二十一章p區(qū)金屬.ppt

第二十一章 p區(qū)金屬,21-1 p區(qū)金屬概述 21-2 鋁 鎵分族 21-3 鍺分族 21-4 銻和鉍,21-1 p區(qū)金屬概述 周期系p區(qū)共包括10種金屬元素： Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Po 價(jià)電子構(gòu)型為ns2np14 與s區(qū)元素一樣，從上到下，原子半徑逐漸增大，失電子趨勢逐漸增大，元素的金屬性逐漸增強(qiáng)。,21-2 鋁 鎵分族 21-2-1 概述 A1、Ga、In、Tl均為銀白色，質(zhì)軟、輕而富有延展性的金屬。它們相當(dāng)活潑，以化合物的形式存在于自然界中。一般用電解法制取。 這此元素與非金屬反應(yīng)，易形成氧化物、硫化物、鹵化物，并易溶于稀酸和堿溶液中。 鋁是親氧元素，又是典型的兩性元素 。 鋁一接觸空氣或氧氣，其表面就立即被一層致密的氧化膜所覆蓋，這層膜可阻止內(nèi)層的鋁被氧化，它也不溶于水，所以鋁在空氣和水中都很穩(wěn)定。 鋁的親氧性，它能從許多氧化物中奪取氧，故它是冶金上常用的還原劑,高純度的鋁（99.950%）不與一般酸作用，只溶于王水。普通的鋁能溶于稀鹽酸或稀硫酸，被冷的濃硫酸或濃、稀硝酸所鈍化 。 鋁比較易溶于強(qiáng)堿中。 Ga和In在氧化性酸中也能鈍化作用。 鋁族金屬雖然都很活潑，在空氣、水或氧化性酸中卻由于表面被一層牢固的氧化膜覆蓋不被套腐蝕。,21-2-2 氫化鋁和氫氧化鋁 一、三氧化二鋁 - Al2O3 ：剛玉，硬度大，不溶于水、酸、堿。 - Al2O3 ：活性氧化鋁，可溶于酸、堿，可作為催化劑載體。,紅寶石(Cr3+) 藍(lán)寶石(Fe3+,Cr3+) 黃玉/黃晶(Fe3+),有些氧化鋁晶體透明，因含有雜質(zhì)而呈現(xiàn)鮮明顏色。,在堿性溶液中存在Al(OH)4-或Al(OH)63- 簡便書寫為,二 氫氧化鋁：Al(OH)3,21-2-3.鋁鹽和鋁酸鹽,硫酸鋁：,Al3+易水解：,=10-5.03,Al(H2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H+,鋁鉀礬(明礬)：,Al3+的鑒定：在氨堿性條件下，加入茜素,茜素,21-2-5 鋁的鹵化物和硫酸鹽,離子晶體 分子晶體 分子晶體：熔點(diǎn)低，易揮發(fā)，易溶于有機(jī) 溶劑，易形成雙聚物。,水解激烈：,AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3,離子鍵 共價(jià)鍵,用干法合成AlCl3：,潮濕空氣中的AlCl3，遇NH3生成NH4Cl。,白煙為NH4Cl,硫酸鋁和明礬 無水硫酸鋁A12(SO4)3為自色粉末。從水溶液中得到的為A12(SO4)318H2O，它是無色針狀結(jié)晶。將純A1(OH)3溶于熱的濃硫酸或者用硫酸直接處理鋁土礦或粘土；都可以制得A12(SO4)3。 A12O3SiO2H2O+3H2SO4A12(SO4)3+2H4SiO4+H2O 硫酸鋁易與礎(chǔ)金屬(除鋰以外)NH4+和Ag+等的硫酸鹽結(jié)合形成礬，其通式為MAl(SO4)212H2O（M為一價(jià)金屬離子）。,21-2-6 鋁和鈹?shù)南嗨菩?鋁和鈹在元素周期表中處于對角線位置，兩者的離子勢接近，所以它們有許多相似的化學(xué)性質(zhì)： 1兩者都是活潑金屬，它們的電極電勢值很相近，E0（Be2+Be）-1.85伏、E0（A13+/Al）-1.706伏)。2兩者都是兩性元素，氫氧化物也屬兩性。 3兩者氧化物的熔點(diǎn)和硬度都很高。 4兩者都是共價(jià)型的鹵化物。 5鈹鹽、鋁鹽都易水解。 6Be2C象A14C3與水反應(yīng)而生成甲烷：,21-3 鍺分族 21-3-1 鍺、錫、鉛的冶煉、性質(zhì)和用途 一、冶煉 錫和鉛主要以氧化物或硫化物礦（如錫石SnO2和方鉛礦PbS存在于自然界。冶煉主要過程是先將礦石焙燒，使硫、砷成為揮發(fā)性氧化物得以除去，有效成分硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?，再用碳還原。,二、性質(zhì)和用途 鍺為銀白色的硬金屬。鉛為暗灰色，重而軟的金屬。錫有三種同素異性體，常見的為銀白色硬度居中的白錫，它有較好的延展性。白錫只在286434K溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定，它在低于286K時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉勰畹幕义a，高于434K時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榇噱a。這三種金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度和密度見表183。 鍺的化合物被應(yīng)用的還不多。重要的是晶態(tài)鍺，它具有金剛石那樣的結(jié)構(gòu)，為重要的半導(dǎo)體材料。錫和鉛，從金屬到化合物都有廣泛的用途。,它們的化學(xué)性質(zhì)可以括如下： 1與氧的反應(yīng)：在通常條件下，空氣中的氧只對鉛有作用，空氣中的氧對鍺和錫都無影響。這三種元素在高溫下能與氧反應(yīng)而生成氧化物。 2與其它非金屬的反應(yīng)：這些金屬能同鹵素和硫生成鹵比物和硫化物。,3與水的反應(yīng) 鍺不與水反應(yīng),錫既不被空氣氧化，又不與水反應(yīng)，常被用來鍍在某些金屬(主要是低碳鋼制件)表面以防銹蝕。鉛的情況比較復(fù)雜，它在有空氣存在的條件下，能與水緩慢反應(yīng)而生成Pb(OH)2。 2Pb+O2+2H2O2Pb(OH)2,4與酸的反應(yīng) （1）Ge不與非氧化性酸作用； （2）Sn與非氧化性酸反應(yīng)生成Sn(II)化合物； （3）Ge和Sn與氧化性酸反應(yīng)生成Ge(IV)、Sn(IV)化合物； （4）Pb與酸反應(yīng)得Pb(II)化合物。,5與堿的反應(yīng)：鍺同硅相似，與強(qiáng)堿反應(yīng)放出H2氣。錫和鉛也能與強(qiáng)堿緩慢地反應(yīng)而得到亞錫酸鹽和亞鉛酸鹽，同時(shí)放出H2。 Ge+2OH-+H2OGeO32+2H2,21-3-2. 氧化物和氫氧化物,HNO3或HAc,H+,放置,H+,四氧化三鉛(Pb3O4)-鉛丹：鮮紅色 可看作：,三氧化二鉛(Pb2O3)：橙色 可看作：PbOPbO2 氧化鉛：(PbO)：橙黃色,Pb的其他氧化物,PbO2受熱分解：,小結(jié)：,氧化性減弱，酸性增強(qiáng),堿性增強(qiáng)，還原性減弱,堿性增強(qiáng),酸性增強(qiáng),Sn(OH)4,Pb(OH)4 PbO2,Sn(OH)2,Pb(OH)2,21-3-3 鹵化物 1四鹵化物 常用的MX4為GeCl4和SnCl4。這兩種液體在常況下均為液態(tài)，它們在空氣中因水解而發(fā)煙。 2二鹵化物 重要的MX2有氯化亞錫SnCl2。將Sn與鹽酸反應(yīng)可以得到的SnCl22H2O無色晶體。它是生產(chǎn)上和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的還原劑。,21-3-4.錫、鉛的硫化物,SnS(棕) SnS2(黃) PbS(黑),SnS + 4HCl H2SnCl4 + H2S PbS + 4HCl H2PbCl4 + H2S SnS2 + 6HCl H2SnCl6 +2H2S,PbS2,均不溶于稀鹽酸 配位溶解(濃HCl),SnS32-不穩(wěn)定，遇酸分解。,堿溶 (SnS, PbS不溶),氧化堿溶 (SnS2,PbS不溶),PbS與HNO3作用,（硫代錫酸根）,21-3-5.錫、鉛的鹽類,水解：,鉛白,少數(shù)可溶：Pb(NO3)2, Pb(Ac)2(弱電解質(zhì)，有甜味，俗稱鉛糖)，鉛的可溶性化合物都有毒。 多數(shù)難溶：,溶解性：,PbCrO4溶于過量的堿，此點(diǎn)與黃色BaCrO4有別。,Pb2+的鑒定：,小結(jié)如下：,21-4 銻和鉍 21-4-1 單質(zhì) 砷、銻、鉍在地殼中的含量不大，它們有時(shí)以游離態(tài)存在于自然界中，但主要以硫化物礦存在。 砷銻鉍都有金屬的外形，是電和熱的良導(dǎo)體，具有脆性，熔點(diǎn)低，并且容易揮發(fā)，熔點(diǎn)從As到Bi依次降低,21-4-2 砷、銻、鉍的 化合物,AsH3 SbH3 BiH3,自燃：,化學(xué)性質(zhì)：,缺氧分解：,1.砷、銻、鉍的氫化物,AsH3 的性質(zhì)應(yīng)用：,馬氏試砷法： 試樣、鋅和鹽酸混合，產(chǎn)生氣體導(dǎo)入熱玻璃管。,砷鏡,古氏試砷法：,M(III)的氧化物和氫氧化物,2. 砷、銻、鉍的氧化物及其水合物,兩性,M(V)的氧化物和氫氧化物,三元中強(qiáng)酸 一元弱酸,小結(jié)：,M(III)的還原性(由As到Bi還原性減弱),可用H2O2代替Cl2,3.砷、銻、鉍的化合物的氧化還原性,H3AsO4在強(qiáng)酸性的溶液中才有明顯氧化性。,=0.5748V,I2+2e- 2I-,=0.5345V,小結(jié)：,As() Sb() Bi() As() Sb() Bi(),堿性增強(qiáng),還原性增強(qiáng),酸性增強(qiáng),氧化性增強(qiáng),堿 性 增 強(qiáng),酸 性 增 強(qiáng),4.砷、銻、鉍的鹽,鹽類水解,氧化性(弱),(鑒定Sb3+),(鑒定Bi3+),5.砷、銻、鉍的硫化物,均不溶于水和稀酸。,As2S3、As2S5不溶,性質(zhì)：,氧化性酸(HNO3)溶解,(濃HCl)配位溶解,NaOH,(M=As，Sb),Na2S,(M=As，Sb) Bi2S3不溶,堿溶,氧化堿溶,(M=As，Sb),21-6 p區(qū)金屬6