元素化学：p区金属

1、p区金属,p区金属概述 一、分布 IIIA族：Al、Ga、In、Tl IVA族：Ge、Sn、Pb VA族： Sb、Bi VIA族：Po 价电子结构；主要氧化态 低氧化态离子性为主，高氧化态共价性为主 离子电荷高、半径小，容易水解,1、对角线关系 2、6s2电子对惰性，从上到下低氧化态稳定。 3、第二周期反常,第一节 铝、镓分族 价电子构型：ns2 np1，缺电子原子 1-1 铝及其化合物 一、单质铝的冶炼及性质 1、冶炼铝土矿(Al2O32H2O)：Al2O3+2NaOH+2H2O=2NaAl(OH)4 Al2O3+Na2CO3=2NaAlO2+CO2，固相反应 2NaAl(OH)4+CO2=

2、2Al(OH)3+Na2CO3+H2O 2NaAlO2+CO2+3H2O=2Al(OH)3+Na2CO3 2Al(OH)3=Al2O3+3H2O 2Al2O3=4Al+3O2,2、铝的性质 1）铝的亲氧性 2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe， 并放出大量热，用作铝热剂，炼钢的脱氧剂 4Al+3TiO2+3C=2Al2O3+3TiC（耐高温材料） 2）铝的两性 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2； 2Al+6H2SO4(浓、热)=Al2(SO4)3+3SO2+6H2O 2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2 冷的浓硫酸及硝酸中钝化,二、铝的氧化物及其水合物 1、Al2

3、O3：-Al2O3，刚玉，六方紧密堆积构型，高硬度、耐磨、耐火材料， 含Cr3+离子的刚玉为红宝石；含Fe2+、Fe3+、Ti4+的刚玉为蓝宝石。不溶于水、酸和碱，化学性质稳定。 由铝在空气中燃烧或灼烧氢氧化铝或铝的硝酸盐、硫酸盐得到。 -Al2O3，活性氧化铝，面心立方紧密堆积构型，由氢氧化铝缓慢加热到723 K生成，1273 k则转化成-Al2O3，可溶于酸碱：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O; Al2O3+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4 -Al2O3，NaAl11O17，离子传递，蓄电池,2、Al(OH)3：两性 2NaAl(OH)4+CO2=2Al(OH)3+N

4、a2CO3+H2O 三、铝盐和铝酸盐 1、铝盐和铝酸盐的形成和水解性 Al、Al2O3、Al(OH)3与酸反应得Al3+盐 Al、Al2O3、Al(OH)3与碱反应得Al(OH)4盐 转化；弱酸的铝盐双水解：2Al3+3CO32+3H2O=2Al(OH)3+3CO2 2Al(OH)3+12HF+3Na2CO3=2Na3AlF6+3CO2+9H2O 2、几种重要铝盐 Al2Cl6；明矾KAl(SO4)212H2O,1-2、Ga、In、Tl 1、半导体材料(p型半导体)，III-V族化合物半导体。 2、Ga，熔点29.76 oC，手心即化，沸点2204 oC，高温温度计。 3、Tl的化合物有毒，老

5、鼠药。 4、与酸的反应（氧化态变化，Tl3+/Tl+=1.25 V） 5、与碱的反应（Ga） 2Ga+2NaOH+2H2O=2NaGaO2+3H2 Ga(OH)3+NH3.H2O=NH4Ga(OH)4（反常,第二节 锗分族 锗、锡、铅，IVA族，ns2 np2 2-1 锗、锡、铅的存在与冶炼 无烟煤的煤灰中锗的含量高达4%7.5%，锡石，方铅矿 GeS2+3O2=GeO2+2SO2；GeO2+4HCl=GeCl4+2H2O GeCl4+4H2O=GeO2+4HCl；GeO2+2H2=Ge+2H2O SnO2+2C=Sn+2CO； 2PbS+3O2=2PbO+2SO2； PbO+C=Pb+CO；

6、 PbO+CO=Pb+CO2； PbS+Fe=Pb+FeS,2-2 锗、锡、铅的单质 一、锗、锡、铅单质的物理性质及用途 1、物理性质 锡的同素异形体：型（灰锡），金刚石型立方晶体；型（白锡），四方晶系，存在于286 K434 K，低温锡疫，转变为粉末状灰锡；型（脆锡），正交晶系。 锗作半导体材料。锡还作焊锡、锡箔。铅还作蓄电池。 合金：青铜：Cu-Sn （80%铜、15%锡和5%锌） ，巴士轴承，Cu-Sn-Sb，铅字合金Pb-Sn-Sb,2、化学性质 1）与空气、水：锗、锡稳定，2Pb+O2+CO2+H2O=Pb2(OH)2CO3 2）与HCl和HAc：Sn+2HCl(浓)=SnCl2+H

7、2； Pb由于PbCl2难溶须加热及浓盐酸Pb+4HCl=H2PbCl4+H2 2Pb+O2+2HAc=2Pb(Ac)2+H2O 3）与H2SO4：Ge(Sn)+4H2SO4(浓)=Ge(SO4)2+2SO2+4H2O Pb+3H2SO4(浓)=Pb(HSO4)2+SO2+2H2O 4）与HNO3： Ge+4HNO3(浓)=GeO2H2O+4NO2+H2O 4Sn+10HNO3(稀)=4Sn(NO3)2+NH4NO3+3H2O Sn+4HNO3(浓)=SnO2H2O+4NO2+H2O 3Pb+8HNO3(稀)=3Pb(NO3)2+2NO+4H2O 5）与NaOH： Ge+2NaOH+H2O=N

8、a2GeO3+2H2,2-3 锗、锡、铅的化合物 一、锗、锡、铅的氧化物和氢氧化物 1、氧化物 MO2两性偏酸性，MO两性偏碱性 SnO2：不溶于水、酸、碱，固相溶于碱或碱和硫的混合物 SnO2+2NaOH=Na2SnO3+H2O；SnO2+2Na2CO3+4S=Na2SnS3+Na2SO4+2CO2 非整比化合物（Sn原子过量），n型半导体，吸附还原性气体，传感器 PbO：密陀僧，易溶于醋酸和硝酸 PbO2：棕黑色，PbO2+2NaOH=Na2PbO3+H2O（酸性大于碱性） PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2+2H2O；PbO2+H2SO4=PbSO4+O2+2H2O Pb3O4(Pb

9、2PbO4：Pb3O4+4HNO3=PbO2+2Pb(NO3)2+2H2O,2、氢氧化物 1）Ge(OH)2、Sn(OH)2、Pb(OH)2 两性氢氧化物，从左到右，酸性减弱 从左到右，还原性减弱 3Na2Sn(OH)4+2BiCl3+6NaOH=2Bi+3Na2Sn(OH)6+6NaCl 2）Ge(OH)4、Sn(OH)4两性氢氧化物 M(OH)4+2NaOH=Na2M(OH)6,二、卤化物 1、四卤化物（共价性） 2、二卤化物（离子性） Ge(IV) Sn(IV) Pb(IV) 稳定性减弱，氧化性增强 Ge(II) Sn(II) Pb(II) 稳定性增强，还原性减弱,SnCl2： 保存与检

10、验 1）水解：SnCl2+H2O=Sn(OH)Cl+HCl 2）还原性：2HgCl2+SnCl2=SnCl4+Hg2Cl2；Hg2Cl2+SnCl2=SnCl4+2Hg PbCl2与PbI2：PbCl2+2HCl=H2PbCl4；PbI2+2HI=H2PbI4,三、硫化物,第三节 锑和铋 ns2 np3 3-1 锑、铋的单质 1、存在：我国锑的含量占世界第一位，湖南冷水江的锡矿山是世界最大的锑矿。辉锑矿(Sb2S3)、辉铋矿(Bi2S3)。 2、提取： 2Sb2S3+3O2+6Fe=Sb4O6+6FeS；Sb4O6+6C=4Sb+6CO；Bi2S3+3Fe=2Bi+3FeS 3、性质 1）与氧

11、气、卤素、硫 2）与浓硝酸、浓硫酸、王水：2M+6H2SO4=M2(SO4)3+3SO2+6H2O 4、用途：伍德合金用作保险丝、灭火和蒸气锅炉中安全装置,3-2 锑、铋的化合物 一、氢化物 热稳定性；碱性 二、氧化物及其水合物 1、氧化物 4M+3O2=M2O3 3Sb+5HNO3+8H2O=3HSb(OH)6；4HSb(OH)6=Sb4O10+14H2O Bi+4HNO3=Bi(NO3)3+NO+2H2O； Bi(OH)3+Cl2+3NaOH=NaBiO3+2NaCl+3H2O,NaSbO2 HSb(OH)6,5NaBiO3+2Mn2+14H+=2MnO4-+5Bi3+7H2O+5Na,金

12、属离子电荷较大时结合氧原子如SbO+、BiO+等,2、氧化物的水合物,3、卤化物 MCl3+H2O=MOCl+2HCl AsCl5+SbCl5=AsCl4+SbCl6 4、硫化物,As2S3 + 6NaOH=Na3AsO3 + Na3AsS3 + 3H2O Sb2S3 + 6NaOH=Na3SbO3 + Na3SbS3 + 3H2O,例1：Pb3O4为红色粉末状固体。该物质为混合价态氧化物，化学式可写成2PbOPbO2实验，其中Pb()占约2/3，Pb()约占1/3。下面是测定Pb3O4中PbO和PbO2组分的实验： 准确称取0.0400 g0.0500 g干燥好的Pb3O4固体，置于250

13、mL锥形瓶中。加入HAcNaAc（11）10 mL，再加入0.2 mol/L KI溶液12 mL充分溶解，使溶液呈透明橙红色。加0.5 mL 2%淀粉溶液，用0.0100 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定使溶液由蓝色刚好褪去为止，记下所用去的Na2S2O3标准溶液的体积为V(S2O32)。再加入二甲酚橙34滴，用0.0100 mol/L EDTA标准液滴定溶液由紫红色变为亮黄色时，即为终点。记下所消耗的EDTA溶液的体积为V(EDTA)。 1、写出上述实验原理中的化学方程式； 2、溶解Pb3O4固体为什么用HAc，而不用常见的硫酸、盐酸、硝酸？使用缓冲溶液HAcNaAc对后面的实验有什么

14、意义？ 3、写出Pb3O4中PbO和PbO2组分的物质的量 4、评价该滴定实验有什么特点（优点）,1、Pb3O44HAc2Pb(Ac)2PbO22H2O PbO23I4HAcPb(Ac)2I32H2O2Ac I32S2O323IS4O62 Pb(Ac)2H2Y2PbY22HAc 2、由于HNO3易氧化I；H2SO4会生成PbSO4沉淀分；HCl能与PbO2反应；而HAc既不会被Pb()所氧化，又不会氧化后来加入的I，同时还能避免生成PbI2沉淀（PbI2溶于HAc），所以相比之下以选择HAc最为合适。 准确滴定Pb2离子，选择溶液最佳酸度也是一个重要因素。当溶液pH较小时，EDTA酸效应增强，

15、导致EDTA阴离子（Y4）浓度太小，不利PbY2的生成；若溶液pH较大，Pb2离子又会水解。一般来说，pH大应有利于PbY2的生成，但当pH为7.2时，Pb2（起始浓度0.01mol/L）开始水解，再考虑到二甲酚橙指示剂仅限于pH6.3的溶液使用，因此选择HAcNaAc为缓冲剂比较适宜。 3、n(PbO2)1/2c(S2O32)V(S2O32) n(PbO)c(EDTA)V(EDTA)n(PbO2) 4、实现了连续操作，能有效地节约实验时间；另外，由于避免了溶液的转移和固体的过滤、洗涤操作，从而降低了实验误差，使测定结果重现性较好，更符合滴定操作要求,例2：碱式氯化铝BAC的分子式为Al2(O

16、H)xCl6-xy，其中1x6，y10。BAC溶于水后净水效果好于硫酸铝，可通过煤矸石（主要成分为硅、铝、铁的氧化物）与浓度均为16%的硫酸与盐酸的混合酸在沸腾下制备。 1 写出BAC的制备反应方程式，如果x=2，y=2，画出其结构。 2 在反应器上方有一条长管子作为反应排气用，排出的气体用精密pH试纸检验，请分析排除气体的pH值在反应过程中的变化情况。排气管加长一倍排除气体的pH值与未加长时比较如何？ 3 反应过程中上层溶液的颜色由黄绿色到棕黄色最后到棕红色，解释之。 4 反应后，过滤去渣，滤液加适量Ca(OH)2溶液，生成沉淀A，过滤，滤液浓缩，趁热过滤，滤液冷却得到产物。问此实验中A为何

17、种物质，为什么要趁热过滤？ 5 此实验中不用硫酸会怎样？ 6 室温下，某盐酸溶液和某BAC溶液的pH值相同，两溶液中由水电离出的H+离子浓度分别为1.010-a和1.010-b，试用一个等式和一个不等式表示a和b的关系,1 yAl2O3+(xy-3y)H2O+(6y-xy)HCl=Al2(OH)xCl6-xy AlCl2单元与OH单元构成八元环。 2 因为盐酸发生中和反应，在反应过程中浓度变小，排除气体的pH值不断变大。加长后由于冷却作用，HCl气体挥发度低，pH值比不加长要大。 3 颜色主要由过渡金属离子Fe2+和Fe3+的氯离子配合物体现，开始时主要是Fe2+离子，反应过程中，Fe3+离子

18、不断增加，故上层溶液的颜色由黄绿色到棕黄色最后到棕红色。 4 CaSO4；因为硫酸钙的溶解度较大，浓缩时会析出给产物带来杂质，故需要趁热过滤。 5 不用硫酸则需要48%盐酸，挥发特别大，污染而且浪费。 6 a+b=14，ab,例3：压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，磷酸镓晶体是性能优良的新型压电材料，过去常用水热法合成，山东大学晶体材料国家重点实验室采用了高温溶液法合成了性能更加优良的磷酸镓晶体。实验原料为反应计量比的Ga2O3，NH4H2PO4 (二者物质的量比为1:2)以及助熔剂Li2CO3，MoO3(物质的量比为1:3)，反应温度为1000。 1、写出合成磷酸镓的化

19、学反应方程式以及助溶剂反应的方程式。 2、高温溶液法制得的晶体与水热法相比有何优点？ 3、最早的压电材料M由1880年，法国物理学家P. 居里和J.居里兄弟发现，M由两种短周期非金属元素形成，推测M的化学式。 4、压电材料广泛用于制作传感器，可以测量下列哪一些物理量？ A、长度 B、时间 C、加速度 D、地震波,1、Ga2O3 + 2 NH4H2PO4 = 2GaPO4 + 2NH3 + 3H2O Li2CO3 + 3MoO3 = Li2Mo3O10 + CO2 2、晶体中无结晶水或OH-，性能更加优良。 3、SiO2（等电子体）。 4、C、D,例4：金属X被喻为“含在口中就熔化的金属”，是1871年俄国化学家门捷列夫在编制化学元素周期表时曾预言的“类铝”、1875年法国化学家布瓦博德朗从闪锌矿中离析出的金属。近年来，X成为电子工业的新宠，其主要用途是制造半导体材料，被誉为“半导体材料的新粮食”。 X具有反常膨胀的性质，当X由液态凝固成固态时，体积要膨胀3。 1、X的元素符号是 ，电子