二十一章p区金属.ppt

第二十一章 p区金属,21-1 p区金属概述 21-2 铝 镓分族 21-3 锗分族 21-4 锑和铋,21-1 p区金属概述 周期系p区共包括10种金属元素： Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Po 价电子构型为ns2np14 与s区元素一样，从上到下，原子半径逐渐增大，失电子趋势逐渐增大，元素的金属性逐渐增强。,21-2 铝 镓分族 21-2-1 概述 A1、Ga、In、Tl均为银白色，质软、轻而富有延展性的金属。它们相当活泼，以化合物的形式存在于自然界中。一般用电解法制取。 这此元素与非金属反应，易形成氧化物、硫化物、卤化物，并易溶于稀酸和碱溶液中。 铝是亲氧元素，又是典型的两性元素 。 铝一接触空气或氧气，其表面就立即被一层致密的氧化膜所覆盖，这层膜可阻止内层的铝被氧化，它也不溶于水，所以铝在空气和水中都很稳定。 铝的亲氧性，它能从许多氧化物中夺取氧，故它是冶金上常用的还原剂,高纯度的铝（99.950%）不与一般酸作用，只溶于王水。普通的铝能溶于稀盐酸或稀硫酸，被冷的浓硫酸或浓、稀硝酸所钝化 。 铝比较易溶于强碱中。 Ga和In在氧化性酸中也能钝化作用。 铝族金属虽然都很活泼，在空气、水或氧化性酸中却由于表面被一层牢固的氧化膜覆盖不被套腐蚀。,21-2-2 氢化铝和氢氧化铝 一、三氧化二铝 - Al2O3 ：刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱。 - Al2O3 ：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体。,红宝石(Cr3+) 蓝宝石(Fe3+,Cr3+) 黄玉/黄晶(Fe3+),有些氧化铝晶体透明，因含有杂质而呈现鲜明颜色。,在碱性溶液中存在Al(OH)4-或Al(OH)63- 简便书写为,二 氢氧化铝：Al(OH)3,21-2-3.铝盐和铝酸盐,硫酸铝：,Al3+易水解：,=10-5.03,Al(H2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H+,铝钾矾(明矾)：,Al3+的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素,茜素,21-2-5 铝的卤化物和硫酸盐,离子晶体 分子晶体 分子晶体：熔点低，易挥发，易溶于有机 溶剂，易形成双聚物。,水解激烈：,AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3,离子键 共价键,用干法合成AlCl3：,潮湿空气中的AlCl3，遇NH3生成NH4Cl。,白烟为NH4Cl,硫酸铝和明矾 无水硫酸铝A12(SO4)3为自色粉末。从水溶液中得到的为A12(SO4)318H2O，它是无色针状结晶。将纯A1(OH)3溶于热的浓硫酸或者用硫酸直接处理铝土矿或粘土；都可以制得A12(SO4)3。 A12O3SiO2H2O+3H2SO4A12(SO4)3+2H4SiO4+H2O 硫酸铝易与础金属(除锂以外)NH4+和Ag+等的硫酸盐结合形成矾，其通式为MAl(SO4)212H2O（M为一价金属离子）。,21-2-6 铝和铍的相似性 铝和铍在元素周期表中处于对角线位置，两者的离子势接近，所以它们有许多相似的化学性质： 1两者都是活泼金属，它们的电极电势值很相近，E0（Be2+Be）-1.85伏、E0（A13+/Al）-1.706伏)。2两者都是两性元素，氢氧化物也属两性。 3两者氧化物的熔点和硬度都很高。 4两者都是共价型的卤化物。 5铍盐、铝盐都易水解。 6Be2C象A14C3与水反应而生成甲烷：,21-3 锗分族 21-3-1 锗、锡、铅的冶炼、性质和用途 一、冶炼 锡和铅主要以氧化物或硫化物矿（如锡石SnO2和方铅矿PbS存在于自然界。冶炼主要过程是先将矿石焙烧，使硫、砷成为挥发性氧化物得以除去，有效成分硫化物转变为氧化物，再用碳还原。,二、性质和用途 锗为银白色的硬金属。铅为暗灰色，重而软的金属。锡有三种同素异性体，常见的为银白色硬度居中的白锡，它有较好的延展性。白锡只在286434K温度范围内稳定，它在低于286K时转变为粉末状的灰锡，高于434K时，转变为脆锡。这三种金属的熔点、沸点、硬度和密度见表183。 锗的化合物被应用的还不多。重要的是晶态锗，它具有金刚石那样的结构，为重要的半导体材料。锡和铅，从金属到化合物都有广泛的用途。,它们的化学性质可以括如下： 1与氧的反应：在通常条件下，空气中的氧只对铅有作用，空气中的氧对锗和锡都无影响。这三种元素在高温下能与氧反应而生成氧化物。 2与其它非金属的反应：这些金属能同卤素和硫生成卤比物和硫化物。,3与水的反应 锗不与水反应,锡既不被空气氧化，又不与水反应，常被用来镀在某些金属(主要是低碳钢制件)表面以防锈蚀。铅的情况比较复杂，它在有空气存在的条件下，能与水缓慢反应而生成Pb(OH)2。 2Pb+O2+2H2O2Pb(OH)2,4与酸的反应 （1）Ge不与非氧化性酸作用； （2）Sn与非氧化性酸反应生成Sn(II)化合物； （3）Ge和Sn与氧化性酸反应生成Ge(IV)、Sn(IV)化合物； （4）Pb与酸反应得Pb(II)化合物。,5与碱的反应：锗同硅相似，与强碱反应放出H2气。锡和铅也能与强碱缓慢地反应而得到亚锡酸盐和亚铅酸盐，同时放出H2。 Ge+2OH-+H2OGeO32+2H2,21-3-2. 氧化物和氢氧化物,HNO3或HAc,H+,放置,H+,四氧化三铅(Pb3O4)-铅丹：鲜红色 可看作：,三氧化二铅(Pb2O3)：橙色 可看作：PbO·PbO2 氧化铅：(PbO)：橙黄色,Pb的其他氧化物,PbO2受热分解：,小结：,氧化性减弱，酸性增强,碱性增强，还原性减弱,碱性增强,酸性增强,Sn(OH)4,Pb(OH)4 PbO2,Sn(OH)2,Pb(OH)2,21-3-3 卤化物 1四卤化物 常用的MX4为GeCl4和SnCl4。这两种液体在常况下均为液态，它们在空气中因水解而发烟。 2二卤化物 重要的MX2有氯化亚锡SnCl2。将Sn与盐酸反应可以得到的SnCl2·2H2O无色晶体。它是生产上和化学实验中常用的还原剂。,21-3-4.锡、铅的硫化物,SnS(棕) SnS2(黄) PbS(黑),SnS + 4HCl H2SnCl4 + H2S PbS + 4HCl H2PbCl4 + H2S SnS2 + 6HCl H2SnCl6 +2H2S,PbS2,均不溶于稀盐酸 配位溶解(浓HCl),SnS32-不稳定，遇酸分解。,碱溶 (SnS, PbS不溶),氧化碱溶 (SnS2,PbS不溶),PbS与HNO3作用,（硫代锡酸根）,21-3-5.锡、铅的盐类,水解：,铅白,少数可溶：Pb(NO3)2, Pb(Ac)2(弱电解质，有甜味，俗称铅糖)，铅的可溶性化合物都有毒。 多数难溶：,溶解性：,PbCrO4溶于过量的碱，此点与黄色BaCrO4有别。,Pb2+的鉴定：,小结如下：,21-4 锑和铋 21-4-1 单质 砷、锑、铋在地壳中的含量不大，它们有时以游离态存在于自然界中，但主要以硫化物矿存在。 砷锑铋都有金属的外形，是电和热的良导体，具有脆性，熔点低，并且容易挥发，熔点从As到Bi依次降低,21-4-2 砷、锑、铋的 化合物,AsH3 SbH3 BiH3,自燃：,化学性质：,缺氧分解：,1.砷、锑、铋的氢化物,AsH3 的性质应用：,马氏试砷法： 试样、锌和盐酸混合，产生气体导入热玻璃管。,砷镜,古氏试砷法：,M(III)的氧化物和氢氧化物,2. 砷、锑、铋的氧化物及其水合物,两性,M(V)的氧化物和氢氧化物,三元中强酸 一元弱酸,小结：,M(III)的还原性(由As到Bi还原性减弱),可用H2O2代替Cl2,3.砷、锑、铋的化合物的氧化还原性,H3AsO4在强酸性的溶液中才有明显氧化性。,=0.5748V,I2+2e- 2I-,=0.5345V,小结：,As() Sb() Bi() As() Sb() Bi(),碱性增强,还原性增强,酸性增强,氧化性增强,碱 性 增 强,酸 性 增 强,4.砷、锑、铋的盐,盐类水解,氧化性(弱),(鉴定Sb3+),(鉴定Bi3+),5.砷、锑、铋的硫化物,均不溶于水和稀酸。,As2S3、As2S5不溶,性质：,氧化性酸(HNO3)溶解,(浓HCl)配位溶解,NaOH,(M=As，Sb),Na2S,(M=As，Sb) Bi2S3不溶,碱溶,氧化碱溶,(M=As，Sb),21-6 p区金属6s2电子的稳定性 本族大多数化合物从P到Bi，+V氧化态的稳定性递减。 以上事实表明，在VA族中随着原子序数增大，重元素价电子中有两个电子不易成键，它的低氧化态较为稳定，而与族数相同的最高氧化态则不稳定。 原子序数较大的重元素成键能力较弱是由于： 1原子半径增大，电子云重叠程度差； 2内层电子数目增多，这些内层电子与其键合原子的内层间的斥力增大等原因所致。,