发布时间 : 星期一 文章无机化学第二十章铁系元素和铂系元素课程预习更新完毕开始阅读846ba374caaedd3382c4d306
第二十章 铁系元素和铂系元素
一、铁系元素的单质
铁、钴、镍三种元素原子的价电子层结构分别是3d64s2、铁系元素单质都是银白色具有光泽的金属，都有强磁性，铁和镍有很好的延展性，钴则硬而脆。 铁、钴、镍属于中等活泼的金属，活泼性按Fe，Co，Ni顺序递减。块状铁、钴、镍的纯单质在空气和纯水中是稳定的，含有杂质的铁在潮湿空气中易生锈。极细的铁粉在空气中可能进发火光。含有杂质的铁在潮湿的空气中可缓慢锈蚀，形成结构疏松的棕色铁锈Fe2O3·nH2O，锈蚀的产生必须有氧气、水及一种电解质的存在，该过程为一电化学过程。
但经过强氧化性的物质如浓硝酸等处理过的铁表面可形成一层致密的氧化物保护膜，可以保护铁表面免受潮湿空气的锈蚀。钴和镍被空气氧化可生成薄而致密的膜，这层膜可保护金属使之不继续被腐蚀，钴在加热的条件下在空气中与氧反应，较低温度下生成Co3O2，升高温度至900℃以上，则产物为CoO。加热条件下，镍与氧反应生成NiO。 二、铁系元素的化合物 1．化合物的溶解性
铁系金属的二价强酸盐几乎都溶于水，如硫酸盐、硝酸盐和氯化物。它们的水溶液由于水解作用的存在而呈不同程度酸性。
铁系元素的碳酸盐、磷酸盐及硫化物等弱酸盐在水中都是难溶的。铁系元素的氢氧化物和氧化物不溶于水。这些难溶化合物易溶于强酸。Co(OH)2和Ni(OH)2，易溶于氨水，在有NH4Cl存在时，溶解度增大。 2．化合物的颜色
Fe(H2O)62+呈浅绿色，Fe(H2O)63+淡紫色，Co(H2O)62+粉红色，Ni(H2O)62+亮绿色，Fe2+近无色，Co2+蓝色，Ni2+黄色，FeO为黑色粉末状，具有NaCl型结构，能自燃，碱和Fe(Ⅱ)盐在无氧条件下作用得到的白色Fe(OH)2沉淀，它迅速与空气中的氧作用转变为灰蓝绿色，最后转为棕色。
水合硫酸亚铁FeSO4·7H2O为蓝绿色晶体，俗名绿矾，无水FeCl3为棕黑色。 3．化合物的氧化还原性
三价铁盐是一种中等偏弱的氧化剂，可以将KI，H2S，SO2，Sn2+等强还原剂氧化。
三、铁系元素的配位化合物
Fe2+和Fe3+在氨水中都生成沉淀，在水溶液中不生成氨的配位化合物。
Co(Ⅱ)配位化合物的颜色与其配位环境有关，通常八面体配位的Co(Ⅱ)的颜色为粉红至紫色，而四面体配位的Co(Ⅱ)的颜色为蓝色，镍的水合离子Ni(H2O)62+
为绿色，向二价镍盐水溶液中加入氨水，先有绿色沉淀Ni(OH)2生成，氨水过量时沉淀溶解得到Ni(NH3)62+蓝色溶液。 四、铂系元素
铂系元素的原子半径相差不大，第二、第三过渡系列的半径相近，主要是由于镧系收缩的效应。它们的价层电子能量相差不大，因而它们都有多种不同的氧化态，受价层电子结构差异的影响，它们的最常见氧化态也不大一样。 铂系金属的特点表现突出，由于它们易于变价，与不同的反应物生成不同的中间体，因而都是优良的催化剂；由于存在未充满电子的d轨道，它们的化合物常有颜色，有非常强的生成配位化合物倾向；d轨道有未成对电子，在磁场中表现为顺磁性等。
铂系元素的化学性质相似。它们性质的相似性不仅表现在周期表的纵向上，而且还表现在横向及对角线方向上。 1．铂系元素的单质
铂系元素的价层电子结构不像铁系元素那样有规律，这对它们的物理及化学性质都有一定的影响。
除锇为蓝灰色外，其余的铂系金属均为银白色。钌和锇硬度大且脆，其余金属都有延展性。
纯净的铂有极好的延展性，可以冷轧成非常薄的铂箔。其优良的化学稳定性、非常好的可加工性，使得铂成为首饰加工的良好的材料。铂坩埚可用来处理SiO2与HF的反应。铂可作电极；铂铑合金可作热电偶材料；铱用作硬质合金，如铱合金笔尖。
铂系金属均为高熔点金属，熔点最低的金属Pd，熔点高达1825K。 铂系元素中，第六周期的三种金属的密度很大，都超过20g·cm-3，其中锇是已知的密度最大的金属。
铂系元素的单质均为惰性金属，常温下一般不与卤素、氧、硫等发生化学反应，只有在高温下和氧化性强的卤素发生化合。Pd不与非氧化性酸作用，缓慢溶于硝酸和热的浓硫酸。Pt不溶于硝酸，溶于王水生成H2PtCl6。 2．铂系元素化合物
(1)氯铂酸 最重要的铂(Ⅳ)的配位化合物是氯铂酸及其盐，制法为
五、过渡元素的通性 1．单质的物理性质
过渡元素的单质大多是高熔点、高沸点、密度大、硬度大、导电和导热性良好的金属。在金属元素中，熔点最高的是钨，密度最大的是锇，硬度最大的是铬。 造成这种特性的原因可能是因过渡元素的单质原子半径小，采取紧密堆积时原子之间除了有s电子外，还有部分d电子参与成键，在金属键之外有部分共价键，因此结合牢固。
2．过渡元素的原子半径和离子半径
(1)原子半径的变化规律，同一周期从左到右，从Sc，Ti到Mn，原子半径减小，主要因为有效核电荷增大，金属性增强。Mn以后，原子半径有所回升，这时以金属键减弱的影响为主，有效核电荷增大的影响为次。同一族从上到下，
原子半径增大，rⅠ＜rⅡ≈rⅢ。rⅠ＜rⅡ与电子层增加的影响占上风有关；rⅡ≈rⅢ为镧系收缩造成的结果。
(2)离子半径的变化规律与原子半径变化规律相似。 3．过渡元素的键型
一般低价态(+1，+2，+3)为离子键；高价态(+4以上)为共价键。低氧化态的水合物有确定组成；高氧化态则收由极性共价键形成含氧水合离子(如TiO2+，VO2+等)。