《过渡金属、主族金属》课件

过渡金属、主族金属元素周期表中两大金属家族特性差异与应用领域概述元素周期表结构回顾区元素区元素s p

12、族至族IA IIAIIIA VIIIA区元素区元素f d镧系和锕系至族IIIB IIB43过渡金属定义及特点轨道未填满d最外层或次外层轨道未完全填满d多种氧化态可形成多种氧化态化合物彩色化合物多数化合物呈现特征色催化和磁性良好催化性能和磁性主族金属定义及特点区和区金属稳定氧化态s p主族金属位于元素周期表的区和通常只有一种或两种稳定氧化态s区p化学活性元素周期表左侧活性强，右侧活性较弱过渡金属电子构型第一过渡系1轨道填充，开始3d4s²第二过渡系2轨道填充，开始4d5s²第三过渡系3轨道填充，开始5d6s²填充特点4先失去电子，后失去电子s d主族金属电子构型族金属IA1构型，易失去个电子ns¹1族金属IIA2构型，易失去个电子ns²2族金属IIIA3构型，失去个电子ns²np¹3过渡金属氧化态主族金属氧化态族别常见氧化态稳定性族非常稳定IA+1族非常稳定IIA+2族稳定IIIA+3族不同条件下稳定IVA+2,+4过渡金属物理性质高熔点高密度良好导电性多数熔点高于℃密度普遍较大银导电性最佳1000钨熔点高达℃锇是最致密金属铜广泛用于导线3422主族金属物理性质℃℃

97.

80.53660铯熔点锂密度铝熔点最低熔点金属，最轻金属常用轻金属g/cm³过渡金属化学性质概述活性差异与酸反应与氧反应配位能力活性由左至右递减置换₂气体形成氧化物形成稳定配合物H主族金属化学性质概述碱金属极强活性，水中剧烈反应1碱土金属2活性强，水中缓慢反应铝族金属3活性中等，钝化现象钛族元素（族）IVB组成元素钛、锆、铪Ti ZrHf特点高强度、低密度、耐腐蚀应用航空航天、核工业钒族元素（族）VB组成元素钒、铌、钽V NbTa物理特性高熔点、高硬度化学特性多种氧化态，氧化物酸性主要应用钢铁添加剂、电容器铬族元素（族）VIB组成元素氧化态铬、钼、钨常见、、氧化态Cr MoW+2+3+6高硬度铬酸盐呈橙红色••耐高温重铬酸盐呈橙色••耐腐蚀铬呈绿色••III锰族元素（族）VIIB锰、铼、Mn ReBh特点多变价态、氧化性强铁族元素（族）VIIIB钴Co重要磁性材料铁Fe最重要的结构金属镍Ni耐腐蚀合金组分铜族元素（族）IB铜银金Cu AgAu良好导电性能最高导电性化学稳定性高锌族元素（族）IIB锌Zn用途广泛，防腐涂层镉Cd镍镉电池，毒性较强汞Hg常温下唯一液态金属碱金属（族）IA锂Li电池材料，密度最小金属钠Na化学工业原料，制备NaOH钾K重要肥料元素，生物必需铯Cs原子钟，最活泼金属碱土金属（族）IIA铍1Be最轻碱土金属，高毒性镁2Mg轻质高强结构材料钙3Ca生物骨骼主要成分钡4Ba射线造影剂，硫酸钡X硼族元素（族）IIIA铝Al最丰富金属，轻质结构材料镓Ga低熔点，半导体材料铟In透明导电薄膜ITO铊Tl高毒性，特殊玻璃过渡金属单质的制备主族金属单质的制备电解法化学还原热分解钠、镁、铝等碱土金属氧化物还原特定金属化合物热处理过渡金属配合物配位数常见、配位结构46几何构型八面体、四面体、平面正方形颜色来源轨道电子跃迁d稳定性过渡金属形成稳定配合物主族金属配合物配位特点典型配体配合物颜色配位能力较弱含氧、氮配体多数无色离子半径影响配位构型水、羟基、氨基等特殊配体可呈色过渡金属氧化物颜色多样氧化铁红褐色、氧化铜黑色酸碱性低价氧化物呈碱性，高价氧化物呈酸性主族金属氧化物两性氧化物₂₃、可溶于强酸强碱1Al OZnO两性弱于碱性

2、BeO PbO碱性氧化物3₂、溶于水生成碱Na OCaO过渡金属氢氧化物制备方法颜色特征酸碱性金属盐与碱反应沉淀₃红褐色、低价呈碱性，高价呈酸FeOH₂蓝色性CuOH主族金属氢氧化物强碱

1、完全电离NaOH KOH弱碱2₂、₂部分电离MgOH CaOH两性氢氧化物3₃、₂AlOH ZnOH过渡金属卤化物变价性水解反应1多种氧化态卤化物高价卤化物易水解2配位能力颜色特点4形成配合物能力强3多呈现特征颜色主族金属卤化物类型代表物性质碱金属卤化物、高熔点、不易水解NaCl KCl碱土金属卤化物₂、₂易溶于水、吸湿性CaCl MgCl铝族卤化物₃路易斯酸、易水解AlCl过渡金属硫化物天然矿物黄铁矿₂、辉锑矿₂FeS CuS沉淀反应金属离子与⁻生成沉淀S²应用领域催化剂、半导体材料主族金属硫化物碱金属硫化物碱土金属硫化物铝族硫化物₂、₂、₂₃Na SK SCaS BaSAl S水溶性强，碱性水解微溶于水，碱性反应水解产生₂气体H S过渡金属的催化性能表面活性活性中心吸附反应物降低活化能提供替代反应途径选择性特定催化剂促进特定反应可重复使用反应后可回收再利用主族金属的应用钠钾合金镁合金铝制品核反应堆冷却剂轻量化结构材料日常生活应用广泛钛的重要化合物二氧化钛₂TiO白色颜料，光催化剂四氯化钛₄TiCl金属钛生产原料钛酸盐特种陶瓷材料钒的重要化合物598%氧化态合金钢应用从到多种氧化态钒消耗主要用于合金钢+1+52%催化应用用于硫酸生产催化剂铬的重要化合物三氧化铬₃1CrO强氧化剂，电镀原料铬酸盐₄⁻2CrO²黄色，弱氧化性重铬酸盐₂₇⁻3Cr O²橙红色，强氧化性铬绿₂₃4Cr O绿色颜料，耐热材料锰的重要化合物二氧化锰₂高锰酸钾₄MnOKMnO黑色，强氧化剂紫色，强氧化剂干电池材料消毒剂，氧化滴定铁的重要化合物氧化铁₂₃四氧化三铁亚铁盐⁺Fe OFe²₃₄Fe O赤铁矿，红色颜料浅绿色，还原性磁铁矿，磁性材料铁盐⁺Fe³黄褐色，血红蛋白组分钴的重要化合物氧化钴氯化钴₂CoO CoCl灰色或绿色粉末变色指示剂原料12钴的配合物钴蓝₂₄43CoAl O维生素₁₂组分蓝色颜料B镍的重要化合物氧化镍1NiO绿色粉末，用于陶瓷氯化镍₂2NiCl黄色，镀镍工艺硫酸镍₄3NiSO电镀、催化剂铜的重要化合物氧化铜硫酸铜₄CuO CuSO黑色粉末，催化剂蓝色晶体，杀菌剂氢氧化铜₂CuOH蓝色沉淀，测试葡萄糖锌的重要化合物氧化锌ZnO白色粉末，橡胶工业添加剂氯化锌₂ZnCl强吸水性，焊接助剂硫酸锌₄ZnSO白色晶体，营养补充剂钠的重要化合物化工原料、肥皂制造NaOH食盐、氯碱工业原料NaCl镁的重要化合物氧化镁MgO耐火材料，医用制剂氯化镁₂MgCl海水提取镁，冰融化剂硫酸镁₄MgSO泻药，农业肥料铝的重要化合物氧化铝₂₃Al O耐火材料，精细研磨1氢氧化铝₃AlOH2两性，抗酸剂硫酸铝₂₄₃Al SO3净水剂，防腐剂过渡金属的生物作用铁血红蛋白核心元素钴维生素₁₂组成部分B锌胰岛素及多种酶组分铜血液生成和神经传导主族金属的生物作用钠钾钙细胞外液主要阳离子细胞内液主要阳离子骨骼形成，肌肉收缩镁酶催化辅助因子过渡金属的环境效应重金属污染生物放大

12、、蓄积性毒性食物链传递浓缩Hg CdPb生物修复处理方法特定植物吸收金属沉淀法，离子交换43主族金属的环境效应钠盐污染铝毒性过量营养元素土壤盐碱化酸雨释放铝离子钾肥过量使用水体含盐量增加鱼类和植物生长抑制水体富营养化过渡金属的冶金工艺矿石破碎提高矿物利用率选矿富集物理或化学分离冶炼还原热还原或电解精炼提纯去除杂质元素主族金属的冶金工艺原矿处理1铝土矿碱法处理中间产物2氧化铝纯化最终还原3电解法提取纯铝过渡金属在材料科学中的应用钛合金高温合金智能材料航空航天，生物医学燃气轮机，核工业形状记忆合金，温度敏感材料主族金属在材料科学中的应用

3.6V

2.7锂电池铝合金密度高能量密度，轻质高强g/cm³

1.8镁合金密度，超轻材料g/cm³过渡金属的最新研究进展纳米材料材料MOFs1纳米催化剂，量子点多孔配位聚合物储氢2超导材料单原子催化4高温超导体研究3极致催化效率主族金属的最新研究进展钠离子电池替代锂电池技术铝空气电池-高能量密度新体系镁基生物材料可降解医用植入物过渡金属和主族金属的比较性质过渡金属主族金属氧化态多变较为固定配位能力强弱化合物颜色多彩多为无色催化性能显著较弱化学活性中等两端差异大总结与展望未来研究方向纳米材料，可降解金属1应用领域拓展2能源存储，生物医学基础理论突破3电子结构精确计算。