元素化學(xué)ds區(qū)元素

1、關(guān)于元素化學(xué)ds區(qū)元素第1頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四(一) 銅族元素的單質(zhì)它們的密度大于 5 g cm-3，都屬于重金屬，其中金的密度最大，為 19.3 gcm-3。與 d 區(qū)元素相比，銅族元素單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)相對較低，硬度較小，有極好的延展性和可塑性。銅、銀、金的導(dǎo)熱、導(dǎo)電能力極強(qiáng)，尤以銀為最強(qiáng)，銅是最常用的導(dǎo)體。 銅、銀、金能與許多金屬形成合金，其中銅的合金品種最多。銀表面反射光線能力強(qiáng)，過去用作銀鏡、保溫瓶、太陽能反射鏡。銅族元素的基本性質(zhì)銅族位于周期系的IB族，包括銅（紅色）、銀（）、金三種元素。純銅為，銀為銀白色，金為黃色。第2頁，共24頁，2022年，

2、5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 銅和銀的用途很廣，除用作錢幣、飾物外，銅大量用來制造電線、電纜，廣泛用于電子工業(yè)和航天工業(yè)及各種化工設(shè)備。銅合金主要用于制造齒輪等機(jī)械零件、熱電偶、刀具等。銅還是生命必需的微量元素, 有 “生命元素” 之稱。銀主要用于電鍍、制鏡、感光材料等。 金主要作為黃金儲(chǔ)備、鑄幣、電子工業(yè)及制造首飾。為使金飾品變得堅(jiān)硬且價(jià)格便宜，常把金與適量銀、銅熔煉成合金，其中金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)用 “K”表示，1 K 表示金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4.166%，純金為 24 K 金。第3頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 銅、銀、金的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。在干燥空氣中不易被氧化，有二氧

3、化碳及濕氣存在時(shí)，則在表面上生成綠色的堿式碳酸銅： 金是在高溫下惟一不與氧氣反應(yīng)的金屬，在自然界中僅與碲形成碲化金。銀的活潑性介于銅和金之間。銀在室溫下不與氧氣和水反應(yīng)，即使在高溫下也不與氫氣、氮?dú)饣蛱孔饔?，與鹵素反應(yīng)較慢，在室溫下與含有硫化氫的空氣接觸時(shí)，表面生成一層黑色的硫化銀： 銅、銀不溶于非氧化性稀酸溶液，但溶于硝酸和熱的濃硫酸溶液中。金不溶于硝酸，但溶于王水中。銀不溶于王水，是由于銀在王水中表面生成 AgCl 薄膜而阻止反應(yīng)進(jìn)行。第4頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四二、氧化數(shù)銅、銀、金三個(gè)元素，每一個(gè)元素都有+1、+2和+3三種氧化數(shù)。最常見的氧化數(shù)：銅為+2

4、、銀為+1、金為+3。原因是IB族的ns電子和次外層(n-1)d電子能量相差不大，在與其他元素化合時(shí)，不僅ns電子能參加反應(yīng)，(n-1)d電子也能依反應(yīng)條件的不同，可以部分參加反應(yīng)，即表現(xiàn)出不同的氧化態(tài)。如：Cu2O、CuO、KCuO2(銅酸鉀)、AgNO3、AgF2、AgIAgO2等。而堿金屬主要氧化態(tài)是+1。第5頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四化學(xué)活潑性遠(yuǎn)小于堿金屬；從上到下，金屬活潑性遞減；與堿金屬的變化規(guī)律相反。三、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢四、氫氧化物的堿性和穩(wěn)定性 氫氧化物的堿性較弱，且極易脫水形成氧化物，而堿金屬氫氧化物是強(qiáng)堿，對熱非常穩(wěn)定。第6頁，共24頁，2022年

5、，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四銅、銀 、金的單質(zhì) 一、 存在和冶煉 銅族、鋅族元素均為親硫元素，除Au外，主要以硫化物存在地殼中。此外，還有碳酸鹽、氧化物、氯化物礦等。我國江西有較大的銅礦。金以單質(zhì)形式存在。它們都可形成許多合金。 二、性質(zhì)和用途 三種金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢都在氫之下，它們不溶于稀鹽酸及稀硫酸中。但當(dāng)有空氣或配位劑存在時(shí)，銅能溶于稀酸和濃鹽酸： 2Cu+2H2SO4+O22CuSO4+2H2O 2Cu+8HCl（濃）2H3CuCl4+H2第7頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 銅在常溫下不與干燥空氣中的氧化合，加熱時(shí)能產(chǎn)生黑色的氧化銅。銀、金在加熱時(shí)也不與空

6、氣中的氧化合。在潮濕的空氣中放久后銅的表面會(huì)慢慢生成一層銅綠 2Cu+O2+H2O+CO2Cu（OH）Cu（OH）2CuCO3 銀、金則不發(fā)生這個(gè)反應(yīng)。銅、銀能和H2S、S反應(yīng)： 4Ag+2H2S+O22Ag2S+2H2O 金則不能。第8頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 銅與銀很容易溶解在硝酸或熱的濃硫酸中，而金只能溶于王水中。這時(shí)，硝酸作為氧化劑，鹽酸作為配位劑：Cu+2H2SO4（濃）CuSO4+SO2+2H2O 3Ag+4HNO33AgNO3+NO+2H2O Au+4HCl+HNO3HAuCl4+NO+2H2O第9頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，

7、星期四銅族元素的化合物 一、銅的化合物 1.氧化物(+1) 銅主要為Cu（）、Cu（）化合物，Cu（）最為穩(wěn)定。最近還發(fā)現(xiàn)Cu（0）、Cu（）、Cu（）不很穩(wěn)定的化合物。Cu（）化合物在生物化學(xué)上有重要作用。主要討論Cu（）、Cu（）的化合物。 2.氧化態(tài)為+2價(jià)的化合物 （ 1）氫氧化銅和氧化銅 Cu2+ Cu(OH)2 Cu(OH)42- Cu2+2OH-Cu（OH）2 Cu（OH）2顯兩性，既溶于酸，又溶于過量濃堿生成藍(lán)色Cu（OH）42-。 Cu（OH）2+2NaOHNa2Cu（OH）4 由于Cu（OH）2的酸性較弱及溶度積較小（Ksp=2.610-19），故需和較濃的強(qiáng)堿溶液反應(yīng)才能

8、溶解。第10頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 3.鹵化物 HCl(濃)+Cu+CuCl2=2CuCl2-+2H+生成物用水稀釋則得CuCl白色沉淀。2Cu2+4I-=2CuI+I2除I-,二價(jià)銅在有X-及還原劑同時(shí)存在時(shí)生成CuX（2）鹵化銅CuCl2的很濃的溶液呈黃綠色、濃溶液呈綠色CuCl42-和Cu(H2O)42+的混合色、稀溶液呈藍(lán)色，無水CuCl2呈棕黃色，共價(jià)化合物，結(jié)構(gòu)為:第11頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 4.硫酸銅CuSO45H2O膽礬，最重要的二價(jià)銅鹽。水解顯微酸性，可與較活潑金屬反應(yīng)、與堿或氨水反應(yīng)，還可作農(nóng)藥。如：波爾

9、多液將CuSO45H2O、CaO及水按1:1:100配制的乳液。在硫酸銅溶液中加入硫代硫酸鈉共熱生成硫酸亞銅。 5.硝酸銅 硝酸銅水合物有3種類型。 6.配合物 銅離子帶兩個(gè)正電荷,因此比亞銅離子更易形成配合物。7.硫化亞銅 硫化亞銅是難溶的黑色物質(zhì).第12頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四Cu2+和Cu+的相互轉(zhuǎn)化 當(dāng)我們考察Cu（）和Cu（）大多數(shù)化合物時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)：Cu（）化合物大都是難溶物或配合物。Cu（）的可溶單鹽即Cu+（ag）離子，極不穩(wěn)定，然而Cu（）與Cu（）不同。許多Cu（）鹽都是可溶的，能以Cu2+（aq）離子存在。 為什么Cu（）不能以Cu+（aq）離

10、子存在呢？ 這是因?yàn)镃u（）在水溶液中不穩(wěn)定，發(fā)生歧化反 應(yīng).存在下列平衡： 2Cu+（aq） Cu（s）+Cu2+（aq）（1） Cu（）和Cu（）相對穩(wěn)定性由電勢圖 。第13頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四19-2 鋅族元素 19-2-1 鋅族元素概述鋅族元素的通性 （1） 鋅族位于周期系的IIB族，包括鋅、鎘、汞三種元素。 （2）IIB族的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為(n-1)d10ns2。最外層電子數(shù)雖然與IIA族相同但性質(zhì)上卻沒有多少共同之處。第14頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四11-2 鋅族元素鋅族元素概述 （3）IIB族的次外層為18電子構(gòu)型，Z

11、*（有效核電荷）高，故第一電離勢比堿土金屬的高、半徑小。第15頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四鋅族元素的重要化合物 1、氫氧化物和氧化物 Zn（OH）2是兩性化合物，因而可溶于過量的強(qiáng)堿中形成 羥基鋅酸鹽Zn（OH）42- Zn（OH）22OH-Zn（OH）42- 與Zn（OH）2不同，Cd（OH）2的酸性特別弱，不易溶于強(qiáng)堿中（只緩慢溶于熱、濃的強(qiáng)堿中）。Hg（OH）2極不穩(wěn)定，當(dāng)汞鹽與堿反應(yīng)，析出的不是Hg（OH）2，而是黃色的HgO。 因Hg（OH）2立即分解 Hg2+2OH-HgO+H2O Ag2O顯弱堿性，不溶于堿。Zn（OH）2和Cd（OH）2比Hg（OH）

12、2穩(wěn)定，只在加熱時(shí)脫去水，變?yōu)閆nO、CdO。第16頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四2、 硫化物 Zn、Cd、Hg的硫化物顏色由Zn至Hg依次加深（白色、黃色、黑色），它們的溶解度依次降低。根據(jù)它們?nèi)芏确e的差別，控制溶液的pH值，可將Zn、Cd分離。 HgS是溶解度最小的金屬硫化物，只能溶于王水 3HgS12HCl2HNO3 3H2HgCl4+3S+2NO+4H2O 還可溶于濃Na2S溶液中，生成二硫合汞酸鈉： HgS+Na2S（濃溶液）Na2HgS2第17頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 3、鹵化物 汞的鹵化物除氟化物外均為共價(jià)型，HgCl2為

13、典型的共價(jià)分子。在HgCl2水溶液中幾乎99為HgCl2分子，其解離常數(shù)很?。?HgCl2 HgCl+Cl- K1=3.210-7 HgCl+ Hg2+Cl- K2=1.8107 這是因?yàn)镠g2+的有效核電荷較Zn2+、Cd2+高，離子極化力強(qiáng)，使鍵型發(fā)生變化，ZnCl2、CdCl2為離子鍵，HgCl2為共價(jià)鍵。第18頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 4、配合物 在鋅族元素中，M2+離子都能形成配合物，而Hg（）的配位能力最強(qiáng)，它能與許多配體形成穩(wěn)定的配合物 Zn2+4CN-Zn（CN）42- K穩(wěn)=1.01016 Cd2+4CN-Cd（CN）42- K穩(wěn)=1.3101

14、8 Hg2+4CN-Hg（CN）42- K穩(wěn)=3.31041 由于Hg2+的極化力強(qiáng)，極易與大的可極化的配體形成穩(wěn)定的配合物。例如，與氮配體能形成較穩(wěn)定配合物，與硫配體形成配合物的穩(wěn)定性大于氧配體，而鹵配合物的穩(wěn)定性：Cl-Br-I-。 Hg2+4Cl-HgCl42- K穩(wěn)1.61015 Hg2+4I-HgI42- K穩(wěn)=7.21021第19頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 三、鋅的生物作用和含鎘、汞廢水處理 1、鋅的生物作用 鋅在人體內(nèi)的含量為1.5-2.5克，與鐵相當(dāng)，但卻是人體必不可少的微量元素之一。它參與人體的免疫、認(rèn)知、調(diào)節(jié)人體生命活動(dòng)等多種功能。 缺鋅癥以慢

15、性的、非炎性皮炎為特征，該病以皮膚增厚。皮屑增多、掉毛、搔癢為特征。胎兒的發(fā)育早期缺鋅可引起致畸性。兒童急性缺鋅可引發(fā)癲癇病。第20頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四 二、鎘和汞的毒性（自學(xué)） 三、含鎘、汞廢水的處理（自學(xué)）第21頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，星期四鋅族元素與堿土金屬的對比 1.溶點(diǎn)、沸點(diǎn)： 鋅族金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比堿土金屬低，汞在常溫下是液體。 2.化學(xué)活潑性： 鋅族元素較堿土金屬差。表現(xiàn)在常溫下和在干燥空氣中鋅族元素不發(fā)生變化；它們都不能從水中置換出氫氣；在稀鹽酸中，鋅易溶解，鎘溶解較慢，汞完全不溶。同族元素金屬活潑性恰好與IIB族相反。第22頁，共24頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)23分，