文档介绍：高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第12讲副族元素及其化合物
【竞赛要求】
钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、银、金、锌、汞、钼、钨。过渡元素氧化态。氧化物和氢氧化物的酸碱性和两性。水溶液中的常见离子的颜色、化学性质、定性检出(不使用特殊试剂)和分离。制备单质的一般方法。
【知识梳理】
一、通论
d区元素是指IIIB~VIII族元素,ds区元素是指IB、IIB族元素。d区元素的外围电子构型是(n-1)d1~10ns1~2(Pd例外),ds区元素的外围电子构型是(n-1)d10ns1~2。它们分布在第4、5、6周期之中,而我们主要讨论第4周期的d区和ds区元素。
第4周期d区、ds区元素某些性质
Sc
3d14s2
Ti
3d24s2
V
3d34s2
Cr
3d54s1
Mn
3d54s2
Fe
3d64s2
Co
3d74s2
Ni
3d84s2
Cu
3d104s1
Zn
3d104s2
熔点/℃
1953
1675
1890
1890
1204
1535
1495
1453
1083
419
沸点/℃
2727
3260
3380
2482
2077
3000
2900
2732
2595
907
原子半径/Pm
164
147
135
129
127
126
125
125
128
137
M2+半径/Pm
-
90
88
84
80
76
74
67
72
74
I1kJ·mol-1
631
658
650
758
室温密度/gcm-3
氧化态
3
–1,0,2
3,4
–1,0,2
3,4,5
–2,–1,0
2,3,4
5,6
–1,0,1
2,3,4
5,6,7
0,2,3
4,5,6
0,2
3,4
0,2
3,(4)*
1,2
3
(1)
2
*( )内为不稳定氧化态。
同一周期的d区或ds区元素有许多相似性,如金属性递变不明显、原子半径、电离势等随原子序数增加虽有变化,但不显著,都反映出d区或ds区元素从左至右的水平相似性。
d区或ds区元素有许多共同的性质:
(1)它们都是金属,因为它们最外层都只有1~2个电子。它们的硬度大,熔、沸点较高。第4周期
d区元素都是比较活泼的金属,题目能置换酸中的氢;而第5、6周期的d区元素较不活泼,它们很难和酸作用。
(2)除少数例外,它们都存在多种氧化态,且相邻两个氧化态的差值为1或2,如Mn,它有–1,0,1,2,3,4,5,6,7;而p区元素相邻两氧化态间的差值常是2,如Cl,它有–1,0,1,3,5,7等氧化态。最高氧化态和族号相等,但VIII族除外。第4周期d区元素最高氧化态的化合物一般不稳定;而第5、6周期d区元素最高氧化态的化合物则比较稳定,且最高氧化态化合物主要以氧化物、含氧酸或氟化物的形式存在,如WO3、WF6、MnO、FeO、CrO等,最低氧化态的化合物主要以配合物形式存在,如[Cr(CO)5]2–
(3)它们的水合离子和酸根离子常呈现一定的颜色。这些离子的颜色同它们的离子存在未成对的d电子发生跃迁有关。
某些d去元素水合离子的颜色
电子构型
未成对电子数
阳离子
水合离子颜色
3d0
0
0
Sc3+
Ti4+
无色
无色
3d1
1
1
Ti3+
V4+
紫色
蓝色
3d2
2
V3+
绿色
3d3
3
3
V2+
Cr3+
紫色
紫色
3d4
4
4
Mn3+
Cr2+
紫色
蓝色
3d5
5
5
Mn2+
Fe3+
肉色
浅紫色
3d6
4
Fe2+
绿色
3d7
3
Co2+
粉红色
3d8
2
Ni2+
绿色
3d9
1
Cu2+
蓝色
3d10
0
Zn2+
无色
常见酸根离子的颜色有:
CrO(黄色)、Cr2O(橙色)、MnO(绿色)、MnO(紫红色)。
(4)它们的原子或离子形成配合物的倾向都较大。因为它们的电子构型具有接受配体孤电子对的条件。
以上这些性质都和它们的电子层结构有关。
二、d区元素
(一)钛副族
1、钛副族元素的基本性质
钛副族元素原子的价电子层结构为(n-1)d2ns2,所以钛、锆和铪的最稳定氧化态是+4,其次是+3,+2氧化态则比较少见。在个别配位化合物中,钛还可以呈低氧化态0和