文档介绍：无机化学
第21章过渡金属(Ⅱ)
Chapter 21 Transition Metal ( Ⅱ)
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基本内容和重点要求
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重点要求掌握铁、钴、镍、铂等常见重要金属的化合物及其性质
过渡金属通性
铂系元素
铁系元素
铁系元素概述
钴和镍
铁
铁系元素
铁系元素概述
Fe Co Ni
Ru Rh Pd
Os Ir Pt
Ⅷ族
元素
价电子构型
重要氧化态
Fe
3d64s2
+2,+3,(+6)
Co
3d74s2
+2,+3,(+5)
Ni
3d74s2
+2,+3,(+4)
最高氧化值不等于族序数。
%,居元素分布序列中的第四位。铁最高氧化态+6,常见氧化态+2和+3。钴和镍最高氧化态为+4,氧化态有+3和+2。
酸性溶液中,Fe2+、Co2+、Ni2+离子稳定,空气中Fe2+被氧化为Fe3+;碱性介质,铁最稳定氧化态+3,而钴和镍的最稳定氧化态+2;在干态,Fe直接氯化却得FeCl3,因为Fe的第三电离势较小。Co和Ni同氯气反应不能生成三氯化物。
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 ↓
4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 ↓
单质铁、钴、镍银白色金属。有铁磁性。铁是最重要结构材料。钴和镍主要用于制造合金。如钴、铬、钨的合金具有很高的硬度和防锈性能。镍粉可做加氢反应的催化剂,镍制坩埚在实验室里常用。
1. 氧化数为+2的铁的化合物
氢氧化亚铁:主要呈碱性,酸性很弱,但能溶于浓碱。
硫酸亚铁:制取: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4
溶液中析出的是浅绿色的七水合硫酸亚铁FeSO4·7H2O,俗称绿矾。
硫酸亚铁易溶于水,在水中有微弱的水解,使溶液显酸性;硫酸亚铁被空气氧化,2FeSO4 + 1/2O2 + H2O → 2Fe(OH)SO4
硫酸亚铁与碱金属硫酸盐形成复盐M2ISO4·FeSO4·6H2O。最重要的复盐是FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O(摩尔氏盐),常被用作还原试剂。
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O
铁
配合物:黄血盐K4[)6]·3H2O,赤血盐K3[)6],普鲁士蓝、滕氏蓝 KFe[)6]。滕氏蓝和普鲁士蓝的组成与结构一样,如图21-3。
K+ + Fe3+ + [)6]4- → KFe[)6]↓普鲁士蓝
K+ + Fe2+ + [)6]3 → KFe[)6] ↓滕氏蓝
2K4[)6] + Cl2 → 2KCl + 2K3[)6]
4K3[)6] + 4KOH → 4K4[)6] + O2 + 2H2O
Fe3+ + SCN- ↔[Fe(SCN)] 2+ (血红色)
二茂铁(C5H5)2Fe是一种夹心式结构的配位化合物。Fe2+和C5H5-之间是由C5H5-环的π轨道与Fe2+的空d轨道重叠形成。
2C5H5MgBr + FeCl2 →(C5H5)2Fe + MgBr2 + MgCl2
2.  氧化数为+3的铁的化合物
三氧化二铁:具有α和γ两种构型。α型顺磁性,γ型铁磁性。自然的赤铁矿是α型。FeO和Fe2O3的混合氧化物Fe3O4(磁性氧化铁),具有磁性,是电的良导体,是磁铁矿的主要成分。
氢氧化铁:通常称为氢氧化铁的红棕色沉淀实际上是Fe2O3·nH2O,习惯上写作Fe(OH)3。新沉淀出来的水合三氧化二铁具有两性,主要呈碱性,易溶于浓的强碱溶液形成[Fe(OH)6]3-离子。
三氯化铁:具有明显共价性,易潮解,溶解在有机溶剂(如丙酮)中,以双聚分子Fe2Cl6存在, Fe3+在酸性溶液中是较强氧化剂。
2FeCl3 + 2KI → 2KCl + 2FeCl2 + I2
2FeCl3 + H2S → 2FeCl2 + 2HCl + S
2FeCl3 + SnCl2 → 2FeCl2 + SnCl4
Fe3+离子在溶液中明显地水解,水解过程很复杂。首先,发生逐级水解,其次,随着水解的进行,同时发生各种类型的缩合反应(P1023)。
当溶液中酸过量时,Fe3+主要以[Fe(H2O)6]3+存在。当pH=2-3时,聚合倾向增大,形成聚合度大于2的多聚体,最终导致生成红棕色胶状水合三氧化二铁沉淀。加热时,颜色变浅?
3   氧化数为+6的铁