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1、无机化学下册第二十一章过渡元素第1页，本讲稿共29页1.掌握铁、钴、镍单质及其重要化合物的性质、掌握铁、钴、镍单质及其重要化合物的性质、结构和用途。结构和用途。2.了解铂系元素及其化合物的性质和用途。了解铂系元素及其化合物的性质和用途。教学要求教学要求第二十一章第二十一章 过渡元素（二）过渡元素（二）第2页，本讲稿共29页第一节第一节 铁系元素通性铁系元素通性第二节第二节 铁系元素的重要化合物铁系元素的重要化合物第三节第三节 铂系元素铂系元素本章讲解内容本章讲解内容第3页，本讲稿共29页一、一、铁系元素的基本性质铁系元素的基本性质第一节第一节 铁系元素通性铁系元素通性铁系铁系元素元素铂系铂系元
2、素元素4周周期期FeCoNi3d64s23d74s23d84s25周周期期RuRhPd4d75s14d85s14d106周周期期OsIrPt5d6 6s25d76s25d96s1第4页，本讲稿共29页Fe Co NiRu Rh PdOs Ir Pt 价电子层价电子层 主要氧化态主要氧化态Fe 3d64s2 +2，+3，+6Co 3d74s2 +2，+3，+4Ni 3d84s2 +2，+3，+4由于由于d电子数已超出电子数已超出d轨道数，轨道数，d电子全部参与成键的可能性减电子全部参与成键的可能性减小，小，主要表现为低氧化态化合物稳定主要表现为低氧化态化合物稳定氧化态氧化态第5页，本讲稿共29页
3、1.铁系金属以铁的活泼性铁系金属以铁的活泼性最强，它们均可置换稀酸最强，它们均可置换稀酸中的氢。中的氢。2.酸介质中，高氧化态酸介质中，高氧化态物质是强氧化剂，物质是强氧化剂，M3+离离子的氧化性从子的氧化性从FeCoNi依次增强。依次增强。3.碱介质中，铁系单质碱介质中，铁系单质和和+2氢氧化物为较强的还氢氧化物为较强的还原剂。原剂。铁系元素标准电极电势图铁系元素标准电极电势图铁系元素标准电极电势图铁系元素标准电极电势图FeO42-Fe3+Fe2+Fe2.200.771-0.44CoO2Co3+Co2+Co1.4161.808-0.277NiO2Ni2+Ni1.68-0.25A/VFeO42
4、-Fe(OH)3Fe(OH)2Fe0.72-0.56-0.877CoO2Co(OH)3Co(OH)2Co0.620.17-0.73Ni(OH)4Ni(OH)3Ni(OH)2Ni0.60.48-0.72B/V第6页，本讲稿共29页FeH2OCO2FeCO3H24FeCO36H2OO24Fe(OH)34CO24Fe(OH)32Fe2O33H2O(铁锈铁锈)3H2O化学性质化学性质化学性质化学性质2.铁、钴、镍均可置换稀酸中的氢，但在浓的硫酸或浓的铁、钴、镍均可置换稀酸中的氢，但在浓的硫酸或浓的硝酸中铁发生钝化，与稀硝酸的反应铁被氧化为硝酸铁，硝酸中铁发生钝化，与稀硝酸的反应铁被氧化为硝酸铁，钴和镍
5、为钴和镍为+2价盐价盐1.常温下铁容易受潮湿的空气腐蚀，钴和镍则较稳定常温下铁容易受潮湿的空气腐蚀，钴和镍则较稳定单质均为具有光泽的银白色金属。单质均为具有光泽的银白色金属。具有磁性，为铁磁性物质，其合金为良好的磁性材料。具有磁性，为铁磁性物质，其合金为良好的磁性材料。第7页，本讲稿共29页3.在高温下它们都能与在高温下它们都能与O2，S，Cl2 以及水蒸气等反应以及水蒸气等反应3Fe2O2Fe3O4FeS FeS2Fe3Cl22FeCl33Fe4H2OFe3O44H24.Co、Ni对碱稳定，铁在浓碱溶液中会慢慢受到腐蚀对碱稳定，铁在浓碱溶液中会慢慢受到腐蚀M2H+=M2+H2Fe4HNO3=
6、Fe(NO3)3NO2H2O3Co+8HNO3=3Co(NO3)2+2NO+4H2O(Ni的反应类似的反应类似)第8页，本讲稿共29页第二节第二节 铁系元素的重要化合物铁系元素的重要化合物一、氧化物和氢氧化物一、氧化物和氢氧化物+2FeOCoONiO黑色黑色灰绿色灰绿色暗绿色暗绿色+3Fe2O3Co2O3Ni2O3砖红色砖红色黑色黑色黑色黑色混合价态混合物混合价态混合物Fe3O4经结构研究表明为经结构研究表明为FeFeFeO4 它具有强磁性、良好导电性它具有强磁性、良好导电性第9页，本讲稿共29页Fe2O3-Fe2O3顺磁性顺磁性-Fe2O3铁磁性铁磁性FeOCoONiOFe2O3Co2O3N
7、i2O3弱碱性：弱碱性：均为碱性氧化物均为碱性氧化物,难溶于水和碱难溶于水和碱,溶于强酸溶于强酸还原性递增还原性递增氧化性递增，稳定性递减氧化性递增，稳定性递减第10页，本讲稿共29页 Fe2O3+6HCl 2FeCl3+3H2O Co2O3+6HCl 2CoCl2+Cl2 +3H2O Ni2O3+6HCl 2NiCl2+Cl2 +3H2O 绿色绿色粉红粉红白色白色Ni(OH)2Co(OH)2Fe(OH)2+2黑色黑色棕黑色棕黑色红棕色红棕色Ni(OH)3Co(OH)3Fe(OH)3+3均难溶于水，为碱性氧化物均难溶于水，为碱性氧化物第11页，本讲稿共29页还原性减弱还原性减弱绿色绿色粉红粉红
8、白色白色Ni(OH)2Co(OH)2Fe(OH)2+2缓慢氧化缓慢氧化Co2+2OH-Co(OH)24Co(OH)2+O2+2H2O 4Co(OH)3 强氧化剂强氧化剂2Ni(OH)2+ClO-+H2O 2Ni(OH)3 +Cl-2Ni(OH)2+Br2+2H2O 2Ni(OH)3 +2HBr空气氧化空气氧化Fe2+2OH-Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3还原性还原性第12页，本讲稿共29页黑色黑色棕色棕色红棕色红棕色Ni(OH)3Co(OH)3Fe(OH)3+3中和中和HCl、H2SO4被还原被还原被还原被还原氧化性递增氧化性递增Fe(OH)3+3HCl=Fe
9、Cl3+3H2O2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2+6H2O2Ni(OH)3+6HCl=2NiCl2+Cl2+3H2O4Ni(OH)34H2SO44NiSO4O210H2O第13页，本讲稿共29页2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-2FeO42-+5H2O+3Cl-4FeO42-+20H+4Fe3+3O2+10H2O 高铁酸的制备：高铁酸的制备：高铁酸盐很不稳定，遇酸分解：高铁酸盐很不稳定，遇酸分解：第14页，本讲稿共29页二、盐类二、盐类Fe2+Co2+Ni2+Fe3+颜色颜色浅绿浅绿粉红粉红绿绿浅紫浅紫强酸盐强酸盐易溶于水易溶于水弱酸盐弱酸盐难溶于水难溶于水水解性水解性微弱
10、水解，水溶液显酸性微弱水解，水溶液显酸性较强较强2Fe3+H2S2Fe2+S+2H+2Fe3+2I-2Fe2+I22Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+第15页，本讲稿共29页Fe2+Co2+Ni2+Fe3+易形成含结易形成含结晶水的盐晶水的盐 MSO4 7H2O MCl2 6H2O M(NO3)2 6H2O易形成复盐易形成复盐 M=K、Rb、Cs、NH4+,M=Fe、Co、Ni (NH4)2SO4 FeSO4 6H2O M2+盐的溶解性盐的溶解性易溶盐易溶盐:MSO4、MCl2、M(NO3)2难溶盐难溶盐:MCO3、M3(PO4)2、MS第16页，本讲稿共29页M2+盐的还原性盐的还原性 FeC
11、oNi还原性减弱，稳定性增强还原性减弱，稳定性增强4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O5Fe2+MnO4-+8H+5Fe3+Mn2+4H2O配制配制Fe(II)盐溶液时：盐溶液时：1.加入酸，防止水解加入酸，防止水解 2.加入铁钉，使加入铁钉，使 Fe+2Fe3+3Fe2+第17页，本讲稿共29页硫酸亚铁铵硫酸亚铁铵(NH4)2SO4FeSO46H2O硫酸亚铁硫酸亚铁FeSO4硫酸镍硫酸镍NiSO4二氯化钴二氯化钴CoCl2FeSO47H2O俗称俗称绿矾，易被空气绿矾，易被空气氧化，它和硫酸氧化，它和硫酸铵形成的复盐铵形成的复盐硫酸亚铁铵（俗硫酸亚铁铵（俗称摩尔盐）比较称摩尔盐）比较稳定稳
12、定6FeSO4+K2Cr2O7+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4=5Fe2(SO4)3+2MnSO4+K2SO4+8H2O重要的还原剂，分析上用重要的还原剂，分析上用它标定高锰酸钾的浓度它标定高锰酸钾的浓度硫酸镍大量用于硫酸镍大量用于电镀和作催化剂电镀和作催化剂重要的重要的M2+盐盐第18页，本讲稿共29页二氯化钴的结晶水随温度不同而不同二氯化钴的结晶水随温度不同而不同变色硅胶就是用硅胶浸泡变色硅胶就是用硅胶浸泡CoCl2溶液后干燥而成的。溶液后干燥而成的。CoCl26H2O CoCl22H2O CoCl2H
13、2O CoCl2 粉红粉红 紫红紫红 蓝紫蓝紫 蓝蓝325K 363K 393K 重要的重要的M3+盐盐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，溶液呈黄色或红棕色因水解，溶液呈黄色或红棕色pH增大增大,缩聚成红棕色胶状沉淀缩聚成红棕色胶状沉淀pH=45，形成水合三氧化二铁沉淀，形成水合三氧化二铁沉淀第19页，本讲稿共29页铁、钴、镍中只有铁和钴才有氧化态为铁、钴、镍中只有铁和钴才有氧化态为+3的盐，的盐，其中铁盐较多。钴盐只能存在于固态，溶于其中铁盐较多。钴盐只能存在于固
14、态，溶于水迅速分解为水迅速分解为Co2+盐。盐。无水三氯化铁的结构与无水三氯化铁的结构与三氯化铝相似三氯化铝相似,为双聚体分子为双聚体分子Fe3+Co3+Ni3+氧化性增强，稳定性减弱氧化性增强，稳定性减弱2Fe+3Cl2 2FeCl3无水无水FeCl3的制备的制备M3+盐的氧化性盐的氧化性第20页，本讲稿共29页铁系元素常见配合物种类：铁系元素常见配合物种类：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环戊二烯基配合物环戊二烯基配合物三、三、Fe、Co、Ni的配合物的配合物Fe3+Fe2+Co2+Ni2+常见配位数常见配位数664、64、6配位体配位体主要
15、构型主要构型八面体八面体八面体八面体四面体四面体八面体八面体多种多种第21页，本讲稿共29页1.氨基配合物氨基配合物加入氨水加入氨水加入过量氨水加入过量氨水Fe3+Fe(OH)3(红棕色红棕色)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(红棕色红棕色)沉淀不溶解沉淀不溶解Co2+Co(OH)2(粉红色粉红色)Co(NH3)62+(黄色黄色)Co(NH3)63+(橙黄色橙黄色)Ni2+Ni(OH)2(浅绿色浅绿色)Ni(NH3)62+(蓝色蓝色)4Co(NH3)62+O2+2H2O4Co(NH3)63+4OH-(Co(NH3)63+/Co(NH3)62+)=0.
16、1V (Co3+/Co2+)=1.82V即即 Co(NH3)63+稳定，稳定，Co3+不稳定，氧化性强不稳定，氧化性强第22页，本讲稿共29页FeCl2可与可与NH3气形成气形成Fe(NH3)6Cl2，但易水解，但易水解 Fe(NH3)6Cl2+6H2O Fe(OH)2+4NH3H2O+2NH4Cl2.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-黄色黄色 深红色深红色 棕色棕色 黄色黄色 黄色黄色极易被氧化极易被氧化K4Fe(CN)6 ，俗称黄血盐，俗称黄血盐Fe2+6CN-Fe(CN)64-K+Fe(CN)64-Fe3+KF
17、eFe(CN)6普鲁士蓝普鲁士蓝第23页，本讲稿共29页K3Fe(CN)6 ，俗称赤血盐，俗称赤血盐2K4Fe(CN)6Cl22KCl2K3Fe(CN)6K3Fe(CN)6+Fe2+=KFeFe(CN)6+2K+滕氏蓝滕氏蓝第24页，本讲稿共29页硫氰合物硫氰合物稳定性稳定性颜色颜色Fe3+Fe(SCN)n3-n(n=16)稳定稳定血红色血红色Fe2+Fe(SCN)64-不稳定不稳定Co2+Co(SCN)42-在丙酮中稳定在丙酮中稳定蓝色蓝色Ni2+Ni(SCN)42-不稳定不稳定3.硫氰基配合物硫氰基配合物第25页，本讲稿共29页4.羰基配合物羰基配合物铁钴镍都可与铁钴镍都可与CO形成低价的
18、羰基化合物，这类化合物具有挥发性，用于提纯形成低价的羰基化合物，这类化合物具有挥发性，用于提纯金属金属羰羰基基配配合合物物组组成成特特点点：单单核核羰羰基基配配合合物物中中，金金属属原原子子的的价价电电子子数数和和CO提提供供的配位电子数总和等于的配位电子数总和等于18，为反磁性物质。如：，为反磁性物质。如：Fe(CO)5，Cr(CO)6，Mo(CO)6，Ni(CO)4第26页，本讲稿共29页2C5H5MgBr+FeCl2=Fe(C5H5)2+MgCl2Fe+K2O+2C5H6 =Fe(C5H5)2+2KOH573K，N2结构结构夹心式结构夹心式结构,为共价型分子为共价型分子用途用途作为燃料油
19、的添加剂作为燃料油的添加剂,可提高效率可提高效率,可作导弹和卫星的涂料可作导弹和卫星的涂料,高温润滑高温润滑油等。油等。5.二茂铁二茂铁制制 备备第27页，本讲稿共29页Ru Rh PdOs Ir Pt 价电子层价电子层 主要氧化态主要氧化态Ru 4d75s1 +4Rh 4d85s1 +3Pd 4d10 +2Os 5d66s2 +6，+8Ir 5d76s2 +3，+4Pt 5d96s1 +2，+4m.p，b.p降低，金属键减弱降低，金属键减弱形成低价的倾向增强形成低价的倾向增强从上到下，形成高价的倾向增强。从上到下，形成高价的倾向增强。一、一、铂系元素的基本性质铂系元素的基本性质催化活性高，有
20、机合成中常用催化活性高，有机合成中常用Pt和和Pd第三节第三节 铂系元素铂系元素第28页，本讲稿共29页1.在常温下，只有粉末在常温下，只有粉末Os会慢慢氧化，形成挥发性的具有特殊气味会慢慢氧化，形成挥发性的具有特殊气味的的OsO4，其余稳定，在高温下会与，其余稳定，在高温下会与F2，Cl2，S等反应等反应化学性质化学性质2.对酸稳定，对酸稳定，Pd可溶于浓硝酸，王水或热的浓硫酸可溶于浓硝酸，王水或热的浓硫酸3Pt+4HNO3+18HCl=3H2PtCl6+4NO+8H2OPt可溶于王水可溶于王水3.所有铂系金属在氧化剂存在下，与碱共熔，生成可溶性化合物。注意：所有铂系金属在氧化剂存在下，与碱共熔，生成可溶性化合物。注意：铂还常用做制铂坩锅，但在使用时不能用来加热与其反应的物质。如：王铂还常用做制铂坩锅，但在使用时不能用来加热与其反应的物质。如：王水，水，Na2O2等等4.易形成配合物易形成配合物 如：如：PtCl62-第29页，本讲稿共29页