Химия d -элементов

Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов
3. Восстановительные и окислительные свойства d-элементов
4. d-элементы - хорошие комплексообразователи
5. Физические свойства. Руды. Способы получения.
6. Ряд напряжения металлов. Химические свойства металлов.

10 d-е,
а также 2, реже 1 s-е на внешнем уровне

d-элементы образуют три переходных ряда:
в 4, 5, 6 периодах соответственно.

Все d-элементы являются металлами с
характерным металлическим блеском

d-элементы и их соединения имеют характерные свойства: переменные СО, способность к образованию комплексных соединений, образование окрашенных соединений

d-элементы III, IV, V, VI, VII групп
проявляют кислотные свойства, как р- элементы.

Проявление высших СО маловероятно.
d-элементам VIII, I, II групп характерны СО от I до III.
В них проявляются металлические свойства.

[Ar] 3d104s1

Zn [Ar] 3d104s2

Ag

ЭО

1,6
1,5
1,8

1,9
1,7
1,9

ρ

7,19
7,44
7,87

8,96
7,13
10,5

t пл.

1857
1244
1535

1083
420
962

t кип.

2672
1962
2750

2567
907
2212

характеризуются высокой плотностью, что объясняется малыми радиусами их атомов

d-элементы - хорошие проводники электрического тока, особенно те из них, в атомах которых имеется только один внешний s-электрон

Электроотрицательности возрастают от хрома к цинку, значит ослабевают металлические свойства

(HNO3)

HMnO4

H2CrO4

HVO3

(II),III,IV

Fe:[Ar]3d64s2

Fe: II, III, (VI)

Fe+III: [Ar]3d54s0

Zn+II: [Ar]3d104s0

Zn: II

Zn:[Ar]3d104s2

II, III, IV, V

Nb Ta

(III,IV), V

Устойчивость высшей степени окисления в В-подгруппах

В отличии от s- и p-элементов у d-элементов устойчивость высшей СО возрастает вниз по подгруппе:

натрия

Cr2O3 + NaOH = NaCrO2 + H2O

хромит натрия

t

СrO3

- кислотный оксид

CrO3 + KOH = K2CrO4 + H2O

хромат калия

В кислой среде хроматы переходят в дихроматы:

СrO42- + H+ = Cr2O72- + H2O

= FeCl3 + H2O

Fe2O3 + KOH = KFeO2 + H2O

феррит калия

t

Ферриты - соли
железистой кислоты HFeO2

Zn + HCl = ZnCl2 + H2

Амфотерными являются оксид и гидроксид цинка: ZnO, Zn(OH)2

Zn + NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

ZnO + NaOH = Na2[Zn(OH)4]

…Zn2+

Восстановительные свойства

Изменение восстановительных свойств d-элементов

Восстановителем
не является

↓ + H2O2 → CoOOH ↓
Ni(OH)2 ↓ +Br2 +NaOH →NiOOH↓ +NaBr+…

Fe(OH)2 Co(OH)2 Ni(OH)2

Восстановительные свойства
усиливаются

Сила окислителя

являются сильными восстановителями:

Cоли Fe(II) легко окисляются и переходят в Fe(III)

FeSO4 + Cl2 = FeCl3 + Fe2(SO4)3

Окисление солей железа (III) в щелочной среде приводит к образованию ферратов - соединений железа (VI)

Fe2O3 + Cl2 + KOH = K2FeO4 + KCl + H2O

t

окислительно-щелочное плавление

окислительных свойств

K2Cr2O7+H2O2+H2SO4 = CrO5+ K2SO4+…

KMnO4+H2O2+H2SO4 = MnSO4 + O2 +…

эфир

пероксид хрома

K2FeO4 + Mn(NO3)2 + HNO3→ Fe(NO3)3 + KMnO4 + …

J2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

Перманганаты - сильнейшие окислители:

MnO4-

Mn2+
MnO2
MnO42-

(pH < 7)

(pH ~ 7)

(pH > 7)

Ферраты - сильнейшие окислители

d-элементов от примесей

Ni + 4CO = [Ni(CO)4]

Тетракарбонил никель

Для d-элементов характерно образование комплексных соединений.

Карбонилы являются особым типом комплексных соединений.

[Fe(CO)5]

[Co(CO)4]

тетракарбонил кобальта

пентакарбонил железа

↓ + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaCl

3) для перевода малорастворимых соединений в раствор:

SCN- = [Fe(SCN)6]3-

CoSO4+ KNO2 = K3[Co(NO2)6] + NO +...

Для обнаружения ионов калия

4) обнаружение ионов металлов в растворе:

тугоплавкость

(железный колчедан)
- CuFeS2 – халькопирит
- MoS2 – молибденит
- ZnS – сфалерит (цинковая обманка)
- PbO - галенит (свинцовый блеск)

Fe2O3 -гематит;
Al2O3 -корунд;
MnO2 -пиролюзит
TiO2 – рутил
FeO·Cr2O3 - хромистый железняк

Природные руды металлов

соль)
KCl – сильвин
KCl·MgCl2·6H2O -карналит

Сульфатные, фосфатные и карбонатные руды:

CaSO4·2H2O – гипс
Ca3(PO4)2 – фосфорит
CaCO3 – мрамор, известняк
CuCO3·Cu(OH)2 - малахит
MgCO3 - магнезит

Промышленно перерабатываются в основном оксидные, сульфидные и галогенидные руды.

при высокой температуре.

Fe2O3 + CO

Fe + CO2

FeS2 + O2 = Fe2O3 + SO2

Cпособы получения металлов

Определяются характером сырья (рудой)

2. Электрометаллургия - электролиз расплавов или растворов солей

ZnSO4 + H2O Zn ↓+ O2 ↑ + H2SO4

электролиз

активными металлами

CdSO4 + Zn

Cd↓+ ZnSO4

цементация

+ Zn = K2[Zn(CN)4] + Au

цементация золота

Гидрометаллургический способ извлечения золота

1.

2. Растворение золота в ртути с последующей разгонкой амальгамы.

Амальгама – сплав Hg с металлами (Zn, Cu, щелочные металлы).

Fe(CO)5
Порошок желтая жидкость
пентакарбонил железо

Pt, t

Получение металла высокой чистоты

[Fe(CO)5] Fe + 5CO

160-200оС

Железо высокой чистоты

2. Иодидное рафинирование.

3. Электролиз водных растворов солей.

Pb H2 Cu Ag Hg Au

Усиление восстановительной способности атомов

Усиление окислительной способности ионов

Li+Ca2+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+Ni2+Pb2+H+Cu2+Ag+Hg2+Au3+

HBr…

Zn + HCl = H2 ↑+ ZnCl2

2. Кислоты окислители: HNO3, H2SO4конц, …

Hg + HNO3изб = Hg(NO3)2 + NO + H2O

Cd + H2SO4конц = CdSO4 + SO2 + H2O

Sn + HNO3конц = H2SnO3 ↓+ NO2 + H2O

Fe + HCl = H2↑+ FeCl2

β - оловянная кислота

+ HNO3 + HF = H2[NbF7] + NO + H2O

4. Взаимодействие с щелочами:

Zn + NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

Ge + O2 + 2NaOH + 2H2O = Na2[Ge(OH)6]

Ag + HNO3 + HCl = H[AgCl2] + NO + H2O