《北师大版无机化学第21章p区金属元素[北]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北师大版无机化学第21章p区金属元素[北]（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Chapter 21 p-Block Metal,1、掌握Al、Sn、Pb单质及其化合物的性质，了解其用途；,3、了解铝的冶炼原理及方法。,2、了解锗分族、锑和铋单质及其化合物的性质及变化规律；,本章内容,21.1 p区金属概述 21.2 铝 镓分族 21.3 锗分族 21.4 锑和铋 21.5 钋（自学） 21.6 p区金属6s2电子的稳定性,p区金属元素 在周期表中的位置,21.1 p区金属概述,1、p区金属包括Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Po十种元素，其中Po为放射性元素。,4、p区金属元素的高价氧化态化合物多数为共价化合物，低氧化态的化合物中部分离子性较强。另
2、外，大部分p区金属元素在化合物中，电荷较高，半径较小，其盐类在水中极易水解。,3、p区金属元素的价电子构型为ns2np1-4 ，内层为饱和结构。由于ns、np电子可同时成键，也可仅p由电子参与成键，因此它们在化合物中常有两种氧化态，且其氧化值相差为2。,2、p区同族金属元素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。但总的看来，p区金属元素的金属性较弱，部分金属如Al、Ga、In、Ge、Sn和Pb的单质、氧化物及其水合物均表现出两性，它们在化合物中还往往表现出明显的共价性。相对而言，Tl、Pb和Bi的金属性较强.,P区金属元素的基本性质,元素的氧化态,21.2.1 铝及
3、其化合物,21.2 铝 镓分族,1、单质铝的冶炼及性质,电解质熔液是Al2O3、NA3AlF6(2-8%)、 10%CaF2组成。温度1233-1253K,槽电压 4.5-7.0V。,阳极是石墨， 阴极是熔融铝,生产Al2O3 和水合氧化铝的流程图,通CO2,有关的几个主要反应如下：,Al2O3 + 2NaOH +2H2O=2NaAl(OH)4 或 Al2O3 + 2NaCO3 =2NaAlO2+CO2,2NaAl(OH)4 + CO2 +3H2O= Al(OH)3 或 2NaAlO2 +CO2 =2Al(OH)3+NaCO3,2Al(OH)3 Al2O3+3H2O,1、 铝的亲氧性。铝是相当
4、活泼的金属，在适当条件下可与 O2 、卤素、S 、N2、 P、 C 等以及与水、酸和碱反应. 铝与氧的亲和力很高： 2 Al(s) + (3/2) O2(g) = Al2O3(s), = - 1676 kJ mol-1 这一性质被用于冶金工业，如钢水中除氧、作还原剂制备金属.,铝的性质,铝在冷浓H2SO4中钝化，溶于热浓H2SO4中,2、铝的两性。,将Al(OH)3、偏AlO(OH)或铝铵矾加热到723K则有Al2O3生成， 将Al2O3强热到1273K可转变为Al2O3（二者性质不同）,氢氧化铝是两性物质能容于酸碱，分别生成铝盐和铝酸盐,(2)几种重要的盐,硫酸铝和明矾 硫酸铝是泡沫灭火器中
5、的常用试剂 (Al3SO4)3.18H2O) (Al3+ +3CO32- +H2O Al(OH)3+3CO2)，明矾KAl(SO4)2.12H2O被用作净水剂.,3、铝盐和铝酸盐,(1) 铝盐和铝酸盐的形成及水解性(自学),能在水中制备吗？,铝的氯化物,21.2.2 周期表中的对角线规则,内容,在周期表中，除了我们常说的族和周期的规律性外，还会出现某一小块区域的规律性. 例如，在第 2 周期和第 3 周期开头几个元素间出现的相似性，我们称为对角线规则 (diagonal rule).,对角线规则是指周期表中相邻两族位于左上到右下的对角线上的元素的具有相似性。 第 2 周期的 Li、Be、B 3
6、元素和其右下脚第 3 周期的 Mg、Al、Si 3元素及其化合物的性质有许多相似之处.,原因,对角线规则可由离子极化的观点给以粗略的解释. 处于周期表中左上右下对角线位置上的邻近两个元素，由于电荷数和半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近，从而使它们的化学性质有许多相似之处. 反映出物质的性质与结构的内在联系., 单质与氧作用生成正常氧化物, Li+和Mg2+的水合能力较强, 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物, 氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中, 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水, 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大 加热分解为正常氧化物, 两者都是活泼金属，在空气中易形成
7、致密 的氧化膜保护层, 碳化物与水反应生成甲烷, 盐都易水解, 卤化物均有共价型, 氧化物的熔点和硬度都很高, 两性元素，氢氧化物也属两性, 自然界均以化合物形式存在, 易形成配合物，如 HBF4 和 H2SiF6, 卤化物易水解, 由于BB和SiSi键能较小，烷的数目比 碳烷烃少得多，且易水解, H3BO3 和 H2SiO3 在水中溶解度不大, 氧化物是难熔固体, 单质易与强碱反应,1、镓、铟和铊这三种元素是在研究光谱时发现的，为分散稀有元素。,21.2.3 镓分族（了解）,5、含铟量较高的焊接剂,具有特殊性,用它可把金属焊接到金属薄膜上，还可把金属焊接到非金属部件上。 InPb、InSn合
8、金抗碱腐蚀，用于化工器械的焊接。,4、镓和铟易与许多金属形成合金，常用于制易熔合金，含铟25%的镓合金在289K时熔化，用于自动喷水灭火装置中。,3、它们是P型半导体的掺杂剂,也可以制成IIIV族元素的半导体化合物,如砷化镓GaAs。,2、由于镓较昂贵，毒性又很大，故其应用受到了限制。约有80%的镓和铟用于电子工业。镓的熔点低，握在手中即可熔化，而沸点却很高，可作高温温度计。镓是继砷、硅之后的第三种重要的半导体材料,可作为光电管的材料使用。,6、铊主要用于制造各种合金。 如:Tl-Ag合金具有韧性大,摩擦系数低及抗腐蚀好等特点,被用于制造轴承。 TlHg合金(含8.7%铊)的凝固点比汞的凝固点
9、低20K，故可用在温度计上以替代汞。 在灯泡用钨丝中加人很少量的铊，可延长灯丝的寿命。,三者都能与酸反应，Al和Ga是M3+盐，Tl是M+盐，强氧化性酸与Tl反应 才能得到M3+盐，这是惰性电子对效应影响的结果。,Ga具有两性，类似Al,8、Tl及其化合物都有毒，可制杀鼠药和灭虫药，但它们对人体也有毒害，误食少量铊盐可使毛发脱落，工业废水中不容许含铊。,7、Tl+离子的大小和性质与碱金属离子和Ag+离子相似。 如TlOH的水溶液呈强碱性，能吸收CO2；TlX和AgX(X为卤素)都难溶于水；TlCl和AgCl都有光敏性等。TlBr和TlI用作红外光纤材料，Tl2S用于制光电管。,1、锗为稀有元素
10、，无独立的矿物，常以硫化物形式伴生在其它金属的硫化物矿中。 2、锡以氧化物如锡石SnO2的状态存在。 3、铅以各种形态的化合物存在，其中最重要的是方铅矿(PbS)。,21. 3 锗分族,21. 3. 1 锗、锡、铅的存在和冶炼,锗的冶炼：焙烧 提纯 氢气还原 锗 锡的冶炼：锡石 焦碳还原 粗锡 电解精炼 铅的冶炼：方铅矿 焙烧 还原 粗铅 电解精炼,一、存在,二、冶炼,GeS2 GeO2 GeCl4 GeO2（纯） Ge,O2,HCl,H2O,H2,SnO2 + C = Sn + 2CO,PbS PbO Pb 也可Fe还原PbS Pb,O2,C,Fe,1、锗为银白色的硬金属。 铅为暗灰色，重(
11、密度11.35g/cm3)而软的金属。 锡有三种同素异性体。,21. 3. 2 锗、锡、铅的单质,二、锗、锡、铅单质的物理性质及用途,（一）、物理性质,3、Ge和Sn的化合物为共价化合物，从Ge到Pb，低价化合物趋于稳定。Pb(II)有离子化合物。,2、三种元素的常见氧化态为+IV和+II。 +4氧化态化合物的稳定性是：GeSnPb +2氧化态化合物的稳定性是：GeSnPb,2、锗、锡、铅的化学性质,它们属于中等活泼的金属，Pb为亲硫元素。但由于种种原因却表现出一定的化学情性。见表21-5 锗、锡、铅的主要化学性质。 与氧反应：在通常条件下，空气中铅能被氧化，在铅表面生成一层氧化铅或碱式碳酸铅
12、，且形成保护膜。空气中的氧对锗和锡都无影响。三种金属在高温下能与氧反应生成氧化物。,与其它非金属的反应 Pb+X2=PbX2 与卤素 Sn+X2=SnX4(适量SnX2) Ge+X2=GeX4 Pb+S=PbS 与硫单质 Sn+S=SnS2(适量SnS) Ge+S=GeS2,Sn+2HCl(浓) = SnCl2+H2 Pb+2HCl PbCl2+H2 (反应不易发生) Pb+4HCl(浓) = H2PbCl4 +H2 Ge+4H2SO4(浓) = Ge(SO4)2 +2SO2+ 4H2O (易水解为GeO2 H2O),Ge+4HNO3(浓) = GeO2 H2O+4NO2+2H2O Sn+4H
13、NO3(浓) = H2SnO3+4NO2+H2O 4Sn(过量)+10HNO3(冷稀) = 4Sn(NO3)2+NH4NO3+3H2O 3Pb+8HNO3(稀) = 3Pb(NO3)2+2NO+4H2O 因Pb(NO3)2不溶于浓硝酸,所以Pb不与浓硝酸发生反应，配制时应该用稀硝酸。,与HNO3,Sn+4H2SO4(浓) = Sn(SO4)2 +2SO2+4H2O Pb+H2SO4(稀) = PbSO4 + H2(反应不易发生) Pb+3H2SO4(浓) = Pb(HSO4)2 +SO2+2H2O,与H2SO4,与酸的反应,与HCl,与酸反应时的规律： Ge+4H2SO4(浓) = Ge(SO
14、4)2+2SO2+4H2O (易水解为GeO2 H2O) Ge+4HNO3(浓) = GeO2 H2O+4NO2+2H2O,Sn+2HCl(浓)=SnCl2+H2 4Sn(过量)+10HNO3(冷稀)=4Sn(NO3)2+NH4NO3+3H2O Sn+4H2SO4(浓)=Sn(SO4)2+2SO2+4H2O Sn+4HNO3(浓)= H2SnO3+4NO2+H2O,Pb+2HClPbCl2+H2(反应不易发生) Pb+4HCl(浓)=H2PbCl4+H2 Pb+H2SO4(稀) =PbSO4 +H2(反应不易发生) Pb+3H2SO4(浓)=Pb(HSO4)2+SO2+2H2O 3Pb+8HN
15、O3(稀)=3Pb(NO3)2+2NO+4H2O 因不溶于浓HNO3，所以Pb不与浓HNO3发生反应。,(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与酸反应得到Pb(II)化合物。,1、氧化物和氢氧化物,锗、锡、铅有MO2和MO两类氧化物。MO2都是共价型、两性偏酸性的化合物。MO也是两性的，但碱性略强。MO化合物的离子性也略强，但还不是典型的离子化合物。所有这些氧化物都是不溶于水的固体。, 酸性增强,酸性增强,21. 3. 3 锗、锡、铅的化合物,（1）、锡的氧化物：在锡的氧化物中重要的为二氧化锡SnO2，通常难溶于酸或碱。 SnO2+2NaOH Na2SnO3+H2O SnO2+2Na2CO3+4S Na2SnS3+Na2SO4+2CO2,侦毒管,共熔,共熔,SnO2为非整比化合物，其晶体中锡的比例较大，从而形成n型半导体。当该半导体吸附象H2、CO、CH4等具有还原性、可燃性气体时，其电导会发生明显的变化，利用这一特点，SnO2被用于制造半导体气敏元件来检测气体，从而可避免中毒、火灾、爆炸等事故的发生。SnO2还用于制不透明的玻璃、珐琅和陶瓷。,（2）、铅的氧化物：铅除了有PbO(密陀
