH)2Co 0.620.17 -0.73 Ni(OH)4Ni(OH)3Ni(OH)2Ni 0.60.48-0.72 B/V 第5頁/共29頁 FeH2OCO2FeCO3H2 4FeCO36H2OO24Fe(OH)34CO2 4Fe(OH)32Fe2O33H2O(鐵銹鐵銹)3H2O 2. 鐵、鈷、鎳均可置換稀酸中的氫，但在濃的硫酸或濃鐵、鈷、鎳均可置換稀酸中的氫，但在濃的硫酸或濃 的硝酸中鐵發(fā)生鈍化，與稀硝酸的反應鐵被氧化為硝酸的硝酸中鐵發(fā)生鈍化，與稀硝酸的反應鐵被氧化為硝酸 鐵，鈷和鎳為

5、鐵，鈷和鎳為+2價鹽價鹽 1. 常溫下鐵容易受潮濕的空氣腐蝕，鈷和鎳則較穩(wěn)定常溫下鐵容易受潮濕的空氣腐蝕，鈷和鎳則較穩(wěn)定 單質(zhì)均為具有光澤的銀白色金屬。單質(zhì)均為具有光澤的銀白色金屬。 具有磁性，為鐵磁性物質(zhì)，其合金為良好的磁性材料。具有磁性，為鐵磁性物質(zhì)，其合金為良好的磁性材料。 第6頁/共29頁 3. 在高溫下它們都能與在高溫下它們都能與O2，S，Cl2 以及水蒸氣等反應以及水蒸氣等反應 3Fe2O2Fe3O4 FeS FeS 2Fe3Cl22FeCl3 3Fe4H2OFe3O44H2 4. Co、Ni對堿穩(wěn)定，鐵在濃堿溶液中會慢慢受到腐蝕對堿穩(wěn)定，鐵在濃堿溶液中會慢慢受到腐蝕 M2H+=M

6、2+H2 Fe4HNO3=Fe(NO3)3NO2H2O 3Co+8HNO3=3Co(NO3)2+2NO+4H2O (Ni的反應類似的反應類似) 第7頁/共29頁 第二節(jié)第二節(jié) 鐵系元素的重要化合物鐵系元素的重要化合物 一、氧化物和氫氧化物一、氧化物和氫氧化物 +2FeOCoONiO 黑色黑色灰綠色灰綠色暗綠色暗綠色 +3Fe2O3Co2O3Ni2O3 磚紅色磚紅色黑色黑色黑色黑色 混合價態(tài)混合物混合價態(tài)混合物Fe3O4 經(jīng)結構研究表明為經(jīng)結構研究表明為Fe FeFeO4 它具有強磁性、良好導電性 它具有強磁性、良好導電性 第8頁/共29頁 Fe2O3 -Fe2O3順磁性順磁性 -Fe2O3鐵磁

7、性鐵磁性 FeOCoONiO Fe2O3Co2O3Ni2O3 弱堿性：弱堿性： 均為堿性氧化物均為堿性氧化物, , 難溶于水和堿難溶于水和堿, , 溶于強酸溶于強酸 還原性遞增還原性遞增 氧化性遞增，穩(wěn)定性遞減氧化性遞增，穩(wěn)定性遞減 第9頁/共29頁 Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O Co2O3 + 6HCl 2CoCl2+Cl2 +3H2O Ni2O3 + 6HCl 2NiCl2+Cl2 +3H2O 綠色綠色粉紅粉紅白色白色 Ni(OH)2Co(OH)2Fe(OH)2+2 黑色黑色棕黑色棕黑色紅棕色紅棕色 Ni(OH)3Co(OH)3Fe(OH)3+3 均難溶于水，為堿性

8、氧化物均難溶于水，為堿性氧化物 第10頁/共29頁 還原性減弱還原性減弱 綠色綠色粉紅粉紅白色白色 Ni(OH)2Co(OH)2Fe(OH)2+2 緩慢氧化緩慢氧化 Co2+2OH- Co(OH)2 4Co(OH)2+O2 +2H2O 4Co(OH)3 強氧化劑強氧化劑 2Ni(OH)2+ClO- +H2O 2Ni(OH)3 +Cl- 2Ni(OH)2+Br2+ 2H2O 2Ni(OH)3 +2HBr 空氣氧化空氣氧化 Fe2+2OH- Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2 +2H2O 4Fe(OH)3 還原性還原性 第11頁/共29頁 黑色黑色棕色棕色紅棕色紅棕色 Ni(OH)3Co(OH

9、)3Fe(OH)3+3 中和中和HCl、H2SO4被還原被還原被還原被還原 氧化性遞增氧化性遞增 Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O 2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2+6H2O 2Ni(OH)3+6HCl=2NiCl2+Cl2+3H2O 4Ni(OH)34H2SO44NiSO4O210H2O 第12頁/共29頁 2Fe(OH)3+3ClO- +4OH- 2FeO42-+5H2O+3Cl- 4FeO42-+20H+ 4Fe3+3O2 +10H2O 高鐵酸的制備：高鐵酸的制備： 高鐵酸鹽很不穩(wěn)定，遇酸分解：高鐵酸鹽很不穩(wěn)定，遇酸分解： 第13頁/共29頁 二、鹽類二、鹽

10、類 Fe2+Co2+Ni2+Fe3+ 顏色顏色淺綠淺綠粉紅粉紅綠綠淺紫淺紫 強酸鹽強酸鹽易溶于水易溶于水 弱酸鹽弱酸鹽難溶于水難溶于水 水解性水解性微弱水解，水溶液顯酸性微弱水解，水溶液顯酸性較強較強 2Fe3+H2S2Fe2+S +2H+ 2Fe3+2I- 2Fe2+I2 2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+ 第14頁/共29頁 Fe2+Co2+Ni2+Fe3+ 易形成含結易形成含結 晶水的鹽晶水的鹽 MSO4 7H2O MCl2 6H2O M(NO3)2 6H2O 易形成復鹽易形成復鹽 M =K、 、Rb、Cs、NH4+, M =Fe、 、Co、Ni (NH4)2SO4 FeSO4 6H2O

11、 M2+鹽的溶解性鹽的溶解性 易溶鹽易溶鹽: MSO4、MCl2、M(NO3)2 難溶鹽難溶鹽: MCO3、M3(PO4)2、MS 第15頁/共29頁 M2+鹽的還原性鹽的還原性 FeCoNi 還原性減弱，穩(wěn)定性增強還原性減弱，穩(wěn)定性增強 4Fe2+O2+4H+4Fe3+ 2H2O 5Fe2+MnO4-+8H+5Fe3+Mn2+4H2O 配制配制Fe(II)鹽溶液時：鹽溶液時： 1. 加入酸，防止水解加入酸，防止水解 2. 加入鐵釘，使加入鐵釘，使 Fe+2Fe3+3Fe2+ 第16頁/共29頁 硫酸亞鐵銨硫酸亞鐵銨 (NH4)2SO4FeSO46H2O 硫酸亞鐵硫酸亞鐵 FeSO4 硫酸鎳硫

12、酸鎳 NiSO4 二氯化鈷二氯化鈷 CoCl2 FeSO47H2O俗俗 稱綠礬，易被空稱綠礬，易被空 氣氧化，它和硫氣氧化，它和硫 酸銨形成的復鹽酸銨形成的復鹽 硫酸亞鐵銨（硫酸亞鐵銨（ 俗稱摩爾鹽）比俗稱摩爾鹽）比 較穩(wěn)定較穩(wěn)定 6FeSO4+K2Cr2O7+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O 10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4=5Fe2(SO4)3+2MnSO4+K2SO4+8H2O 重要的還原劑，分析上用重要的還原劑，分析上用 它標定高錳酸鉀的濃度它標定高錳酸鉀的濃度 硫酸鎳大量用于硫酸鎳大量用于 電鍍和作催化劑電鍍和作催化劑 重要的重要

13、的M2+鹽鹽 第17頁/共29頁 二氯化鈷的結晶水隨溫度不同而不同二氯化鈷的結晶水隨溫度不同而不同 變色硅膠就是用硅膠浸泡變色硅膠就是用硅膠浸泡CoCl2溶液后干燥而成的。溶液后干燥而成的。 CoCl26H2O CoCl22H2O CoCl2H2O CoCl2 粉紅粉紅 紫紅紫紅 藍紫藍紫 藍藍 325K 363K 393K 重要的重要的M3+鹽鹽Fe3+的水解的水解 Fe(H2O)63+H2O Fe(OH)(H2O)52+H3O+ Fe(OH)(H2O)52+H2O Fe(OH)2(H2O)4+H3O+ 因水解，溶液呈黃色或紅棕色因水解，溶液呈黃色或紅棕色 pH增大增大 , 縮聚成紅棕色膠狀

14、沉淀縮聚成紅棕色膠狀沉淀 pH=45，形成水合三氧化二鐵沉淀形成水合三氧化二鐵沉淀 第18頁/共29頁 鐵、鈷、鎳中只有鐵和鈷才有氧化態(tài)為鐵、鈷、鎳中只有鐵和鈷才有氧化態(tài)為 +3的鹽，其中鐵鹽較多。鈷鹽只能存在的鹽，其中鐵鹽較多。鈷鹽只能存在 于固態(tài)，溶于水迅速分解為于固態(tài)，溶于水迅速分解為Co2+鹽。鹽。 無水三氯化鐵的結構與無水三氯化鐵的結構與 三氯化鋁相似三氯化鋁相似, ,為雙聚體分子為雙聚體分子 Fe3+ Co3+ Ni3+ 氧化性增強，穩(wěn)定性減弱氧化性增強，穩(wěn)定性減弱 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 無水無水FeCl3的制備的制備 M3+鹽的氧化鹽的氧化 性性 第19頁/共29頁

15、 鐵系元素常見配合物種類：鐵系元素常見配合物種類： 氨配合物氨配合物 氰根配合物氰根配合物 硫氰根配合物硫氰根配合物 羰基配合物羰基配合物 環(huán)戊二烯基配合物環(huán)戊二烯基配合物 三、三、 Fe、Co、Ni的配合的配合 物物 Fe3+Fe2+Co2+Ni2+ 常見配位數(shù)常見配位數(shù)664、64、6 配位體配位體 主要構型主要構型 八面體八面體八面體八面體四面體四面體 八面體八面體 多種多種 第20頁/共29頁 1. 氨基配合物氨基配合物 加入氨水加入氨水加入過量氨水加入過量氨水 Fe3+Fe(OH)3(紅棕色紅棕色)沉淀不溶解沉淀不溶解 Fe2+ Fe(OH)2(白色白色) 氧化氧化 Fe(OH)3(

16、紅棕色紅棕色) 沉淀不溶解沉淀不溶解 Co2+Co(OH)2(粉紅色粉紅色) Co(NH3)62+(黃色黃色) Co(NH3)63+(橙黃色橙黃色) Ni2+Ni(OH)2 (淺綠色淺綠色)Ni(NH3)62+(藍色藍色) 4Co(NH3)62+O2+2H2O4Co(NH3)63+4OH- (Co(NH3)63+/Co(NH3)62+)=0.1V (Co3+/Co2+)=1.82V 即即 Co(NH3)63+穩(wěn)定，穩(wěn)定，Co3+不穩(wěn)定，氧化性強不穩(wěn)定，氧化性強 第21頁/共29頁 FeCl2可與可與NH3氣形成氣形成Fe(NH3)6Cl2，但易水解，但易水解 Fe(NH3)6Cl2+6H2O

17、Fe(OH)2+4NH3H2O+2NH4Cl 2. 氰基配合物氰基配合物 Fe(CN)64- Fe(CN)63- Co(CN)64- Co(CN)63- Ni(CN)42- 黃色黃色 深紅色深紅色 棕色棕色 黃色黃色 黃色黃色 極易被氧化極易被氧化 K4Fe(CN)6 ，俗稱黃血鹽，俗稱黃血鹽 Fe2+6CN-Fe(CN)64- K+Fe(CN)64-Fe3+KFeFe(CN)6普魯士藍普魯士藍 第22頁/共29頁 K3Fe(CN)6 ，俗稱赤血鹽，俗稱赤血鹽 2K4Fe(CN)6Cl22KCl2K3Fe(CN)6 K3Fe(CN)6+Fe2+ = KFeFe(CN)6+2K+ 滕氏藍滕氏藍

18、第23頁/共29頁 硫氰合物硫氰合物穩(wěn)定性穩(wěn)定性顏色顏色 Fe3+ Fe(SCN)n3-n (n=16) 穩(wěn)定穩(wěn)定血紅色血紅色 Fe2+Fe(SCN)64- 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 Co2+Co(SCN)42- 在丙酮中穩(wěn)定在丙酮中穩(wěn)定藍色藍色 Ni2+ Ni(SCN)42- 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 3. 硫氰基配合物硫氰基配合物 第24頁/共29頁 4. 羰基配合物羰基配合物 鐵鈷鎳都可與鐵鈷鎳都可與CO形成低價的羰基化合物，這類化合物具有揮發(fā)形成低價的羰基化合物，這類化合物具有揮發(fā) 性，用于提純金屬性，用于提純金屬 羰基配合物組成特點：單核羰基配合物中，金屬原子的價電子數(shù)羰基配合物組成特點：單核羰基配合物中，

19、金屬原子的價電子數(shù) 和和CO提供的配位電子數(shù)總和等于提供的配位電子數(shù)總和等于18，為反磁性物質(zhì)。如：，為反磁性物質(zhì)。如： Fe(CO)5 ， Cr(CO)6，Mo(CO)6，Ni(CO)4 第25頁/共29頁 2C5H5MgBr + FeCl2 =Fe (C5H5)2 +MgCl2 Fe + K2O+2C5H6 =Fe(C5H5)2 + 2KOH 573K，N2 結構結構 夾心式結構夾心式結構, , 為共價型分子為共價型分子 用途用途 作為燃料油的添加劑作為燃料油的添加劑, , 可提高效率可提高效率, , 可作導彈和衛(wèi)星的涂料可作導彈和衛(wèi)星的涂料, , 高高 溫潤滑油等。溫潤滑油等。 5. 二茂鐵二茂鐵 制制 備備 第26頁/共29頁 Ru Rh Pd Os Ir Pt 價電子層價電子層 主要氧化態(tài)主