元素化学ds区元素

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1、第第1111章章 dsds区元素区元素 Cu、Ag、Au和Zn、Hg、Cd (一) 铜族元素的单质 它们的密度大于 5 g cm-3，都属于重金属，其中 金的密度最大，为 19.3 gcm-3。与 d 区元素相比， 铜族元素单质的熔点、沸点相对较低，硬度较小， 有极好的延展性和可塑性。铜、银、金的导热、导 电能力极强，尤以银为最强，铜是最常用的导体。 铜、银、金能与许多金属形成合金，其中铜的 合金品种最多。银表面反射光线能力强，过去用作 银镜、保温瓶、太阳能反射镜。 铜族元素的基本性质铜族元素的基本性质 铜族位于周期系的IB族，包括铜（红色）红色）、银（）、金三种 元素。 纯铜为，银为银白色银

2、白色，金为黄色黄色。 铜和银的用途很广，除用作钱币、饰物外，铜 大量用来制造电线、电缆，广泛用于电子工业和航 天工业及各种化工设备。铜合金主要用于制造齿轮 等机械零件、热电偶、刀具等。铜还是生命必需的 微量元素, 有 “生命元素” 之称。银主要用于电镀、 制镜、感光材料等。 金主要作为黄金储备、铸币、电子工业及制造 首饰。为使金饰品变得坚硬且价格便宜，常把金与 适量银、铜熔炼成合金，其中金的质量分数用 “K” 表示，1 K 表示金的质量分数为 4.166%，纯金为 24 K 金。 铜、银、金的化学性质比较稳定。在干燥空 气中不易被氧化，有二氧化碳及湿气存在时，则 在表面上生成绿色的碱式碳酸铜：

3、 金是在高温下惟一不与氧气反应的金属，在 自然界中仅与碲形成碲化金。银的活泼性介于铜 和金之间。银在室温下不与氧气和水反应，即使 在高温下也不与氢气、氮气或炭作用，与卤素反 应较慢，在室温下与含有硫化氢的空气接触时， 表面生成一层黑色的硫化银： 铜、银不溶于非氧化性稀酸溶液，但溶于硝 酸和热的浓硫酸溶液中。金不溶于硝酸，但溶于 王水中。银不溶于王水，是由于银在王水中表面 生成 AgCl 薄膜而阻止反应进行。 二、氧化数 铜、银、金三个元素，每一个元素都有+1、+2和 +3三种氧化数。最常见的氧化数：铜为+2、银为+1、 金为+3。 原因是IB族的ns电子和次外层(n-1)d电子能量相 差不大，

4、在与其他元素化合时，不仅ns电子能参加反 应，(n-1)d电子也能依反应条件的不同，可以部分参 加反应，即表现出不同的氧化态。如： Cu2O、CuO、KCuO2(铜酸钾)、AgNO3、AgF2 、AgIAgO2等。 而碱金属主要氧化态是+1。 化学活泼性远小于碱金属；从上到下，金属活 泼性递减；与碱金属的变化规律相反。 三、标准电极电势 四、氢氧化物的碱性和稳定性 氢氧化物的碱性较弱，且极易脱水形成氧化 物，而碱金属氢氧化物是强碱，对热非常稳定。 铜、银铜、银 、金的单质、金的单质 一、 存在和冶炼 铜族、锌族元素均为亲硫元素，除Au外，主要以 硫化物存在地壳中。此外，还有碳酸盐、氧化物、氯

5、化物矿等。我国江西有较大的铜矿。金以单质形式存在 。它们都可形成许多合金。 二、性质和用途 三种金属的标准电极电势都在氢之下，它们不溶于稀 盐酸及稀硫酸中。但当有空气或配位剂存在时，铜能溶 于稀酸和浓盐酸： 2Cu+2H2SO4+O22CuSO4+2H2O 2Cu+8HCl（浓）2H3CuCl4+H2 铜在常温下不与干燥空气中的氧化合，加热时 能产生黑色的氧化铜。银、金在加热时也不与空气中 的氧化合。在潮湿的空气中放久后铜的表面会慢慢生 成一层铜绿 2Cu+O2+H2O+CO2Cu（OH）Cu（OH）2CuCO3 银、金则不发生这个反应。铜、银能和H2S、S反 应： 4Ag+2H2S+O22A

6、g2S+2H2O 金则不能。 铜与银很容易溶解在硝酸或热的浓硫酸中，而金 只能溶于王水中。这时，硝酸作为氧化剂，盐酸作为 配位剂：Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2+2H2O 3Ag+4HNO33AgNO3+NO+2H2O Au+4HCl+HNO3HAuCl4+NO+2H2O 铜族元素的化合物铜族元素的化合物 一、铜的化合物 1.氧化物(+1) 铜主要为Cu（）、Cu（）化合物，Cu（）最为稳定 。最近还发现Cu（0）、Cu（）、Cu（）不很稳定的化合 物。Cu（）化合物在生物化学上有重要作用。主要讨论Cu （）、Cu（）的化合物。 2.氧化态为+2价的化合物 （ 1）氢氧化铜和氧化铜

7、 Cu2+ Cu(OH)2 Cu(OH)42- Cu2+2OH-Cu（OH） 2 Cu（OH）2显两性，既溶于酸，又溶于过量浓碱生成蓝色 Cu（OH）42-。 Cu（OH）2+2NaOHNa2Cu（OH）4 由于Cu（OH）2的酸性较弱及溶度积较小（Ksp=2.610-19），故需 和较浓的强碱溶液反应才能溶解。 3.卤化物 HCl(浓)+Cu+CuCl2=2CuCl2-+2H+ 生成物用水稀释则得CuCl白色沉淀。 2Cu2+4I-=2CuI+I2 除I-,二价铜在有X-及还原剂同时存在时生成CuX （2）卤化铜 CuCl2的很浓的溶液呈黄绿色、浓溶液呈绿色 CuCl42-和Cu(H2O)4

8、2+的混合色、稀溶液呈蓝色， 无水CuCl2呈棕黄色，共价化合物，结构为: 4.硫酸铜 CuSO45H2O胆矾，最重要的二价铜盐。 水解显微酸性，可与较活泼金属反应、与碱或氨 水反应，还可作农药。如：波尔多液 将CuSO45H2O、CaO及水按1:1:100配制的乳液。 在硫酸铜溶液中加入硫代硫酸钠共热生成硫酸亚铜。 5.硝酸铜 硝酸铜水合物有3种类型。 6.配合物 铜离子带两个正电荷,因此比亚铜离子更易形 成配合物。 7.硫化亚铜 硫化亚铜是难溶的黑色物质. Cu2+和Cu+的相互转化 当我们考察Cu（）和Cu（）大多数化合物时 会发现：Cu（）化合物大都是难溶物或配合物。Cu （）的可溶单

9、盐即Cu+（ag）离子，极不稳定，然而 Cu（）与Cu（）不同。许多Cu（）盐都是可溶 的，能以Cu2+（aq）离子存在。 为什么Cu（）不能以Cu+（aq）离子存在呢？ 这是因为Cu（）在水溶液中不稳定，发生歧化反 应 .存在下列平衡： 2Cu+（aq） Cu（s）+Cu2+（aq）（1） Cu（）和Cu（）相对稳定性由电势图 。 19-2 19-2 锌锌族族元素元素 19-2-1 19-2-1 锌族元素概述 锌族元素的通性 （1） 锌族位于周期系的IIB族，包括锌、镉、汞三 种元素。 （2）IIB族的价电子结构为(n-1)d10ns2。最外层电子 数虽然与IIA族相同但性质上却没有多少共同

10、之处。 11-2 11-2 锌锌族族元素元素 锌族元素概述 （3）IIB族的次外层为18电子构型，Z*（有效核 电荷）高，故第一电离势比碱土金属的高、半径 小。 锌族元素的重要化合物 1、氢氧化物和氧化物 Zn（OH）2是两性化合物，因而可溶于过量的强碱中形成 羟基锌酸盐 Zn（OH）42- Zn（OH）22OH-Zn（OH）42- 与Zn（OH）2不同，Cd（OH）2的酸性特别弱，不易溶于强碱中（只缓慢 溶于热、浓的强碱中）。Hg（OH）2极不稳定，当汞盐与碱反应，析出的 不是Hg（OH）2，而是黄色的HgO。 因Hg（OH）2立即分解 Hg2+2OH-HgO+H2O Ag2O显弱碱性，不溶

11、于碱。Zn（OH）2和Cd（OH）2比Hg（OH）2 稳定，只在加热时脱去水，变为ZnO、CdO。 2、 硫化物 Zn、Cd、Hg的硫化物颜色由Zn至Hg依次加深（白 色、黄色、黑色），它们的溶解度依次降低。根据它们 溶度积的差别，控制溶液的pH值，可将Zn、Cd分离。 HgS是溶解度最小的金属硫化物，只能溶于王水 3HgS12HCl2HNO3 3H2HgCl4+3S+2NO+4H2O 还可溶于浓Na2S溶液中，生成二硫合汞酸钠： HgS+Na2S（浓溶液）Na2HgS2 3、卤化物 汞的卤化物除氟化物外均为共价型， HgCl2为典型的共价分子。在HgCl2水溶液中几 乎99为HgCl2分子，

12、其解离常数很小： HgCl2 HgCl+Cl- K1=3.210-7 HgCl+ Hg2+Cl- K2=1.8107 这是因为Hg2+的有效核电荷较Zn2+、Cd2+ 高，离子极化力强，使键型发生变化，ZnCl2 、CdCl2为离子键，HgCl2为共价键。 4、配合物 在锌族元素中，M2+离子都能形成配合物，而Hg（）的配 位能力最强，它能与许多配体形成稳定的配合物 Zn2+4CN-Zn（CN）42- K稳=1.01016 Cd2+4CN-Cd（CN）42- K稳=1.31018 Hg2+4CN-Hg（CN）42- K稳=3.31041 由于Hg2+的极化力强，极易与大的可极化的配体形成稳定的 配合物。例如，与氮配体能形成较稳定配合物，与硫配体形成配 合物的稳定性大于氧配体，而卤配合物的稳定性：Cl-Br-I-。 Hg2+4Cl-HgCl42- K稳1.61015 Hg2+4I-HgI42- K稳=7.21021 三、锌的生物作用和含镉、汞废水处理 1、锌的生物作用 锌在人体内的含量为1.5-2.5克，与铁相当 ，但却是人体必不可少的微量元素之一。它参 与人体的免疫、认知、调节人体生命活动等多 种功能。 缺锌症以慢性的、非炎性皮炎为特征， 该病以皮肤增厚。皮屑增多、掉毛、搔痒为特 征。胎儿的发育早期缺锌可引起致畸性。儿童 急性缺锌可引发癫痫病。 二、镉和汞的毒性（自学）