大学无机化学第22章铁系元素和铂系元素.ppt

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1、第22章铁系元素和铂系元素主要内容铁系元素的配位化合物铁系元素的单质1铁系元素的简单化合物23铂系元素4过渡金属元素小结5FeCoNi铁系RuRhPdOsIrPt铂系铁系元素概述一.铁系元素的价层电子构型、常见氧化态、自然界中主要矿物质及用途第Ⅷ族元素在周期表中是特殊的一族,包含三个周期的9种元素,这与它们之间性质的类似和递变关系相联系的;性质的水平相似性比垂直相似性更突出.Fe(铁)Co(钴)Ni(镍)价电子构型3d64s23d74s23d84s2常见氧化数+2、+3、+6、(+8)+2、+3+2、+3主要矿物磁铁矿(Fe3O4)赤铁矿(Fe2O3)黄铁矿(

2、FeS2)辉钴矿(CoAsS)砷钴矿(CoAs2)镍黄铁矿(NiS·FeS)硅镁镍矿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Co0.227Co1.92Co23-++Ni0.257Ni1.59NiO22-+Fe0.44Fe0.771Fe2.20FeO：/V2324-++-二.铁、钴、镍的元素电势图1.中等活泼金属,能溶于稀酸(钴、镍缓慢).活泼性按Fe→Co→Ni递减.2.在酸性介质中,Fe2+、Co2+、Ni2+分别是铁、钴、镍离子的最稳定状态,但Fe2+可空气氧化为Fe3+.3.高氧化态的铁(Ⅵ)、钴(Ⅲ)、镍(Ⅲ)在酸性

3、介质中都是强的氧化剂.Co0.73Co(OH)0.17Co(OH)23-Ni0.72-Ni(OH)0.49Ni(OH)32Fe0.887Fe(OH)0.56Fe(OH)0.72FeO：/V2324---4.碱性介质中,铁的最稳定氧化态是+3,镍的最稳定氧化态仍是+2.Co(OH)2能被空气缓慢地氧化.O2+2H2O+4e-=4OH-EBӨ=0.401V5.低氧化态氢氧化物的还原性按Fe(OH)2→Co(OH)2→Ni(OH)2的顺序递减.6.碱性介质中把低氧化态的铁、钴、镍氧化为高氧化态比酸性介质中容易.22-1铁系元素的单质一.单质均为具有光泽的银白色金属,

4、具有磁性,为铁磁性物质,其合金为良好的磁性材料.它们的密度较大,熔点随Fe→Co→Ni的次序降低,这可能与3d轨道中成单电子数按Fe→Co→Ni次序减少有关.铁和镍的延展性好，钴硬而脆.二.空气和水对钴、镍和纯铁稳定,含杂质铁在潮湿空气中形成棕色铁锈(Fe2O3·xH2O).铁锈的形成过程为电化学过程：Fe-2e-=Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-4Fe(OH)2+O2=2Fe2O3+4H2O钴和镍在空气中可形成一层薄而致密的氧化膜.冷、浓硝酸可使铁、钴、镍钝化,可用铁制品贮运浓硝酸;铁能被浓碱溶液侵蚀,钴、镍对浓碱稳定.实验室常用镍坩埚熔融碱性物质.

5、三.铁系元素单质常见反应1.与酸反应冷浓HNO3使Fe,Co,Ni钝化.处于钝化状态的Fe,Co,Ni往往不再溶于稀硝酸中.钴与稀硝酸、镍与热的浓硝酸或稀酸有作用.2.与非金属反应22-2铁系元素的简单化合物一.铁的氧化物和氢氧化物FeO黑色Fe2O3红棕色Fe3O4黑色Fe(OH)2白色Fe(OH)3红棕色1.FeO和Fe(OH)222-2-1铁的简单化合物分解温度不宜过高Fe(OH)2+4OH-[浓]=[Fe(OH)6]4-由草酸亚铁分解得到粉状的FeO反应活性很高,能在空气中自燃.FeO溶于酸不溶于碱.Fe(OH)2溶于酸,也能微溶于浓的强碱中:2.Fe

6、3O4Fe3O4是一种铁氧体磁性物质,具有高的导电性和反尖晶石结构[FeⅢ]t[FeⅡFeⅢ]oO4;不溶于水和酸.Fe3O4：铁(Ⅲ)酸盐FeⅡFeⅢ[FeⅢO4]4Fe3O4+36KHSO4(熔融)+O2=6Fe2(SO4)3+18H2O+18K2SO44Fe3O4+18SO3+O2=6Fe2(SO4)33.Fe2O3和Fe(OH)3/Fe2O3·xH2O及高铁酸盐顺磁性,用作防锈漆自然界存在的赤铁矿是α-Fe2O3.空气中,>400℃α-Fe2O3真空中,>250℃Fe3O4Fe2O3不溶于水能溶于酸和浓热的强碱:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O

7、Fe2O3+2KOH(浓,热)=2KFeO2+H2O灼烧后的Fe2O3不溶于酸.Fe(OH)3/Fe2O3·xH2O两性偏碱性,溶于酸,新制备的Fe(OH)3能溶于强碱.Fe(OH)3+3KOH=K3[Fe(OH)6]高铁酸的钠盐和钾盐是可溶的,BaFeO4是紫红沉淀;高铁酸盐是比高锰酸盐更强的氧化剂,它安全、无毒、无污染、无刺激;它是一种优良的水处理剂,具有氧化杀菌作用,生成的Fe(OH)3胶体对各种阴阳离子有强的吸附能力;对水体中的CN-去除能力非常强.FeO4-只能存在于强碱性介质中,在酸性介质中不稳定,是强氧化剂：1.硫酸亚铁FeSO4·7H2O/绿矾

8、2FeS2(黄铁矿)+7O2+2H2O