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第二十一章 过渡金属 (II) 21.1 铁系元素 21.2 铂系元素 21.3 过渡金属的通性 21.1 铁系元素 21.1.1 铁系元素概述 21.1.2 铁、钴、镍的化合物 人类最早发现和使用的铁，是天空中落下的陨石（Fe、Ni、CO等金属的混合物）。在埃及、西南亚等一些文明古国发现的最早的铁器，都是由陨铁加工而成的。在埃及的第四王朝（纪元前2900年）的齐奥普斯（Cheops）大金字塔中发现有不含镍的铁器。在我国也曾发现约公元前1400年商代的铁刃青铜钺。该铁刃就是将陨铁经加热锻打后，和钺体嵌锻在一起的。 冶铁技术发明于原始社会的末期（约公元前2000年），即野蛮时代的高级阶段是从“铁矿的冶炼”开始。 世界上许多民族都先后掌握了冶铁技术。居住在亚美尼亚山地的基兹温达部落在公元前2000年时，就发明了一种冶铁的有效方法。小亚细亚的赫梯人在公元前1400年左右也掌握了冶铁技术。两河流域北部的亚述人在公元前1300年已进入铁器时代。 我国是世界上最早发明冶炼铸铁的国家。我国考古工作者曾发现公元前5世纪的铁器。从许多考古发掘的实物推断，我国劳动人民早在近3000年前的周代，已会冶炼铸铁了。到了公元前3～4世纪，我国铁器的使用便普遍起来。这说明我国使用铸铁的时间要比欧洲早出1600年。在古人类发现铁时，由于其坚硬的特性，被命名为Iron（“铁”），该词源于拉丁语，意为“坚固”、“刚强”的意思。 铁的元素符号“Fe”，源自拉丁文“Ferrum”，意指“铁”，系该词的缩写。 古代的希腊人和罗马人就已知利用钴的化合物制造有色玻璃，使之生成美丽的深蓝色，埃及人也曾利用它的化合物做人工宝石的染色剂，我国唐代彩色瓷器上的蓝色也是利用钴的化合物着色的。 16世纪在欧洲，矿工们发现一种不知成分的蓝色矿石(即辉钴矿CoAsS)有很神秘的性质，它能使玻璃染上蓝色，当时人们称它为Kobalt，这一词在德文中是“妖魔”的意思。到1735年，瑞典化学家布朗德特(Brandt G,1694-1768)从辉钴矿中还原出金属钴，他明确指出辉钴矿的蓝色是由于钴的存在，他认识到钴和铁相似，有磁性，但是和铋不同，铋不能使玻璃染上蓝色，他称从辉钴矿中还原出的这种金属为Cobalt，英文Cobalt即由德文的Kobalt而来，化学符号为Co，中文译为钴。 镍的历史和钴的历史相似，古人早已知道使用镍的合金—白铜。1751年，瑞典的矿物学家克朗斯塔特（A.F.Cronstedt）取“尼客尔铜”（Kupfer－nickel）即“假铜”（现名镍的砷化物矿，又叫红砷镍矿）表面风化后的晶粒与木炭共热，还原出一种白色金属，其性质与铜不同，后来他仔细研究了它的物理、化学性质后，确认是一种新元素。 与钴的命名类似，矿工们对德国的银矿山上另一种同类矿石也很讨厌，它曾使矿工们长期受累，他们称它为Kupfer-nickel（“假铜”、“魔鬼的铜”之意）。克朗斯塔特采用缩略词“Nickel”（即“小鬼”之意）命名新金属，汉语译名称为“镍”。 值得提出的是，据考证，我国早在克朗斯塔特前1800多年的西汉（公元前1世纪），便已经懂得用镍与铜来制造合金——白铜，并将白铜器件销于国内外，说明我国是最早知道镍的国家。至今，波斯语、阿拉伯语中还把白铜称为“中国石”。 21.1.1 铁系元素概述 原子半径 原子半径和离子半径很相似（P1012） 原因：d电子已经超过d轨道数，随原子序数的增加，d电子开始配对，相互排斥力增大，d电子的屏蔽效应也增加，部分抵消了有效核电荷，半径增加缓慢。 氧化态 第Ⅷ族过渡元素3d电子已超过5个，全部d电子参与成键的可能性逐渐减小，所以铁系元素不像其前面的过渡元素易形成VO3-，CrO42-，MnO4-那样的含氧酸根离子。铁系元素中只有d电子最少的铁，可以形成很不稳定的、氧化数为+6 (如高铁酸根FeO42-)的化合物。一般条件下，铁的氧化数为+2和+3， 其中氧化数为+3的化合物最稳定(为什么?)。钴的氧化数可为+2，+3。镍主要形成氧化数为+2的化合物。 单质的物理性质 (1) 白色金属。磁性材料 熔沸点较高： FeCoNi 钴和镍主要用于制造合金。如钴、铬、钨的合金具有很高的硬度和防锈性能。 镍粉可做加氢反应的催化剂 镍制坩埚在实验室里常用 延展性：钴硬而脆，镍延展性好，铁红热时延展性好 单质的化学性质 （4）Fe与HNO3（22%）作用生成Fe(III) （5）能被浓碱液侵蚀（具有一定的成酸性质） 21.1.2 铁、钴、镍的化合物 (1) 氧化物 (2) 氢氧化物 (3) 盐类 (4) 配合物 氧化物 铁、钴、镍均能形成+2和+3氧化数的氧化物，它们的颜色各不相同。