副族元素小结(第19-23章)

本文最后更新于 2026年3月16日 下午

涵盖章节

  • 第19章 铜副族元素和锌副族元素
  • 第20章 钛副族元素和钒副族元素
  • 第21章 铬副族元素和锰副族元素
  • 第22章 铁系元素和铂系元素
  • 第23章 镧系元素和锕系元素

19-8 本章小结

本章介绍了铜副族和锌副族元素单质及其化合物的颜色、状态、制备方法、性质变化规律,以及 Cu(I)Cu(I)Cu(II)Cu(II)Hg(I)Hg(I)Hg(II)Hg(II) 的相互转化关系。

1. 铜副族元素

  1. 铜副族元素单质具有良好的导电性、导热性和延展性,易形成合金。金属性随原子序数增加而减弱。铜、银、金与稀盐酸或稀硫酸均不反应;铜和银可溶于硝酸或热浓硫酸,金不溶于硝酸,只溶于王水。
  2. 在溶液中,Cu(I)Cu(I) 在溶液中不稳定,易发生歧化反应生成 Cu(II)Cu(II)CuCu。在固相中 Cu(I)Cu(I) 稳定,因为 Cu(I)Cu(I) 具有 d10d^{10} 稳定结构。使 Cu(II)Cu(II) 转变为 Cu(I)Cu(I) 时,在有还原剂的同时,还需有 Cu(I)Cu(I) 的沉淀剂或络合剂存在。
  3. 水溶液中 Ag(I)Ag(I) 不歧化,也很难被氧化成 Ag(II)Ag(II)Ag(I)Ag(I) 具有氧化性。
  4. Au(I)Au(I) 化合物不稳定,很容易转化为 Au(III)Au(III) 化合物。
  5. Cu(I)Cu(I)Ag(I)Ag(I) 形成外轨型配位化合物,Cu(II)Cu(II) 由于姜-泰勒效应与单基配体形成四配位的正方形配离子。

2. 锌副族元素

  1. 锌副族元素单质熔、沸点较低,易与其它金属形成合金,化学活泼性比铜族强,并随原子序数增大而递减。锌和镉为活泼金属,能从稀酸中置换出氢气;汞为惰性金属。锌是两性金属,能溶于强碱溶液中,也能溶于氨水中。
  2. 锌的氧化物和氢氧化物均显两性,镉的氧化物和氢氧化物显碱性。汞的氧化物和氢氧化物不稳定。白色 ZnSZnS 能溶于稀盐酸,黄色 CdSCdS 不溶于稀酸,但能溶于浓酸。HgSHgS 是溶解度最小的硫化物,不溶于浓硝酸,但可溶于王水、过量浓 Na2SNa_2S 或酸性 KIKI 溶液中。Zn(II)Zn(II)Cd(II)Cd(II)Hg(II)Hg(II) 与单基配体形成四面体配离子。
  3. 在酸性介质中,Hg22+Hg_2^{2+} 不会发生歧化反应;降低 Hg2+Hg^{2+} 的浓度(加入 Hg2+Hg^{2+} 离子的沉淀剂或络合剂时),可使平衡向有利于歧化反应的方向移动。

第19章思维导图

graph LR
    C19["第19章 副族元素"] --> C191["铜副族单质"]
    C19 --> C192["铜副族化合物"]
    C19 --> C193["锌副族单质"]
    C19 --> C194["Zn(II) Cd(II) Hg(II)化合物"]
    C19 --> C195["Hg(I)化合物"]
    C19 --> C196["Hg(II)化合物"]

    C191 --> C1911["导电 导热 延展"]
    C191 --> C1912["Cu Ag 溶于硝酸或热浓硫酸"]
    C191 --> C1913["Au 仅溶于王水"]

    C192 --> C1921["Cu(I)易歧化"]
    C192 --> C1922["Cu(II)到Cu(I)需还原剂+沉淀/络合"]
    C192 --> C1923["Ag(I)不歧化"]
    C192 --> C1924["Au(I)不稳定趋向Au(III)"]

    C193 --> C1931["Zn Cd较活泼 Hg较惰性"]
    C193 --> C1932["Zn为两性金属"]

    C194 --> C1941["ZnO Zn(OH)2两性"]
    C194 --> C1942["CdO Cd(OH)2偏碱"]
    C194 --> C1943["Zn(II) Cd(II) Hg(II)常四面体配位"]

    C195 --> C1951["Hg2^2+酸性介质不歧化"]
    C196 --> C1961["降低Hg2+浓度可促Hg(I)歧化"]

20-7 本章小结

本章依次介绍了钛单质、钛的含氧化合物、钛的卤化物,钒和铌、钽的单质、氧化物、含氧酸盐和卤化物等内容。

1. 钛副族元素

  1. 金属钛密度小、强度大,具有良好抗腐蚀性和亲生物性,可与多种金属形成合金。钛是活泼金属,但在常温或低温下难以纯化;可溶于氢氟酸、沸腾盐酸和沸腾浓硫酸。钛、锆、铪可溶于氢氟酸。
  2. TiO2TiO_2 是两性氧化物,不溶于水,也不溶于稀酸,但能缓慢溶解在氢氟酸和热浓硫酸中;不溶于碱性溶液,但能与熔融碱作用生成偏钛酸盐。
  3. α\alpha 型钛酸比 β\beta 型钛酸活性大,既能溶于稀酸,也能溶于浓碱,具有两性。Ti(IV)Ti(IV) 盐最著名的性质是其溶液与 H2O2H_2O_2 反应生成特征橘黄色的 [TiO(H2O2)]2+[TiO(H_2O_2)]^{2+}
  4. 常温下 TiCl4TiCl_4 为无色液体,极易水解。

2. 钒副族元素

  1. 纯钒呈银白色,有金属光泽。常温下活性较低,室温下不与空气、水、碱反应;除 HFHF 外,不与非氧化性酸反应,能溶于 HNO3HNO_3、浓 H2SO4H_2SO_4 和王水。
  2. 铌具有良好的耐腐蚀性、冷加工性和较强热传导性。铌和钽极不活泼,除 HFHF 外不与其它酸作用。
  3. 高温下钒副族元素单质能同许多非金属反应,并可与熔融苛性碱发生作用。
  4. V2O5V_2O_5 两性偏酸,易溶于 NaOHNaOH,也溶于浓度较大的 H2SO4H_2SO_4 中,氧化性较强;与浓盐酸反应生成氯气。Nb2O5Nb_2O_5Ta2O5Ta_2O_5 两性偏碱,活性较差,不溶于除 HFHF 以外的酸,能同熔融状态下的 NaOHNaOH 作用。
  5. VO2+VO_2^+ 可被 Fe2+Fe^{2+}II^- 等还原为 VO2+VO^{2+};草酸能将 VO2+VO_2^+ 还原为 V3+V^{3+};有些强还原剂还能将 VO2+VO^{2+} 还原为 V2+V^{2+}
  6. 钒的五卤化物只有 VF5VF_5,铌和钽的五卤化物 MX5MX_5 均可由金属与卤素单质直接化合制得。此外,钒副族元素一般都能形成四卤化物、三卤化物和二卤化物。

第20章思维导图

graph LR
    C20["第20章 钛钒副族"] --> T1["钛副族"]
    C20 --> V1["钒副族"]

    T1 --> T11["Ti: 低密度 高强度 耐腐蚀"]
    T1 --> T12["TiO2 两性氧化物"]
    T1 --> T13["Ti(IV)+H2O2 生成橘黄色络合物"]
    T1 --> T14["TiCl4 易水解"]

    V1 --> V11["V Nb Ta 活性与耐蚀性差异"]
    V1 --> V12["V2O5 两性偏酸 氧化性强"]
    V1 --> V13["Nb2O5 Ta2O5 两性偏碱"]
    V1 --> V14["VO2^+ 到 VO^2+ 再到 V3+ V2+ 的逐级还原"]
    V1 --> V15["卤化物: VF5 与 MX5"]

21-7 本章小结

铬副族是周期表中第 VIB 族元素,包括铬 (Cr)(Cr)、钼 (Mo)(Mo)、钨 (W)(W)) 三种元素。铬和钼基态原子的价电子层结构均为 (n1)d5ns1(n-1)d^5ns^1,而钨是 5d46s25d^46s^2,其 ss 电子和 dd 电子都参与成键,最高氧化态都是 +6+6。铬常见氧化态为 +3+3+6+6,钼和钨常见氧化态是 +6+6

锰副族是周期表中第 VIIB 族元素,包括锰 (Mn)(Mn)、锝 (Tc)(Tc)、铼 (Re)(Re)) 三种元素。锰副族元素的价电子结构是 (n1)d5ns2(n-1)d^5ns^2,最高氧化态是 +7+7。在本族中锰表现的氧化态范围最宽,可形成 +2+2+3+3+4+4+6+6+7+7 价化合物。

1. 铬副族元素

  1. 铬是硬度最大的金属之一,熔、沸点高,稳定性和抗腐蚀性好;钨是熔点最高的金属。
  2. 铬和铝的三价化合物有许多相似性,Cr2O3Cr_2O_3Cr(OH)3Cr(OH)_3 具有两性,盐易水解。三价铬在碱性条件下还原能力强,酸性条件下还原能力弱。
  3. 六价铬在酸性条件下氧化能力较强。CrO3CrO_3(NH4)2Cr2O7(NH_4)_2Cr_2O_7 受热易分解;常见盐有 K2Cr2O7K_2Cr_2O_7K2CrO4K_2CrO_4
  4. 钼和钨都是高熔点金属,溶于硝酸和氢氟酸。钼和钨氧化态为 +6+6 的化合物最为稳定,均易形成多酸。

2. 锰副族元素

  1. 单质锰活泼,溶于非氧化性稀酸和热水放出氢气。
  2. Mn(II)Mn(II) 的强酸盐易溶于水,弱酸盐、氢氧化物和氧化物多不溶于水。
  3. MnO2MnO_2 为中强氧化剂,与浓盐酸反应常用于制备氯气;碱性条件下熔融氧化可生成 MnO42MnO_4^{2-} 的盐。MnO42MnO_4^{2-} 在弱碱、中性及酸中均歧化,在较浓强碱中稳定。
  4. MnO4MnO_4^- 氧化性强,Mn2O7Mn_2O_7 不稳定易爆炸。KMnO4KMnO_4 是最重要和最常用的氧化剂之一,其还原产物与介质酸碱性有关。
  5. 铼的密度高、熔沸点高,化学性质很稳定。[Re2Cl8]2[Re_2Cl_8]^{2-} 中存在 ReReRe-Re 四重键。

第21章思维导图

graph LR
    C21["第21章 铬副族与锰副族"] --> C211["铬副族 Cr Mo W"]
    C21 --> C212["锰副族 Mn Tc Re"]

    C211 --> C2111["常见氧化态: Cr(+3,+6) Mo/W(+6)"]
    C211 --> C2112["Cr2O3 Cr(OH)3 两性"]
    C211 --> C2113["Cr(VI)酸性条件氧化性强"]
    C211 --> C2114["K2Cr2O7 K2CrO4"]
    C211 --> C2115["Mo W易形成多酸"]

    C212 --> C2121["Mn氧化态范围宽 +2到+7"]
    C212 --> C2122["MnO2 制氯气"]
    C212 --> C2123["MnO4^2- 易歧化"]
    C212 --> C2124["MnO4- 强氧化剂"]
    C212 --> C2125["[Re2Cl8]^2- 存在四重键"]

22-7 本章小结

元素周期表第 VIII 族元素包括铁 (Fe)(Fe)、钴 (Co)(Co)、镍 (Ni)(Ni)、钌 (Ru)(Ru)、铑 (Rh)(Rh)、钯 (Pd)(Pd)、锇 (Os)(Os)、铱 (Ir)(Ir)、铂 (Pt)(Pt),共九种元素。通常将前三种称为铁系元素,后六种称为铂系元素。铁系元素单质均为活泼金属,而铂系元素单质均为不活泼金属。

1. 铁系元素

  1. 铁系元素单质都是银白色有光泽的金属,都有强磁性;许多铁、钴、镍合金是良好磁性材料。铁系金属都能与强碱反应,其中镍对碱稳定性最高,可用于制坩埚熔融强碱。金属镍、钯、铂都有吸收氢气的能力,其中铂吸氢能力最强。
  2. 铁系元素的强酸盐多易溶于水,弱酸盐、氢氧化物和氧化物等不溶于水。铁系金属的简单化合物主要有氧化物、氢氧化物、卤化物、硫酸盐、硝酸盐等。二价铁有较强还原性,三价钴和镍在酸性介质中氧化性较强。
  3. 铁系元素均能与 CNCN^- 形成稳定配合物;Fe3+Fe^{3+}FF^-ClCl^-Co2+Co^{2+}Co3+Co^{3+}Ni2+Ni^{2+}NH3NH_3 都可形成配位化合物;Fe3+Fe^{3+}Co2+Co^{2+}SCNSCN^- 能形成配合物;Fe2+Fe^{2+} 生成稳定二茂铁。重要配位化合物有 K3[Co(NO2)6]K_3[Co(NO_2)_6]K4[Fe(CN)6]3H2OK_4[Fe(CN)_6]\cdot 3H_2OK3[Fe(CN)6]K_3[Fe(CN)_6]Fe(C5H5)2Fe(C_5H_5)_2K3[Fe(C2O4)3]3H2OK_3[Fe(C_2O_4)_3]\cdot 3H_2O 等。

2. 铂系元素

  1. 除钌为蓝灰色外,其余铂系金属均为银白色。钌和铱硬度大而脆,其余四种铂系金属都有延展性。铂系元素单质均为惰性、高熔点金属。
  2. 铂系金属的简单化合物主要有氧化物和卤化物。
  3. 铂系金属配合物主要是氯和氨配体的配位化合物,如 H2[PtCl6]H_2[PtCl_6]K2[PtCl6]K_2[PtCl_6]K2[PtCl4]K_2[PtCl_4]K[Pt(C2H4)Cl3]K[Pt(C_2H_4)Cl_3][Pt(NH3)2Cl2][Pt(NH_3)_2Cl_2]

第22章思维导图

graph LR
    C22["第22章 铁系与铂系"] --> F1["铁系元素"]
    C22 --> P1["铂系元素"]

    F1 --> F11["Fe Co Ni: 活泼金属 强磁性"]
    F1 --> F12["简单化合物: 氧化物 氢氧化物 卤化物等"]
    F1 --> F13["Fe2+ 还原性较强"]
    F1 --> F14["配合物: 氰配合物 氨配合物 SCN配合物"]

    P1 --> P11["Ru Rh Pd Os Ir Pt"]
    P1 --> P12["惰性 高熔点"]
    P1 --> P13["主要为氧化物和卤化物"]
    P1 --> P14["典型配合物: Pt氯配合物与氨配合物"]

23-4 本章小结

1. 镧系元素

元素周期表从 57 号到 71 号共 15 种元素称为镧系元素,包括镧 (La)(La)、铈 (Ce)(Ce)、镨 (Pr)(Pr)、钕 (Nd)(Nd)、钷 (Pm)(Pm)、钐 (Sm)(Sm)、铕 (Eu)(Eu)、钆 (Gd)(Gd)、铽 (Tb)(Tb)、镝 (Dy)(Dy)、钬 (Ho)(Ho)、铒 (Er)(Er)、铥 (Tm)(Tm)、镱 (Yb)(Yb)、镥 (Lu)(Lu)。其中钪、钇、镧合称稀土元素(常用 LnLn 表示);加上钪、钇(共 17 种)常称稀土元素(常用 RERE 表示)。

  1. 镧系收缩使镧系后元素与同族上一周期元素性质相似,也使镧系元素性质彼此相似。
  2. 镧系元素金属为银白色,质地较软,有延展性,但抗拉强度低。镧系金属多数较活泼,并具有较强顺磁性。
  3. 镧系元素最常见氧化态为 +3+3,离子多数带颜色。稀土化合物多数有优异发光性能,可用于发光材料。
  4. Ln2O3Ln_2O_3 难溶于水或碱,溶于强酸。Ln3+Ln^{3+} 半径大,生成配合物能力弱,配位数高。
  5. 稀土元素常用分离方法有:化学分离法、萃取分离法、离子交换分离法。

2. 锕系元素

元素周期表从 89 号到 103 号共 15 种元素称为锕系元素,包括锕 (Ac)(Ac)、钍 (Th)(Th)、镤 (Pa)(Pa)、铀 (U)(U)、镎 (Np)(Np)、钚 (Pu)(Pu)、镅 (Am)(Am)、锔 (Cm)(Cm)、锫 (Bk)(Bk)、锎 (Cf)(Cf)、锿 (Es)(Es)、镄 (Fm)(Fm)、钔 (Md)(Md)、锘 (No)(No)、铹 (Lr)(Lr)

  1. 锕系元素全部是放射性元素,铀以后的 11 种金属都是由人工核反应合成的人造元素,又称超铀元素。
  2. AcAcAmAm 最稳定氧化态有规律变化,分别为 Ac(+3)Ac(+3)Th(+4)Th(+4)Pa(+5)Pa(+5)U(+6)U(+6)Np(+5)Np(+5)Pu(+4)Pu(+4)Am(+3)Am(+3);从 CmCmLrLr 最稳定氧化态均为 +3+3
  3. 锕系元素的水合离子多数带颜色。

副族元素小结(第19-23章)
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作者
onlymatt
发布于
2026年3月16日
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