《過渡金屬、主族金屬》課件

過渡金屬、主族金屬元素周期表中兩大金屬家族特性差異與應(yīng)用領(lǐng)域概述元素周期表結(jié)構(gòu)回顧s區(qū)元素IA、IIA族1p區(qū)元素IIIA至VIIIA族2d區(qū)元素IIIB至IIB族3f區(qū)元素鑭系和錒系4過渡金屬定義及特點(diǎn)d軌道未填滿最外層或次外層d軌道未完全填滿多種氧化態(tài)可形成多種氧化態(tài)化合物彩色化合物多數(shù)化合物呈現(xiàn)特征色催化和磁性良好催化性能和磁性主族金屬定義及特點(diǎn)s區(qū)和p區(qū)金屬主族金屬位于元素周期表的s區(qū)和p區(qū)穩(wěn)定氧化態(tài)通常只有一種或兩種穩(wěn)定氧化態(tài)化學(xué)活性元素周期表左側(cè)活性強(qiáng)，右側(cè)活性較弱過渡金屬電子構(gòu)型1第一過渡系3d軌道填充，4s2開始2第二過渡系4d軌道填充，5s2開始3第三過渡系5d軌道填充，6s2開始4填充特點(diǎn)先失去s電子，后失去d電子主族金屬電子構(gòu)型1IA族金屬ns1構(gòu)型，易失去1個電子2IIA族金屬ns2構(gòu)型，易失去2個電子3IIIA族金屬ns2np1構(gòu)型，失去3個電子過渡金屬氧化態(tài)主族金屬氧化態(tài)族別常見氧化態(tài)穩(wěn)定性IA族+1非常穩(wěn)定IIA族+2非常穩(wěn)定IIIA族+3穩(wěn)定IVA族+2,+4不同條件下穩(wěn)定過渡金屬物理性質(zhì)高熔點(diǎn)多數(shù)熔點(diǎn)高于1000℃鎢熔點(diǎn)高達(dá)3422℃高密度密度普遍較大鋨是最致密金屬良好導(dǎo)電性銀導(dǎo)電性最佳銅廣泛用于導(dǎo)線主族金屬物理性質(zhì)97.8℃銫熔點(diǎn)最低熔點(diǎn)金屬0.53鋰密度g/cm3，最輕金屬660℃鋁熔點(diǎn)常用輕金屬過渡金屬化學(xué)性質(zhì)概述活性差異活性由左至右遞減與酸反應(yīng)置換H?氣體與氧反應(yīng)形成氧化物配位能力形成穩(wěn)定配合物主族金屬化學(xué)性質(zhì)概述1堿金屬極強(qiáng)活性，水中劇烈反應(yīng)2堿土金屬活性強(qiáng)，水中緩慢反應(yīng)3鋁族金屬活性中等，鈍化現(xiàn)象鈦?zhàn)逶兀↖VB族）組成元素鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)特點(diǎn)高強(qiáng)度、低密度、耐腐蝕應(yīng)用航空航天、核工業(yè)釩族元素（VB族）組成元素釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)物理特性高熔點(diǎn)、高硬度化學(xué)特性多種氧化態(tài)，氧化物酸性主要應(yīng)用鋼鐵添加劑、電容器鉻族元素（VIB族）組成元素鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)高硬度耐高溫耐腐蝕氧化態(tài)常見+2、+3、+6氧化態(tài)鉻酸鹽呈橙紅色重鉻酸鹽呈橙色鉻(III)呈綠色錳族元素（VIIB族）錳(Mn)、錸(Re)、Bh特點(diǎn)：多變價態(tài)、氧化性強(qiáng)鐵族元素（VIIIB族）鐵(Fe)最重要的結(jié)構(gòu)金屬鈷(Co)重要磁性材料鎳(Ni)耐腐蝕合金組分銅族元素（IB族）銅(Cu)良好導(dǎo)電性能銀(Ag)最高導(dǎo)電性金(Au)化學(xué)穩(wěn)定性高鋅族元素（IIB族）鋅(Zn)用途廣泛，防腐涂層鎘(Cd)鎳鎘電池，毒性較強(qiáng)汞(Hg)常溫下唯一液態(tài)金屬堿金屬（IA族）鋰(Li)電池材料，密度最小金屬鈉(Na)化學(xué)工業(yè)原料，NaOH制備鉀(K)重要肥料元素，生物必需銫(Cs)原子鐘，最活潑金屬堿土金屬（IIA族）1鈹(Be)最輕堿土金屬，高毒性2鎂(Mg)輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料3鈣(Ca)生物骨骼主要成分4鋇(Ba)X射線造影劑，硫酸鋇硼族元素（IIIA族）鋁(Al)最豐富金屬，輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料鎵(Ga)低熔點(diǎn)，半導(dǎo)體材料銦(In)ITO透明導(dǎo)電薄膜鉈(Tl)高毒性，特殊玻璃過渡金屬單質(zhì)的制備氧化物還原電解法熱分解置換反應(yīng)其他方法主族金屬單質(zhì)的制備電解法鈉、鎂、鋁等化學(xué)還原堿土金屬氧化物還原熱分解特定金屬化合物熱處理過渡金屬配合物配位數(shù)常見4、6配位結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)型八面體、四面體、平面正方形顏色來源d軌道電子躍遷穩(wěn)定性過渡金屬形成穩(wěn)定配合物主族金屬配合物配位特點(diǎn)配位能力較弱離子半徑影響配位構(gòu)型典型配體含氧、氮配體水、羥基、氨基等配合物顏色多數(shù)無色特殊配體可呈色過渡金屬氧化物顏色多樣：氧化鐵(紅褐色)、氧化銅(黑色)酸堿性：低價氧化物呈堿性，高價氧化物呈酸性主族金屬氧化物1兩性氧化物Al?O?、ZnO可溶于強(qiáng)酸強(qiáng)堿2兩性弱于堿性BeO、PbO3堿性氧化物Na?O、CaO溶于水生成堿過渡金屬氫氧化物制備方法金屬鹽與堿反應(yīng)沉淀顏色特征Fe(OH)?(紅褐色)、Cu(OH)?(藍(lán)色)酸堿性低價呈堿性，高價呈酸性主族金屬氫氧化物1強(qiáng)堿NaOH、KOH完全電離2弱堿Mg(OH)?、Ca(OH)?部分電離3兩性氫氧化物Al(OH)?、Zn(OH)?過渡金屬鹵化物變價性多種氧化態(tài)鹵化物1水解反應(yīng)高價鹵化物易水解2顏色特點(diǎn)多呈現(xiàn)特征顏色3配位能力形成配合物能力強(qiáng)4主族金屬鹵化物類型代表物性質(zhì)堿金屬鹵化物NaCl、KCl高熔點(diǎn)、不易水解堿土金屬鹵化物CaCl?、MgCl?易溶于水、吸濕性鋁族鹵化物AlCl?路易斯酸、易水解過渡金屬硫化物天然礦物黃鐵礦FeS?、輝銻礦Cu?S沉淀反應(yīng)金屬離子與S2?生成沉淀應(yīng)用領(lǐng)域催化劑、半導(dǎo)體材料主族金屬硫化物堿金屬硫化物Na?S、K?S水溶性強(qiáng)，堿性水解堿土金屬硫化物CaS、BaS微溶于水，堿性反應(yīng)鋁族硫化物Al?S?水解產(chǎn)生H?S氣體過渡金屬的催化性能表面活性活性中心吸附反應(yīng)物降低活化能提供替代反應(yīng)途徑選擇性特定催化劑促進(jìn)特定反應(yīng)可重復(fù)使用反應(yīng)后可回收再利用主族金屬的應(yīng)用鈉鉀合金核反應(yīng)堆冷卻劑鎂合金輕量化結(jié)構(gòu)材料鋁制品日常生活應(yīng)用廣泛鈦的重要化合物二氧化鈦(TiO?)白色顏料，光催化劑四氯化鈦(TiCl?)金屬鈦生產(chǎn)原料鈦酸鹽特種陶瓷材料釩的重要化合物5氧化態(tài)從+1到+5多種氧化態(tài)98%合金鋼應(yīng)用釩消耗主要用于合金鋼2%催化應(yīng)用用于硫酸生產(chǎn)催化劑鉻的重要化合物1三氧化鉻(CrO?)強(qiáng)氧化劑，電鍍原料2鉻酸鹽(CrO?2?)黃色，弱氧化性3重鉻酸鹽(Cr?O?2?)橙紅色，強(qiáng)氧化性4鉻綠(Cr?O?)綠色顏料，耐熱材料錳的重要化合物二氧化錳(MnO?)黑色，強(qiáng)氧化劑干電池材料高錳酸鉀(KMnO?)紫色，強(qiáng)氧化劑消毒劑，氧化滴定鐵的重要化合物氧化鐵(Fe?O?)赤鐵礦，紅色顏料四氧化三鐵(Fe?O?)磁鐵礦，磁性材料亞鐵鹽(Fe2?)淺綠色，還原性鐵鹽(Fe3?)黃褐色，血紅蛋白組分鈷的重要化合物氧化鈷(CoO)灰色或綠色粉末1氯化鈷(CoCl?)變色指示劑原料2鈷藍(lán)(CoAl?O?)藍(lán)色顏料3鈷的配合物維生素B??組分4鎳的重要化合物1氧化鎳(NiO)綠色粉末，用于陶瓷2氯化鎳(NiCl?)黃色，鍍鎳工藝3硫酸鎳(NiSO?)電鍍、催化劑銅的重要化合物氧化銅(CuO)黑色粉末，催化劑硫酸銅(CuSO?)藍(lán)色晶體，殺菌劑氫氧化銅(Cu(OH)?)藍(lán)色沉淀，測試葡萄糖鋅的重要化合物氧化鋅(ZnO)白色粉末，橡膠工業(yè)添加劑氯化鋅(ZnCl?)強(qiáng)吸水性，焊接助劑硫酸鋅(ZnSO?)白色晶體，營養(yǎng)補(bǔ)充劑鈉的重要化合物NaOH：化工原料、肥皂制造NaCl：食鹽、氯堿工業(yè)原料鎂的重要化合物氧化鎂(MgO)耐火材料，醫(yī)用制劑氯化鎂(MgCl?)海水提取鎂，冰融化劑硫酸鎂(MgSO?)瀉藥，農(nóng)業(yè)肥料鋁的重要化合物1氧化鋁(Al?O?)耐火材料，精細(xì)研磨2氫氧化鋁(Al(OH)?)兩性，抗酸劑3硫酸鋁(Al?(SO?)?)凈水劑，防腐劑過渡金屬的生物作用鐵血紅蛋白核心元素鈷維生素B??組成部分鋅胰島素及多種酶組分銅血液生成和神經(jīng)傳導(dǎo)主族金屬的生物作用鈉細(xì)胞外液主要陽離子鉀細(xì)胞內(nèi)液主要陽離子鈣骨骼形成，肌肉收縮鎂酶催化輔助因子過渡金屬的環(huán)境效應(yīng)重金屬污染Hg、Cd、Pb蓄積性毒性1生物放大食物鏈傳遞濃縮2處理方法沉淀法，離子交換3生物修復(fù)特定植物吸收金屬4主族金屬的環(huán)境效應(yīng)鈉鹽污染土壤鹽堿化水體含鹽量增加鋁毒性酸雨釋放鋁離子魚類和植物生長抑制過量營養(yǎng)元素鉀肥過量使用水體富營養(yǎng)化過渡金屬的冶金工藝礦石破碎提高礦物利用率選礦富集物理或化學(xué)分離冶煉還原熱還原或電解精煉提純?nèi)コs質(zhì)元素主族金屬的冶金工藝1原礦處理鋁土礦堿法處理2中間產(chǎn)物氧化鋁純化3最終還原電解法提取純鋁過渡金屬在材料科學(xué)中的應(yīng)用鈦合金航空航天，生物醫(yī)學(xué)高溫合金燃?xì)廨啓C(jī)，核工業(yè)智能材料形狀記憶合金，溫度敏感材料主族金屬在材料科學(xué)中的應(yīng)用3.6V鋰電池高能量密度2.7鋁合金密度g/cm3，輕質(zhì)高強(qiáng)1.8鎂合金密度g/cm3，超輕材料過渡金屬的最新研究進(jìn)展納米材料納米催化劑，量子點(diǎn)1MOFs材料多孔配位聚合物儲氫2單原子催化極致催化效率3超導(dǎo)材料高溫超導(dǎo)體研究4主族金屬的