北师大版无机化学课件-p区金属

1、第21章 p区金属,21.1 p区金属概述,21.4 锑和铋,21.3 锗分族,21.2 铝 镓分族,主要内容,1掌握Al、Sn、Pb单质及其化合物的性质及锗分族性质变化规律,2掌握锑和铋单质及其化合物的性质,本章教学重点,p区金属元素 在周期表中的位置,IIIA,共10种金属,IIIA Al, Ga, In, Tl ns2np1 +III(+I) IVA Ge, Sn, Pb ns2np2 +II, +IV VA Sb, Bi ns2np3 +III, +V VIA Po,21.1 p区金属概述,与S区金属相比,1) P区金属元素的价电子构型为ns2np14 ，有np电子，即价电子数增多。

2、(2) 由于价电子增多，半径减小，有效核电荷增多，电负性增大， P区元素的金属性较弱。其中有Al、Ga、In、 Ge、Sn、Pb的单质、氧化物及水合物均表现出两性,IIIA Al, Ga, In, Tl ns2np1 +III(+I) IVA Ge, Sn, Pb ns2np2 +II, +IV VA Sb, Bi ns2np3 +III, +V VIA Po,3) 在形成化合物时表现出明显的共价性。 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,4)由于ns、np电子可同时成键，也可仅由np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

3、,P区元素的氧化态:6s惰性电子对效应,低氧化态趋于稳定,p区各主族元素由上至下与族数相同的高氧化态的稳定性依次减小，比族数小2的低氧化态最为稳定。 如： Bi(V)、Pb(IV)、Tl(III)的强氧化性,21.2.2 周期表中的对角线关系,21.2.1 铝单质及其化合物,21.2 铝 镓分族,1) 价层电子结构：ns2np1 与B相似，为缺电子原子。 (2) 铝族与B不同的是较易失去外层电子形成阳离子。但由于+价时Z/r值较大，形成的化合物共价性增强。如在AlX3中除了AlF3为离子型化合物外，其余均为共价性化合物。由于其缺电子性，可以接受电子对形成配位键。如AlCl3实为(AlCl3)2

4、,铝族与硼元素比较,1.单质铝 铝的冶炼电解铝。 铝的性质两性金属， 还原性,21.2.1 铝单质及其化合物,从铝矾土矿(Al2O3)冶炼金属铝的步骤,碱溶铝矾土矿,通CO2于滤 液析出Al(OH)3,过滤,纯氧化铝 Al2O3,灼烧,冰晶石 Na3AlF6,电解混合 熔液,金属铝,熔融金属铝,石墨阳极,铁槽 （阴极,21-8 试解释：（1）铝为活泼金属，但却广泛地用于航空和建筑工业，用作水管（非饮用水）和某些化工设备：（2）铝比铜活泼，但浓硝酸能溶解铜，却不能溶解铝,铝的性质,1）物理性质,银白色，延展性、导电性、导热性较好,用途: 电讯器材、建筑设备、电器设备的制造 以及特殊材料的制备,2

5、）化学性质,与非金属单质反应 2Al(s)3X22AlX3(s) 4Al(s)3O2(g)2Al2O3(s) 2Al(s)3S(l)2Al2S3(s) 铝的亲氧性： 铝与氧反应的自发性程度很大，铝一接触空气表面立即氧化，生成一层牢固的氧化膜而耐腐蚀。铝能夺取化合物中的氧且放出大量的热，致使反应时不必向体系供热。故铝是冶金上常用的还原剂，在冶金学上称为铝热法,与水反应： 2Al6H2O2Al(OH)33H2 通常情况下存在牢固的氧化膜，不易与水或空气反应，但如果用稀酸或氯化汞后，在水中激烈反应放出氢气,铝的两性 铝既能溶于稀酸中，也易溶于强碱中： 2Al(s)+6H+(aq)=2Al3+(aq)

6、+3H2(g) 2Al(s)+2OH-(aq)+6H2O(l)=2Al(OH)4-(aq)+3H2(g,但是铝在冷的浓硫酸及浓硝酸中被钝化，所以常用铝桶装运浓硫酸、浓硝酸等化学试剂,氧化铝：Al2O3 - 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,2.氧化铝和氢氧化铝,特性：两性,红宝石 蓝宝石 黄玉/黄晶 Cr2O3 Fe2O3和TiO2 Fe2O3,有些氧化铝晶体透明，因含有杂质而呈现鲜明颜色。刚玉中含微量杂质-宝石,在碱性溶液中存在Al(OH)4或Al(OH)63,氢氧化铝：Al(OH)3,两性： Al(OH)3+ 3H

7、+ = Al3+ + 3H2O,Al(OH)3+ OH= Al(OH)4,简便书写为,在铝酸盐溶液中通入CO2, 得到晶态Al(OH)3,在铝盐溶液中加入氨水或适量碱, 得到凝胶状含水量不定的水合氧化铝 (Al2O3xH2O) 通常也写成Al(OH)3,2Al(OH)4- +CO22Al(OH)3 +CO3 +H2O,白色,2,经光谱实验证实： 溶液中不存在AlO2 或AlO3,3.铝盐-铝的卤化物,离子晶体 分子晶体,AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3,离子键 共价键,分子晶体：熔点低，易挥发，易溶于有机 溶剂，易形成双聚物,氯化铝中有氯桥键 （三中心四电子键,2个Al 原子 与两侧

8、的4 个Cl原子在 同一平面上 中间的2个 Cl原子位于 该平面两侧,AlF3为离子型化合物， BF3存在 BCl3中B缺电子，但B第二周期，原子半径小，也不形成二聚体,Al2Cl6与B2H6的结构比较,为什么AlF3 、BF3、BCl3不二聚,相同点:中心原子均为sp3杂化，均为桥式结构,不同点： B2H6 中的氢桥键为3c2e Al2Cl6 中的氯桥键为3c4e,原因：B、Al半径不同；H、Cl的结构不同,使,铝盐和铝酸盐的突出性质就是水解性,水解激烈,铝盐溶液由于水解均呈酸性,Al(H2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H,用干法合成AlCl3,潮湿空气中的AlCl3，遇NH

9、3生成NH4Cl,白烟为NH4Cl,21-1 如何制备无水AlCl3？能否用加热脱水的方法从AlCl36H2O中制取无水AlCl3,4. 铝的含氧酸盐,硫酸铝,Al3+易水解,Al(H2O)63+H2O Al(OH)(H2O)52+ + H3O,铝钾矾(明矾,Al3+的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素,茜素,Al(C14H7O4)3(红色) + 3H2O,红色絮状沉淀,pH=45,共有5点, 教材p675,Li和Mg元素的相似性,第2周期与第3周期,由于其(=Z/r)接近，具有相近的静电场,共有6点,Be和Al元素的相似性,21.2.2 周期表中的对角线关系,1)标准电极电势相近，都是活泼金属：

10、 (Al3+/Al)=-1.67V； (Be2+/Be)=-1.7V,铝和铍的相似性(P676,2)都是亲氧元素,金属表面易形成氧化物保护膜,都能被浓HNO3钝化,3)均为两性金属，氢氧化物也呈两性,4)氧化物BeO和Al2O3都具有高熔点、高硬度,5) BeCl2和AlCl3都是缺电子的共价型化合物，通过桥键形成聚合分子,6)铍盐、铝盐都易水解，溶液显酸性,7) Al4C3像Be2C一样，水解时产生甲烷： Be2C+4H2O=2Be(OH)2+CH4 Al4C3+12H2O=4Al(OH)3+3CH4,21.3 锗分族,方铅矿 PbS,锡石SnO2,多以硫化物形式存在,存在形式,价电子构型：

11、ns2np2,最大 配位数,单质可形成原子晶体,金属晶体,Ge, Sn, Pb,21.3.2 锗、锡、铅的单质,锡有三种同素异形体,434K,286K,13,161,立方晶系,四方晶系,正交晶系,单质锡有几种变体？ 为什么锡制品在低温下会自行毁灭？ Ge、Sn、Pb的单质有哪些主要性质,型,灰锡,白锡,脆锡,型,型,常见的锡制品为白锡，286-434K时白锡稳定，低于286K转变为粉末状的灰锡，温度越低，转变越快，所以锡制品在低温下会自行毁灭,单质的化学性质,锗、锡、铅的化学性质不活泼，反应性差，与水、空气基本不反应，但与强碱较易反应,与氧反应：通常，空气中铅能被氧化，在铅表面生成一层氧化铅或

12、碱式碳酸铅保护膜。空气中的氧对锗和锡都无影响。这三种金属在高温下能与氧反应而生成氧化物,GeO2= GeO2 SnO2 = SnO2 2PbO2= 2PbO,与其它非金属的反应： Pb+X2=PbX2 Sn+X2=SnX4(适量SnX2) Ge+X2=GeX4 Pb+S=PbS Sn+S=SnS2(适量SnS) Ge+S=GeS2,与酸的反应,Ge不与非氧化性酸作用； Sn与非氧化性酸反应生成Sn(II) 化合物； Ge和Sn与氧化性酸反应生成Ge(IV)、Sn(IV)化合物； Pb与酸反应得到Pb(II)化合物,Sn+2HCl(浓)=SnCl2+H2 Pb+2HClPbCl2+H2(反应不易

13、发生) Pb+4HCl(浓)=H2PbCl4+H2 Ge+4H2SO4(浓)= Ge(SO4)2+2SO2+4H2O (易水解为GeO2 H2O) 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 Ge+4HNO3(浓)= GeO2 H2O+4NO2+2H2O Sn+4HNO3(浓)= H2SnO3+4NO2+H2O,4Sn(过量)+10HNO3(冷稀)=4Sn(NO3)2+NH4NO3+3H2O 3Pb+8HNO3(稀)=3Pb(NO3)2+2NO+4H

14、2O Pb(NO3)2不溶于浓硝酸,所以Pb不与浓硝酸发生反应,1.锡、铅的氧化物和氢氧化物,21.3.3 锡、铅的化合物,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。这些氧化物都是不溶于水的固体,酸性增强,酸性增强,氢氧化物,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)4PbO2,Sn(OH)2,Pb(OH)2,Ge、Sn、Pb氢氧化物由可溶性盐中加入碱而得到： M2+2OH-M(OH)2 (实际上是xMOyH2O) M4+4OH-M(OH)4 (实际上是xMO2yH2O,HNO3或HA

15、c,H,两性反应,Pb(OH)22HNO3Pb(NO3)22H2O Pb(OH)2+2HAc=PbAc2 + 2H2O Pb(OH)2NaOHNaPb(OH)3,Sn(OH)22HClSnCl22H2O Sn(OH)2+2NaOH=Na2Sn(OH)4,H,放置,氢氧化锡Sn(OH)4常称为锡酸, 并用化学式H2SnO3表示, 有两种类型,锡酸 无定形粉末,由锡盐水解或与碱反应制备: SnCl44NH3H2OSn(OH)44NH4Cl -锡酸能溶于酸和碱: Sn(OH)42NaOHNa2Sn(OH)6 Sn(OH)44HClSnCl44H2O,Sn(II)的还原性,Sn2+,Hg2+的相互鉴定

16、,鉴定Bi3+的反应,3Sn(OH)42+2Bi3+6OH=2Bi(s,黑)+3Sn(OH)62,Sn(OH)2+2NaOH=Na2Sn(OH)4,Pb(IV)的氧化性,5PbO2 +2Mn2+ 4H+ = 2MnO4+ 5Pb2+ +2H2O,PbO2 +4HCl(浓) = PbCl2 + Cl2 + 2H2O,2PbO2 +4H2SO4 = O2 + 2Pb(HSO4)2 +2H2O,2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + O2 + 2H2O,Pb(OH)2 + NaClO = PbO2 + NaCl + H2O,Pb的氧化物,PbO2 黑色固体，强氧化剂，两性偏酸,制备： P

17、b(OH)3-+ClO-PbO2+Cl-+OH-+H2 性质： PbO22NaOH2H2O = Na2Pb(OH)6 PbO2+4HCl = PbCl2Cl22H2O 2PbO2+2H2SO4 = PbSO4+O2+2H2O 2Mn(NO3)2+5PbO2+6HNO32HMnO4 5Pb(NO3)22H2O,PbO2实际上是非整比化合物，O：Pb=1.88：1，由于有些应该为O原子占据的位置为空穴，所以它能导电，用在铅蓄电池中作电极,Pb3O4-铅丹：鲜红色 可看作： 2PbOPbO2,Pb3O4与硝酸的反应说明了在Pb3O4晶体中有2/3的Pb（）和1/3的Pb (）： Pb3O4 + 4H

18、NO3 = PbO2黑色2Pb(NO3)2 +2H2O,HCl,PbCl2+Cl2,H2S,PbS (黑色,在空气流中强热一氧化铅而制备： 673-773K 6PbOO2 = 2Pb3O4,用于制铅玻璃和铁具涂料,三氧化二铅(Pb2O3)：橙色 可看作：PbOPbO2 氧化铅：(PbO)：橙黄色,俗称密陀僧两性偏碱，溶于醋酸或硝酸，较难溶于碱,PbO2HAcPbAc2H2O PbO2HNO3Pb(NO3)2H2O PbOKOHH2OKPb(OH)3,醋酸铅是配合物,CH3C Pb CCH3,O,O,O,O,Pb(OH)2在373K脱水,得到红色的PbO， 如果温度低，则得到黄色PbO,制备,习

19、题21-1 分别举例说明Sn(II)的还原性和Pb(IV)的氧化性,高价铅的氧化物加热会逐渐分解为低价氧化物： 563-593K 663-693K 803-823K PbO2Pb2O3Pb3O4Pb0,2.锡、铅的盐类-二卤化物,21.3.3 锡、铅的化合物,水解,SnCl2 + H2O = Sn(OH)Cl(s,白) + HCl,SnCl4 + 6H2O = -H2Sn(OH)6 + 4HCl,如何鉴定Sn2+ ？（利用还原性） 2HgCl2(过量) SnCl2 SnCl4 + Hg2Cl2 (白色) Hg2Cl2 SnCl2 = SnCl4 + Hg (黑色,如何配制SnCl2溶液？ 先将

20、SnCl2溶解在少量浓HCl中，再加水稀释。为防止Sn2+的氧化，在新配制的SnCl2溶液中加入少量锡粒。 Sn4+ + Sn 2Sn2,PbCl2难溶于冷水, 溶于热水，也溶于盐酸,PbI2为黄色丝状有亮光的沉淀，易溶于沸水，或因生成配合物而溶解于KI的溶液中。溶于浓KI溶液中,PbSO4溶于浓硫酸，生成Pb(HSO4)2,PbCl2 + 2HCl = H2PbCl4,PbI2+2KIK2Pbl4,二卤化铅,PbCl2 白色,PbBr2 白色,PbI2 黄色,PbF2 无色,多数难溶,作油漆或涂料,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

21、合物都有毒,其它可溶解性铅盐,用途 O2存在时，铅可溶于醋酸生成易溶的醋酸铅： 2PbO2 2PbO PbO + 2HAc = Pb(Ac)2 + H2O 可用于醋酸从含铅矿石中浸取铅或银的提纯,2Pb2+2CO32+H2O = Pb(OH)2CO3(s)+CO2(g,水解性,PbCrO4溶于过量的碱，此点与黄色BaCrO4有别,Pb2+的鉴定,小结如下,Pb2+ + CrO42 = PbCrO4(s,黄色,21-10 铅在金属活动顺序表中位于氢的左边，但为什么铅实际上不溶于稀盐酸和稀硫酸中？增加酸的浓度又如何,PbS2,3.锡、铅的硫化物,锗分族的硫化的都是难溶于水的,并具有特征的颜色,Ge

22、S2,SnS2,GeS,SnS,PbS,白色 黄色 红色 棕色 黑色,硫化物的制备,SnCl2H2SSnS(棕黑)2HCl Pb(NO3)2H2SPbS(黑)2HNO3 SnCl42H2SSnS2(黄)4HCl,GeS2Na2SNa2GeS3(无色) SnS2Na2SNa2SnS3(无色) 注意：SnS不溶于硫化物而溶于多硫化物： SnSNa2S2Na2SnS3 SnS2Na2S2 Na2SnS3 + S(黄色,硫代酸盐,与砷、锑的硫化物类似，锗和锡的硫化物也易溶于硫化物或多硫化物中形成硫代酸盐。但 PbS不溶于硫化物或多硫化物,溶解度很小，不溶于稀酸，不溶于硫化物或多硫化物，但它容易被氧化，可