Главные переходные металлы

Шпаргалка по химии: главные переходные металлы (d-элементы). Электронные конфигурации, свойства, степени окисления, ключевые уравнения реакций, комплексные соединения и качественные реакции.

страница находится на стадии проверки

1. Общие характеристики d-элементов

Общая электронная формула валентных областей: \( (n-1)d^{1-10} ns^{1-2} \).

  • Характеризуются переменными степенями окисления (кроме Zn).
  • Обладают высокой склонностью к комплексообразованию.
  • Соединения многих d-металлов окрашены из-за d-d переходов электронов.

2. Хром (Cr)

Электронная конфигурация: \( \text{Cr: } [\text{Ar}] 3d^5 4s^1 \) (провал электрона).

Основные степени окисления: \( +2, +3, +6 \).

Окислительно-восстановительные переходы Cr(VI)

Равновесие хромат/дихромат в зависимости от pH среды:

\[ 2\text{CrO}_4^{2-} + 2\text{H}^+ \rightleftharpoons \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + \text{H}_2\text{O} \]

(Желтый хромат-ион в кислой среде переходит в оранжевый дихромат-ион).

Реакции восстановительного характера

Восстановление дихромата калия в кислой среде (например, сульфитом натрия):

\[ \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 3\text{Na}_2\text{SO}_3 + 4\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Cr}_2(\text{SO}_4)_3 + 3\text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 4\text{H}_2\text{O} \]

Амфотерность гидроксида хрома(III)

\[ \text{Cr(OH)}_3 + 3\text{HCl} \rightarrow \text{CrCl}_3 + 3\text{H}_2\text{O} \]

\[ \text{Cr(OH)}_3 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_3[\text{Cr(OH)}_6] \]

3. Марганец (Mn)

Электронная конфигурация: \( \text{Mn: } [\text{Ar}] 3d^5 4s^2 \).

Основные степени окисления: \( +2, +4, +6, +7 \).

Зависимость продуктов восстановления KMnO₄ от pH среды

Среда Продукт восстановления Изменение окраски
Кислая (\(\text{pH} < 7\)) \( \text{Mn}^{2+} \) Обесцвечивание (розовый → бесцветный)
Нейтральная (\(\text{pH} \approx 7\)) \( \text{MnO}_2 \downarrow \) Выпадение бурого осадка
Щелочная (\(\text{pH} > 7\)) \( \text{MnO}_4^{2-} \) Позеленение раствора (манганат-ион)

Примеры уравнений

Кислая среда:

\[ 2\text{KMnO}_4 + 5\text{K}_2\text{SO}_3 + 3\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{MnSO}_4 + 6\text{K}_2\text{SO}_4 + 3\text{H}_2\text{O} \]

Нейтральная среда:

\[ 2\text{KMnO}_4 + 3\text{K}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{MnO}_2\downarrow + 5\text{K}_2\text{SO}_4 \]

Щелочная среда:

\[ 2\text{KMnO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_3 + 2\text{KOH} \rightarrow 2\text{K}_2\text{MnO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O} \]

4. Железо (Fe)

Электронная конфигурация: \( \text{Fe: } [\text{Ar}] 3d^6 4s^2 \).

Основные степени окисления: \( +2, +3 \).

Взаимодействие с простыми веществами

С галогенами и слабыми/сильными окислителями:

\[ \text{Fe} + \text{S} \xrightarrow{\Delta} \text{FeS} \quad (\text{до } \text{Fe}^{2+}) \]

\[ 2\text{Fe} + 3\text{Cl}_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{FeCl}_3 \quad (\text{до } \text{Fe}^{3+}) \]

Качественные реакции на ионы железа

  • На ион \( \text{Fe}^{2+} \): желтая кровяная соль \( \text{K}_4[\text{Fe(CN)}_6] \) образует синий осадок (турнбулева синь):
    \[ 3\text{Fe}^{2+} + 2[\text{Fe(CN)}_6]^{4-} \rightarrow \text{Fe}_3[\text{Fe(CN)}_6]_2\downarrow \]
  • На ион \( \text{Fe}^{3+} \): красная кровяная соль \( \text{K}_3[\text{Fe(CN)}_6] \) образует берлинскую лазурь:
    \[ \text{Fe}^{3+} + [\text{Fe(CN)}_6]^{3-} \rightarrow \text{Fe}[\text{Fe(CN)}_6]\downarrow \]
  • На ион \( \text{Fe}^{3+} \): роданид аммония или калия (кровищно-красное окрашивание):
    \[ \text{Fe}^{3+} + 3\text{SCN}^- \rightleftharpoons \text{Fe(SCN)}_3 \]

5. Медь (Cu)

Электронная конфигурация: \( \text{Cu: } [\text{Ar}] 3d^{10} 4s^1 \) (провал электрона).

Основные степени окисления: \( +1, +2 \).

Взаимодействие с кислотами-окислителями

Медь не вытесняет водород из обычных кислот, но реагирует с азотной и концентрированной серной кислотами:

\[ \text{Cu} + 4\text{HNO}_3 \text{ (конц.)} \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O} \]

\[ 3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3 \text{ (разб.)} \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO}\uparrow + 4\text{H}_2\text{O} \]

\[ \text{Cu} + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \text{ (конц.)} \xrightarrow{\Delta} \text{CuSO}_4 + \text{SO}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O} \]

Комплексообразование

Растворение гидроксида меди(II) в избытке аммиака с образованием ярко-синего раствора:

\[ \text{Cu(OH)}_2 + 4\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O} \rightarrow [\text{Cu(NH}_3)_4](\text{OH})_2 + 4\text{H}_2\text{O} \]

6. Цинк (Zn)

Электронная конфигурация: \( \text{Zn: } [\text{Ar}] 3d^{10} 4s^2 \).

Постоянная степень окисления: \( +2 \).

Проявление амфотерных свойств

В кислой среде:

\[ \text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow \]

В водном растворе щелочи:

\[ \text{Zn} + 2\text{NaOH} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Na}_2[\text{Zn(OH)}_4] + \text{H}_2\uparrow \]

При сплавлении со щелочью:

\[ \text{Zn} + 2\text{NaOH} \xrightarrow{\Delta} \text{Na}_2\text{ZnO}_2 + \text{H}_2\uparrow \]


Если у вас возникли вопросы, пишите - поможем, чем сможем 🙂.
Quanta Science — индивидуальное обучение онлайн по математике, физике и химии.