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1、2023/10/31,1,13.3.5 过渡元素的通性范围广义：ds区，d区和f区；此处：d区III(3)BVIII(8)B族8个直列，24种元素1.过渡元素的结构特点电子结构特点有未充满的d轨道（Pd除外4d10），最外、次外两个电子层都未充满，特征电子构型为：（n-1）d19ns12性质特点各元素间从左到右的水平相似性：不同于主族，周期性变化规律不明显，原子半径、电离能随原子序数增加，虽变但不显著，分类四周期的Sc到Ni为第一(轻)过渡系列（见下页表）；五周期的Y到Pd为第二过渡系列；六周期的La到Pt为第三过渡系列,2023/10/31,2,2023/10/31,3,2.单质的物理性质规
2、律比主族金属有更大的密度和硬度，更高的熔点和沸点。除钪和钛外,密度均大于5，最重的锇为22.48g/cm3；硬度最大的铬，莫氏硬度为9；熔、沸点最高的是钨3410原因（略）过渡金属d电子参与成键，使成键价电子数较多，原子化焓较大,2023/10/31,4,2023/10/31,5,3.单质的化学性质一般规律都是活泼金属，性质相似，都能从酸中置换出氢。但Ti、V、Cr因表面钝化形成致密氧化物膜，有抗酸碱的能力过渡金属的价电子构型特征决定了它们具有多变的氧化态，如Mn可以表现出0、+2、+3、+4、+6和+7等氧化态，特殊情况下可有负氧化态数，如KMn(CO)5中Mn的氧化态为-1由于空d轨道的存
3、在，易形成配位键，产生配位化合物，呈不同颜色,2023/10/31,6,13.3.6 稀土金属 1.结构与性能概况稀土金属Sc、Y、La和镧系共17种元素。Sc的化学性质与其它16种元素有较大差别，与碱土金属更加相似，故稀土一词一般只包括钪以外的16种元素镧系元素（Lanthanides）Ln在周期表中，与镧处于同一格内，称镧系元素范围包括铈镧到镥（58771号）加上镧，共145种元素 电子构型除镧外，原子序数增加，新增电子依次进入4f轨道，又称内过渡元素，电子构型通式：4f1145d016s2。镧系元素的外层和次外层构型基本相同，f轨道是充满、半充满或未充满,2023/10/31,7,202
4、3/10/31,8,性质特点（1）单质及其离子的物理、化学性质十分相似；（2）随核电荷增加和4f电子数目不同，半径变化，性质略有差异，成为镧系元素得以区分和分离的基础稀土元素的电子特征位于周期表中的IIIB族，特征氧化态为+3：5d16s2据洪特规则，d或f轨道全空、全满或半满时，原子或离子有特殊稳定性，Ce和Tb失去4个电子，4f轨道分别全空和半满，+4氧化态较稳定；Pr和Dy失去4个电子时，4f轨道接近全空和半满，所以也可存在+4氧化态；同理，Eu和Yb失去2个电子时，4f轨道分别处于半满和全满，而也可以形成较稳定的+2氧化态的化合物，Sm和Tm的+2氧化态化合物稳定性较差,2023/10
5、/31,9,镧系收缩(Lanthanide contriction)现象从La到Lu，原子半径和+3离子半径随原子序数增加逐渐减小原因镧系元素每增一个质子，一个电子进入4f轨道，4f电子对原子核的屏蔽作用与内层电子相比较小，有效核电荷增加较大，核对最外层电子的吸引力增强说明Eu和Yb反常。原因：半充满4f7，全充满4f14，较大屏蔽意义因为镧系收缩，使钇的离子半径（Y3+）与Tb3+、Dy3+的离子半径相近，钇在矿物中与镧系金属共生使BZr与Hf，BNb与Ta，BMo与W半径几乎相等，三对元素性质相似，形成共生元素对，分离困难,2023/10/31,10,稀土金属的性质和应用自学概况稀土金属呈
6、银白色，较软，有延展性较强还原性，标准电极电势与镁接近，性质似碱土金属。金属的活泼顺序由ScYLa递增，由La到Lu递减。易与其它非金属形成离子化合物。室温能与卤素反应生成卤化物LnX3氧化物加热（大于453K）直接与氧反应可以得到碱性氧化物Ln2O3 Ce、Pr、Tb分别生成CeO2、Pr6O11、Tb4O7。这些氧化物在酸性条件下都是强氧化剂，可与卤化物定量反应生成卤素单质。在适宜的条件下也可被还原成Ln2O3,2023/10/31,11,应用稀土氧化物的标准生成焓高于Al2O3，是比铝更好的还原剂其他化合物1275K时，可于与N2反应生成LnN；与沸腾的硫生成Ln2S3；与H2反应可生成
7、非整比化合物LnH2，LnH3；与水反应生成Ln(OH)3或Ln2O3xH2O沉淀,并放出H2,加热反应加速应用示例镧系金属燃点低：Ce为438K，Pr为563K，Nd为543K，燃烧时放出大量的热，故以Ce为主体的混合轻稀土长期用于民用打火石和军用发火合金。如Ce为50%，La和Nd占44%，Fe、Al、Ca、C和Si等占6%的稀土引火合金可用于子弹引信和点火装置,2023/10/31,12,稀土金属及其合金具有吸收气体的能力，吸氢能力最强，可作储氢材料。如1kg的LaNi5合金在室温和253kPa下可吸收相当于标准状况下170L的H2，而且吸收和释放H2可逆Gd具有4f7电子构型，可实现电
8、子只朝一个方向自旋的状态，有铁磁性。4f电子不足半数轨道的轻稀土有顺磁性。稀土及其化合物是重要的永磁材料，第一代的SmCo永磁体，第二代的Ln3(FeCo)17和第三代的Nd-Fe-B化合物等永磁材料有广阔应用前景,2023/10/31,13,稀土金属的分类略16种稀土金属可按其物理、化学性质的微小差异和稀土矿物的形成特点，以钆为界，划分为轻稀土（铈组：La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu）和重稀土（钇组：Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）两组。按照稀土金属的分离工艺可分为三组：铈组、铽组和钇组，或称为轻、中和重稀土，分界线因分离工艺不同而稍有差别,2023/10/31,
9、14,2.我国的稀土资源自学我国正在开发的内蒙古白云鄂博铁矿床中，稀土氧化物的储量达3600万吨。加上其它地区已经开采或尚未开采的稀土矿，我国稀土矿的储量估计可达1亿吨之多，占世界稀土总储量的70%以上。我国稀土矿的种类包括（略）3.稀土冶炼工艺简介从矿物中提取稀土金属包括三步：精矿的分解、化合物的分离和纯化、稀土金属的制备（略）4.稀土的应用稀土金属及其化合物在农作物生产、石油化工、原子能工业、生物医药、冶金工业和功能材料领域有广泛的应用（略）,2023/10/31,15,13.3.7 难熔金属概况范围包括IVB、VB、VIB和VIIB（除Mn）的d区通性金属键强度大，熔点高，在1700以上
10、，其中W的熔点最高，为3410。硬度大，Cr是所有金属中硬度最大的，是制造耐磨、耐热和耐腐蚀材料的理想金属,2023/10/31,16,1.钛(Titanium)，锆（zirconium）和铪（hafnium）分布钛我国丰产，大部分分散，主要矿物有金红石（TiO2）、钛铁矿（FeTiO3）和钒钛铁矿。钛资源丰富，冶炼困难锆比铜、锌和铅总量还多，但分布非常分散铪自然界于锆共生，存在于锆英石中钛、锆和铪都归入稀有金属,2023/10/31,17,（1）钛的性质和用途物理性质和用途高熔点，轻，抗腐蚀，承受超低温广泛应用于航天飞机、火箭、导弹、潜艇、轮船和化工设备，制备盛放液氮和液氧的器皿有生物相容性
11、接骨和人工关节，誉为“生物金属”氢反应形成非整比氢化物，作为储氢材料化学性质自学钛标准电极电势为-1.63V，在空气中迅速与氧生成致密的氧化物膜而钝化，其在室温下不与水、稀酸和碱反应钛能生成配合物TiF62-而可溶于氢氟酸或酸性氟化物溶液Ti+6HF=TiF62-+2H+2H2,2023/10/31,18,钛能溶于热的浓盐酸，生成绿色的TiCl36H2O2Ti+6HCl=2TiCl3+3H2钛在高温下可与碳、氮、硼反应生成碳化钛TiC、氮化钛TiN和硼化钛TiB。它们硬、难熔、稳定，成为金属陶瓷，氮化钛为青铜色，涂层能仿金。钛与氢反应形成一类非整比的氢化物，可作为储氢材料。钛与氧反应生成TiO
12、2,2023/10/31,19,（2）金属钛的制备TiCl4的金属热还原法自学将TiO2或天然金红石和碳粉混合加热至1000K1100K，进行氯化处理制备TiCl4，氯化反应不能直接由TiO2氯化制得，必须有碳粉的参与用金属镁或钠在1070K，氩气氛中还原得到钛1000K1100KTiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s=TiCl4(g)+2CO(g)1070K，Ar TiCl4(l)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl2(S)过量的Mg和MgCl2用稀盐酸处理除去，得到“海绵钛”,2023/10/31,20,（3）钛的重要化合物 TiO2晶型金红石型和锐钛型两种性质TiO2是白色粉末，不溶
13、于水和稀酸，溶于氢氟酸和热的浓硫酸TiO2+6HF=H2TiF6+2H2OTiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O应用TiO2俗称钛白，是优良的白色颜料，折射率高，着色力和遮盖力强，化学稳定性好，是制备高级涂料和白色橡胶的重要原料；造纸和人造纤维消光剂；功能陶瓷BaTiO3的重要原料。纳米TiO2有极好的光催化性能，在有机污水处理领域有广阔应用前景,2023/10/31,21,（4）锆和铪的性质和用途（略）锆和铪主要用于原子能工业，锆主要用作核反应堆中核燃料的包套材料。铪具有特别强的热中子吸收能力，主要用于军舰和潜艇原子反应堆的控制棒。锆合金强度高，宜作反应堆结构材料。铪合金特难熔，具有抗氧
14、化性，用作火箭喷嘴、发动机和宇宙飞行器等。锆不与人体的血液、骨骼及各组织发生作用，已用作外科和牙科医疗器械，并能强化和代替骨骼。它们还可用于化工设备和电子管的吸气剂等。,2023/10/31,22,2.钒(Vanadium),铌(Niobium)和钽(Tantalum)自学分布B，价电子构型是(n-1)d4ns1或(n-1)d3ns2钒在地壳中的丰度为136ppm，是银的1000倍，在所有元素中排第23位，但它的分布极广且很分散。钒的主要矿物为绿硫钒VS2或V2S5，铅钒矿（Pb5(VO4)3Cl）等。由于镧系收缩，铌和钽性质相似，在自然界共生，其矿物可以通式Fe(MO3)2表示钒、铌、钽均是
15、稀有金属,2023/10/31,23,（1）金属钒及其化合物性质和用途钒是银灰色具有延展性的金属，不纯时硬而脆钒是活泼金属，易呈钝态，常温下不与水、苛性碱和稀的非氧化性酸作用，但可溶于氢氟酸、强氧化性酸和王水中，也能与熔融的苛性碱反应。在高温条件下可与大多数非金属反应，比钛还易与氧、碳、氮和氢化合，所以制备纯金属很难。常用金属（如钙）热还原V2O5得到钒有金属“维生素”之称，含钒百分之几的钢，具有高强度、高弹性、抗磨损和抗冲击性能，广泛应用于结构钢、弹簧钢、工具钢、装甲钢和钢轨。对汽车工业和飞机制造业有重要意义,2023/10/31,24,V2O5钒的最重要的化合物。它是难溶于水的棕黄色固体，
16、可由偏钒酸铵热分解制备，是重要的催化剂873K，2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2OV2O5是两性氧化物，既溶于酸也溶于碱，且有一定的氧化性，与浓盐酸反应可得到Cl2。V2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2+3H2O钒具有多种氧化态（+5、+4、+3、+2、0）,2023/10/31,25,2023/10/31,26,(2)铌和钽（略）,2023/10/31,27,3.铬(Chromium)、钼(Molybdenum)和钨(Tungsten,Wolfram)分布VIB，价电子构型是(n-1)d5ns1或(n-1)d4ns2铬在自然界存在非常广泛，主要矿物为铬铁矿FeOCr2O3或FeC
17、r2O4，是普通元素钼和钨是稀有金属。主要矿物有辉钼矿（MoS2）、钼酸钙矿（CaMoO4）和钼酸铁矿（Fe2(MoO4)3nH2O）；白钨矿CaWO4和黑钨矿(Fe,Mn)WO4。钼和钨是我国的丰产元素，其储量居世界首位，辽宁杨家杖子的辉钼矿闻名于世，江西大庾岭的钨最为丰富,2023/10/31,28,（1）铬的性质和用途铬极硬、银白色、脆性金属，常温下极易形成致密的氧化物保护膜而被钝化，在硝酸、磷酸或高氯酸中呈惰性，广泛用作电镀保护层及不锈钢铬是活泼金属，其标准电极电势为Cr2+2e=Cr=-0.90VCr3+3e=Cr=-0.74V铬能溶于稀盐酸和稀硫酸，生成蓝色的Cr2+水合离子，而后
18、被空气氧化为Cr3+的绿色溶液Cr+2HCl=CrCl2+H24CrCl2+4HCl+O2=4 CrCl3+2H2O,2023/10/31,29,铬的氧化态有+6、+3、+2，+3最稳定，+2氧化态的有还原性，+6氧化态的有氧化性，+3氧化态的离子可以形成配位化合物铬的化合物最重要的是重铬酸钾，是分析化学的重要试剂（2）钼和钨自学钼和钨性质极相似何故。都是银白色高熔点金属，在常温下很不活泼，与除F2的非金属单质不发生反应。在高温下易与氧、硫、卤素、碳及氢反应。钼和钨不与普通的酸碱作用，但钼可被浓硝酸和浓硫酸所浸蚀。它们都溶于王水和HF与HNO3混合物，在熔融的碱性氧化剂中迅速被腐蚀钼和钨用于制
19、造合金钢，提高耐高温强度，耐磨性和抗腐蚀性等。钼钢和钨钢可做刀具、钻头等；钼合金在武器制造和导弹、火箭等尖端领域有重要地位。钨丝还用于制造灯丝和高温发热元件。钼丝、带、片和棒在电子工业有广泛应用,2023/10/31,30,2023/10/31,31,4.锝(Technetium)和铼(Rhenium)（略）,2023/10/31,32,13.3.8 铁族分布铁族包括锰、铁、钴和镍，锰位于VIIB族，铁、钴、镍是VIIIB族。锰和铁为黑色金属，钴和镍是有色金属；锰归入铁族是因为它们的金属单质性质相似，与铁可以形成各种合金材料，统称黑色金属材料。锰和铁的价电子构型分别是3d54s2，3d64s2
20、锰在地壳中有广泛的分布，在海底存在有大量的锰结核铁是丰产元素。主要矿物有赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）和黄铁矿（FeS2）钴和镍是我国的丰产元素，甘肃金川市被誉为镍都,2023/10/31,33,性质和用途自学锰是硬而脆的银白色金属。在空气中极易生成氧化物保护膜而钝化铁、钴和镍是具有铁磁性的银白色金属都是是活泼金属，与水反应生成难溶于水的氢氧化物M(OH)2而阻止反应继续进行,与强稀酸反应生成M（+2）盐和氢气。可被浓硫酸、浓硝酸钝化。加热时可与卤素、氧、硫、氮、碳和硅等生成相应的化合物，但不能直接与氢化合金属锰的最重要用途是生产金属合金材料：锰钢坚硬、耐磨、抗冲击，应用于制造钢轨
21、、钢甲和破碎机等，代替Ni制造不锈钢（16%20%Cr，8%10%Mn，0.1%C），铝锰合金具有良好的抗腐蚀性能和机械性能,2023/10/31,34,2023/10/31,35,铁及其合金是基本的金属结构材料，钢铁的产量为一个国家工业化程度的标志之一。铁钴镍都是重要的合金元素，能形成多种多样、性质各异的金属合金材料。如不锈钢（18%Cr，9%Ni），钴钢可制永磁铁；白钢耐高温、抗腐蚀和氢脆；镍铬合金做电热丝；镍铁合金制录音机磁头；超硬合金生产钻头、模具和高速刀具，等等。镍易吸附氢，是一种氢化催化剂，在有机合成中有重要应用。镍还因为其较稳定而作为金属镀层及制造熔碱坩埚铁族金属丰富多彩的化合物
22、和配合物，最重要的有KMnO4，MnCl2xH2O，MnO2；FeCl3，(NH4)2Fe(SO4)2,Fe(C5H5)2等铁族金属在维持生命活动着发挥重要作用，锰是植物光合作用不可少的微量元素；铁是血红蛋白的构成元素；维生素B12是钴的配合物。1974年证实了镍是动物和人必需的微量元素，存在于DNA和RNA中，成人每日摄入量0.3 mg 0.5mg,2023/10/31,36,13.3.9 贵金属自学分布贵金属包括价电子构型为(n-1)d10ns1的IB铜族铜、银、金等普通元素和VIIIB的钌、铑、钯和锇、铱、铂等铂系稀有元素，它们都是有色金属,2023/10/31,37,1.铜族存在铜、银
23、、金是人类发现最早的单质态矿物。金主要以单质形式存在于岩石或沙砾中。铜和银还有硫化物、氯化物矿，铜还有碳酸盐矿，有货币金属(Currency metals)之称性质物理性质铜银金有特征颜色，分别为：紫红、银白、金黄。铜银金很柔软，有极好的延展性和可塑性，金尤其如此。1g金可碾压成只有230个原子厚度，约1m2的薄片，拉成20m直径长达165m的金线。它们都是热和电的良导体，银在所有金属中具有最佳导电性，所以都是电子和电气工业的重要物资。铜质合金，如黄铜、青铜和白铜分别用作仪器零件和刀具,2023/10/31,38,化学性质铜族元素都是不活泼金属，CuAgAu活泼性递减都可形成+1，+2，+3氧
24、化态的化合物，Cu(+2)最稳定,Ag(+1)和Au(+1)最稳定常温不与非氧化性酸反应，铜和银溶于浓硫酸和浓硝酸中，金只溶于王水，通氧下，铜可溶于加热的硫酸和盐酸Cu+2H2SO4（浓）=CuSO4+2H2O+SO23Ag+4HNO3=3AgNO3+2H2O+NOAu+4HCl+HNO3=HAuCl4+2H2O+NO2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O2Cu+8HCl（浓，热）=2H3CuCl4+H2,2023/10/31,39,铜在空气中加热时可与氧发生反应生成黑色氧化铜，而金、银加热也不与氧作用。铜在潮湿的空气中可以生锈：2Cu+H2O+CO2+O2=Cu2(OH)2CO3
25、铜银金它们都能与CN等简单配体形成稳定配合物,2023/10/31,40,2.铂系金属自学分布铂系金属按照密度大小分为两组，钌、铑、钯密度约为12g/cm3，称轻铂系元素；锇、铱、铂密度约为22g/cm3，称重铂系元素。它们性质非常相似，在自然界共生，统称铂系元素它们在自然界可以游离态存在，如铂矿和锇铱矿，也可共生于铜和镍的硫化物中，在电解精练铜和镍后，铂系金属和金银常以阳极泥的形式存在于电解槽中铂系金属原子的价电子构型分别是：Ru：4d75s1；Rh：4d85s1；Pd：4d10；Os：5d66s2；Ir：5d76s2；Pt：5d96s1与核外电子排布规律不完全一致。原因：4d和5s及5d和
26、6s能级差与3d和4s相比更小，更易发生能级交错，导致原子最外层电子有从ns进入（n-1）d的更强趋势，这种趋势随原子序数增大而增强,2023/10/31,41,性质和用途除锇呈蓝灰色，其余均呈银白色。熔沸点高，密度大，钌锇硬而脆，其余韧性、延展性好吸收气体，特别氢气和氧气。优良的催化剂：铂是烯烃和炔烃氧化和氨氧化合成硝酸的催化剂；钌是苯氢化作用的催化剂化学惰性，在常温下不与氧、氟、氮等非金属反应，具有极高的抗腐蚀性能。Ru、Rh、Ir和块状的Os不溶于王水。Pd和Pt相对较活泼，可溶于王水，Pd可溶于浓硝酸和浓硫酸。在有氧化剂如KNO3、KClO3存在时，铂系金属与碱共熔可转化成可溶性化合物
27、铂可做蒸发皿、坩埚和电极；铂及其铂铑合金可制热电偶，铂铱合金可制造金笔的笔尖和国际标准米尺。铂的配合物顺铂顺-Pt(NH3)2Cl2是重要的抗癌药物。Pt(NH3)4PtCl4n和Pt(NH3)2Cl2 Pt(NH3)2Cl4n是很有发展前途的半导体材料,2023/10/31,42,13.3.10 易熔金属分布IIB族的锌Zn、镉Cd、汞Hg；IIIA族的镓Ga、铟In、铊Tl；IVA族的锗Ge、锡Sn、铅Pb九种元素Zn、Cd、Hg价电子构型分别为3d104s2，4d105s2 和4f145d106s2,稳定氧化态为+2，汞可以Hg2+2的形式，呈+1氧化态,2023/10/31,43,性质
28、和用途汞是常温下唯一的液态金属，且在273K473K之间体积膨胀系数很均匀，不润湿玻璃，用来制造温度计。汞的密度很大（13.55g/cm3），蒸汽压低，用于制造压力计，还可用于高压汞灯和日光灯。汞有剧毒,2023/10/31,44,汞能溶解许多金属，如钠、钾、银、金、锌、镉、锡、铅和铊等而形汞齐（amalgam）。NaHg齐反应平稳，是有机合成的常用还原剂，银、锡、铜汞齐做牙齿的填充材料。铊汞齐在213K才凝固，可做低温温度计锌和镉主要用于电镀镀层、电池工业和催化剂锌、镉、汞的活泼性由ZnCdHg依次递减。锌和镉能与稀酸反应放出氢气，汞不与非氧化性酸作用，但可溶于硝酸。锌不同于镉和汞，还可与强
29、碱反应生成Zn(OH)42-。在干燥的空气中，它们都很稳定，当加热到足够温度时，锌和镉可以在空气中燃烧，生成氧化物，而汞氧化很慢。它们都具有形成各种配合物的能力,2023/10/31,45,锌是人体必须的微量元素，镉和汞有剧毒镓铟铊和锗都是稀散元素，具有低熔点和半导体特性，在电子工业领域有重要应用锡是我国的丰产元素。云南锡矿闻名于世。锡和铅都是重要的低熔点合金元素，如青铜时代的青铜就是锡锌铜合金，印刷业的铅字也是锡铅锑合金。锡还大量用于制造马口铁。铅还大量用于制造铅蓄电池和电缆皮，另外由于它密度大，且对放射性稳定而做放射性防护材料作业1、金属可分为哪8类，各包括哪些元素2、何为镧系收缩，对元素的性质有哪些影响3、P70812,
