主族金属元素二铝锡铅砷锑铋

1、第九章第九章 主族金属元素主族金属元素(二二) 铝锡铅砷锑铋铝锡铅砷锑铋本章学习要求：本章学习要求：1.金属铝、铝的氧化物、铝的氢氧化物及其铝盐金属铝、铝的氧化物、铝的氢氧化物及其铝盐的性质。的性质。2.锡和铅单质及其重要化合物的性质。锡和铅单质及其重要化合物的性质。 3.砷锑铋单质及其重要化合物性质变化规律。砷锑铋单质及其重要化合物性质变化规律。 N和和P典型的非金属元素，典型的非金属元素，As半半(准准)金属，金属，Sb和和Bi为金属元素。为金属元素。一一 P区元素概述区元素概述 二二铝铝 1.铝的性质铝的性质 纯铝是银白色的轻金属，无毒，富有延展性，纯铝是银白色的轻金属，无毒，富有延展性

2、，具有很高的导电、传热性和抗腐蚀性，无磁性，不具有很高的导电、传热性和抗腐蚀性，无磁性，不发生火花放电。发生火花放电。 在金属中，铝的导电、传热能力仅次于银和在金属中，铝的导电、传热能力仅次于银和铜，延性仅次于金。铝及其合金能被铸、辗、挤、铜，延性仅次于金。铝及其合金能被铸、辗、挤、锻、拉或用机床加工，易于制成筒、管、棒、线、锻、拉或用机床加工，易于制成筒、管、棒、线、板或箔。板或箔。 铝的典型化学性质铝的典型化学性质 缺电子性、亲氧性和两性。缺电子性、亲氧性和两性。 氯原子氯原子铝原子铝原子AlClAlCl3 3二聚分子构型二聚分子构型Al AlClClClClClCl氯桥键Sp3杂化AlC

3、lAlCl3 3二聚分子二聚分子2.铝的冶炼铝的冶炼电解电解Al2O3从铝土矿中提取铝反应过程从铝土矿中提取铝反应过程 溶解：将铝土矿溶于溶解：将铝土矿溶于NaOH（aq) Al O + 2NaOH = 2NaAlO （偏铝酸钠）（偏铝酸钠）+ H O 过滤：除去残渣氧化亚铁过滤：除去残渣氧化亚铁(Fe O )、硅铝酸钠等、硅铝酸钠等 酸化：向滤液中通入过量酸化：向滤液中通入过量CO . NaAlO + CO + 2H O = Al(OH) + NaHCO 过滤、灼烧过滤、灼烧 Al(OH) 2Al(OH) =高温高温= Al O + 3H O 电解：电解：2Al O (l)=通电通电= 4A

4、l + 3O 1.氧化铝氧化铝 氧化铝为白色无定形粉末，它是离子晶体，氧化铝为白色无定形粉末，它是离子晶体，熔点高，硬度大。根据制备方法不同，又有多种熔点高，硬度大。根据制备方法不同，又有多种变体，常见的有变体，常见的有-Al2O3和和-Al2O3 。2. 氢氧化铝氢氧化铝氢氧化铝的性质氢氧化铝的性质Al(OH)3在不同在不同pH的碱性溶液中的溶解度是不同的的碱性溶液中的溶解度是不同的 Al(OH)3的溶解度的溶解度s-pH图图 pH4.78.9Al(OH)3(s)+3H+ Al 3+ +3H2OAl(OH)3(s)+OH- Al (OH)4-3. 铝盐铝盐 1 铝的卤化物铝的卤化物无水无水A

5、lCl3 400时，氯化铝以双聚分子时，氯化铝以双聚分子Al2Cl6 存在存在800时双聚分子才完全分解为单分子。时双聚分子才完全分解为单分子。氯原子氯原子铝原子铝原子AlClAlCl3 3二聚分子构型二聚分子构型制备：制备：水合三氯化铝水合三氯化铝(AlCl36H2O) 无色结晶，工业级无色结晶，工业级AlCl36H2O呈淡黄色，吸呈淡黄色，吸湿性强，易潮解同时水解。湿性强，易潮解同时水解。 用作精密铸造的硬化剂、净化水的凝聚剂以用作精密铸造的硬化剂、净化水的凝聚剂以及木材防腐及医药等方面。及木材防腐及医药等方面。2硫酸铝和矾硫酸铝和矾硫酸铝硫酸铝Al2(SO4)3 无水硫酸铝为白色粉末，从

6、饱和溶液中析出无水硫酸铝为白色粉末，从饱和溶液中析出的白色针状结晶为的白色针状结晶为Al2(SO4)318H2O。受热时会逐。受热时会逐渐失去结晶水，至渐失去结晶水，至250失去全部结晶水。约失去全部结晶水。约600时即分解成时即分解成Al2O3。易溶于水，水解呈酸性。易溶于水，水解呈酸性。制备制备: 2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2矾：矾： Al2(SO4)3与钾、钠、铵的硫酸盐形与钾、钠、铵的硫酸盐形成的复盐称成的复盐称矾矾。组成为组成为M(I)2SO4M(III)2(SO4)324H2O的的化合物均为矾，化合物均为矾，M(I)可以是可以是K +,Na+或或NH4+, M(I

7、II)可以是可以是Al 3+，Cr 3+或或Fe 3+等。等。 铝钾矾铝钾矾 K2SO4Al2(SO4)324H20 俗称明矾，易溶于水，水解生成俗称明矾，易溶于水，水解生成Al(OH)3或碱或碱式盐的胶状沉淀。明矾被广泛用于水的净化等。式盐的胶状沉淀。明矾被广泛用于水的净化等。三三锡锡 铅铅 锡锡 锡是银白色金属，质软，熔点低。富有展性。锡是银白色金属，质软，熔点低。富有展性。银光闪闪的锡箔，曾经是优良的包装材料。锡在空银光闪闪的锡箔，曾经是优良的包装材料。锡在空气中不易被氧化，能长期保持其光泽。食品工业的气中不易被氧化，能长期保持其光泽。食品工业的罐头盒多由它（马口铁：镀锡铁）制耐腐蚀，价

8、格罐头盒多由它（马口铁：镀锡铁）制耐腐蚀，价格便宜，又无毒。便宜，又无毒。锡的同素异形体锡的同素异形体白锡白锡 白锡是最常见和最稳定的。在白锡是最常见和最稳定的。在 13.2 以从白锡以从白锡到灰锡是一个十分缓慢的转变过程。到灰锡是一个十分缓慢的转变过程。 如果温度过于低，达到如果温度过于低，达到 -48 时其转变速度急时其转变速度急剧增大，顷刻间白锡变成粉末状的灰锡剧增大，顷刻间白锡变成粉末状的灰锡“锡疫锡疫”。 。 锡的主要用途：锡的主要用途： 大量用于制造合金：焊锡、保险丝等低熔点合大量用于制造合金：焊锡、保险丝等低熔点合金；铅字：金；铅字： Pb，Sb，Sn的合金；青铜：的合金；青铜：

9、Cu，Sn合合金。金。锡的化学性质锡的化学性质 ： 锡是锡是A族元素，价层电子结构分别为族元素，价层电子结构分别为5s25p2，能形成能形成+2，+4两种氧化值的化合物。锡属于中等活两种氧化值的化合物。锡属于中等活泼金属，与卤素、硫等非金属可以直接化合泼金属，与卤素、硫等非金属可以直接化合 。 铅铅 铅是很软的重金属，用手指甲就能在铅上刻铅是很软的重金属，用手指甲就能在铅上刻痕。新切开的断面很亮，但不久就会钝化变暗生成痕。新切开的断面很亮，但不久就会钝化变暗生成一层致密的碱式碳酸铅；铅能挡住一层致密的碱式碳酸铅；铅能挡住 X 射线和核裂变射线和核裂变射线。射线。主要用途：主要用途： 制作铅玻璃

10、、铅围裙和放射源容器等防护用制作铅玻璃、铅围裙和放射源容器等防护用品；在化学工业中常用铅作反应器的衬里；品；在化学工业中常用铅作反应器的衬里；铅大量用于制造合金：焊锡、保险丝；铅大量用于制造合金：焊锡、保险丝；铅字：铅字：Pb，Sb，Sn合金组成，合金组成，青铜：青铜：Cu，Sn合金；合金；蓄电池的极板：蓄电池的极板：Pb，Sb合金等。合金等。值得注意！值得注意！铅及铅的化合物都是有毒物质，并且进入铅及铅的化合物都是有毒物质，并且进入人体后不易排出而导致积累性中毒，所以食具、人体后不易排出而导致积累性中毒，所以食具、水管等不可用铅制造。水管等不可用铅制造。铅的化学性质铅的化学性质 Pb为为A族

11、元素，价层电子结构分别族元素，价层电子结构分别为为6s26p2，能形成，能形成+2，+4两种氧化值的化合物。两种氧化值的化合物。铅属于中等活泼金属，与卤素、硫等非金属可铅属于中等活泼金属，与卤素、硫等非金属可以直接化合。以直接化合。 锡、铅的化合物锡、铅的化合物 (1)锡、铅氧化物及其水合物的酸碱性锡、铅氧化物及其水合物的酸碱性例如：例如：Sn(OH)2溶于酸、碱的反应：溶于酸、碱的反应：Sn(OH)2+2HClSnCl2+2H2OSn(OH)2+2NaOHNa2Sn(OH)4或或 Sn(OH)2+2NaOH Na2SnO2+2H2O (2) 锡、铅化合物的氧化还原性锡、铅化合物的氧化还原性

12、Sn() 是典型的还原剂，在碱性介质中的还原性更是典型的还原剂，在碱性介质中的还原性更强，因此用于鉴定强，因此用于鉴定Sn 2+，Hg 2+和和Bi()。Pb() 是强氧化剂，在酸性溶液中使用，效果显是强氧化剂，在酸性溶液中使用，效果显著。它能把著。它能把Mn()氧化成氧化成Mn()；2锡的化合物锡的化合物（1）氯化物）氯化物氯化亚锡氯化亚锡 (SnCl22H2O) 氯化亚锡为无色晶体，熔点仅氯化亚锡为无色晶体，熔点仅37.7。在熔化的同时，被自身的结晶水所水解，生成碱在熔化的同时，被自身的结晶水所水解，生成碱式盐和盐酸。在空气中逐渐被氧化成不溶性的氯式盐和盐酸。在空气中逐渐被氧化成不溶性的氯

13、氧化物。氧化物。SnCl2溶于水并随即水解：溶于水并随即水解： SnCl2+H2O =Sn(OH)Cl（白色）（白色）+HCl 在配制其溶液时，须加盐酸以抑止水解，在配制其溶液时，须加盐酸以抑止水解，还需要加入少量金属锡粒，以防氧化。还需要加入少量金属锡粒，以防氧化。 SnCl2是有机合成中重要的还原剂，也是常是有机合成中重要的还原剂，也是常用的分析试剂。用的分析试剂。四氯化锡四氯化锡(SnCl4) 无水四氯化锡无水四氯化锡(又名氯化高锡又名氯化高锡)为无色液体，为无色液体，在潮湿空气中因水解产生锡酸，并释出在潮湿空气中因水解产生锡酸，并释出HCl而呈而呈现白烟。无水四氯化锡有毒并有腐蚀性，工

14、业上现白烟。无水四氯化锡有毒并有腐蚀性，工业上用作媒染剂和有机合成的氯化催化剂。用作媒染剂和有机合成的氯化催化剂。制备制备SnCl4 在一密闭铁制容器中将锡加热熔融后，通入在一密闭铁制容器中将锡加热熔融后，通入氯气，此时氧化氯气，此时氧化-还原反应交替进行：还原反应交替进行：铅的化合物铅的化合物 一氧化铅一氧化铅(PbO) 俗称黄丹、密陀僧，有黄色及红色两种变体。俗称黄丹、密陀僧，有黄色及红色两种变体。用空气氧化熔融的铅得到黄色变体，在水中煮沸用空气氧化熔融的铅得到黄色变体，在水中煮沸立即转变成红色变体。立即转变成红色变体。PbO用于制造铅白粉、铅皂，在油漆中作催干剂。用于制造铅白粉、铅皂，在

15、油漆中作催干剂。PbO具有两性，能与具有两性，能与HNO3或或NaOH作用可以分作用可以分别得到别得到Pb(NO3)2和和Na2PbO2。二氧化铅二氧化铅(PbO2) 是棕黑色固体，加热时逐步分解为低价是棕黑色固体，加热时逐步分解为低价氧化物氧化物(Pb2O3，Pb3O4，PbO)和氧气。和氧气。PbO2在酸性介质中具有强氧化性，在酸性介质中具有强氧化性，PbO2遇有机遇有机物易引起燃烧或爆炸；与硫、磷等一起摩擦可物易引起燃烧或爆炸；与硫、磷等一起摩擦可以燃烧。它是铅蓄电池的阳极材料，也是火柴以燃烧。它是铅蓄电池的阳极材料，也是火柴制造业的原料。制造业的原料。制备制备PbO2： 工业上用工业上

16、用PbO在碱性溶液中通入氯气制取：在碱性溶液中通入氯气制取： PbO+2NaOH+Cl2PbO2+2NaCl+H2O四氧化三铅四氧化三铅(Pb3O4) 俗称铅丹，是鲜红色固体，它可以看作正铅俗称铅丹，是鲜红色固体，它可以看作正铅酸的铅盐酸的铅盐Pb2(PbO4)或复合氧化物或复合氧化物2PbOPbO2。铅。铅丹的化学性质稳定，常用作防锈漆；水暖管工使丹的化学性质稳定，常用作防锈漆；水暖管工使用的红油也含有铅丹。用的红油也含有铅丹。Pb3O4与热的稀与热的稀HNO3作用，只能溶出总铅量的作用，只能溶出总铅量的2/3： Pb3O4+ 4HNO32Pb（NO3）2+ PbO2+2H2O（2）铅）铅P

17、b(）盐盐多数难溶，广泛用于颜料或涂料。多数难溶，广泛用于颜料或涂料。如：如：PbCrO4是一种常用的黄色颜料（铬黄是一种常用的黄色颜料（铬黄)；Pb2(OH)2CrO4为红色颜料；为红色颜料；PbSO4制白色油漆；制白色油漆；可溶性的铅盐有两种：可溶性的铅盐有两种： Pb（NO3）2和和Pb（Ac）2。制备难溶铅盐的原料制备难溶铅盐的原料 Pb(NO3)2制备各种难溶铅盐制备各种难溶铅盐含铅废水的处理含铅废水的处理铅和可溶性铅盐毒性：铅和可溶性铅盐毒性： 铅的中毒作用缓慢，但会逐渐积累在体内，铅的中毒作用缓慢，但会逐渐积累在体内，一旦表现中毒，则较难治疗。它对人体的神经系一旦表现中毒，则较难

18、治疗。它对人体的神经系统、造血系统都有严重危害。典型症状是食欲不统、造血系统都有严重危害。典型症状是食欲不振，精神倦怠和头疼。振，精神倦怠和头疼。 含铅废水的处理：含铅废水的处理：一般采用沉淀法处理，以石灰或纯碱作沉一般采用沉淀法处理，以石灰或纯碱作沉淀剂，使废水中的铅生成淀剂，使废水中的铅生成Pb(OH)2或或PbCO3沉淀沉淀而除去。铅的有机化合物可用强酸性阳离子交而除去。铅的有机化合物可用强酸性阳离子交换树脂除去。国家允许废水中铅的最高排放浓换树脂除去。国家允许废水中铅的最高排放浓度为度为1.0 mgL-1(以以Pb计计)。第四节第四节 砷砷 锑锑 铋铋 砷、锑、铋的单质砷、锑、铋的单质

19、 As，Sb，Bi，其原子的次外层都有，其原子的次外层都有18个电个电子，在性质上彼此更为相似，有砷分族之称。子，在性质上彼此更为相似，有砷分族之称。As，Sb，Bi都是亲硫元素，在自然界主要都是亲硫元素，在自然界主要以硫化物矿存在。如雄黄以硫化物矿存在。如雄黄(As4S4)、雌黄、雌黄(As2S3)、辉锑矿辉锑矿Sb2S3)、辉铋矿、辉铋矿(Bi2S3)等。等。 As，Sb，Bi与与A族元素生成的金属间化族元素生成的金属间化合物，如砷化镓合物，如砷化镓(GaAs)、锑化镓、锑化镓(GaSb)、砷化、砷化铟铟(InAs)等都是优良的半导体材料。等都是优良的半导体材料。 As，Sb，Bi的化学性

20、质不太活泼，但与卤素的化学性质不太活泼，但与卤素中的氯能直接作用。在常见无机酸中只有中的氯能直接作用。在常见无机酸中只有HNO3和和它们有显著的化学反应。所得产物各不相同它们有显著的化学反应。所得产物各不相同 ：3 As+5HNO3+2H2O3H3AsO4+5NO6Sb+10HNO3+3xH2O 3Sb2O5xH2O +10NO +5H2OBi+6HNO3 Bi(NO3)3+3NO2 + 3H2O砷、锑、铋的化合物砷、锑、铋的化合物 1概述概述(1) 砷、锑、铋的氧化物和氢氧化物的酸碱性砷、锑、铋的氧化物和氢氧化物的酸碱性 As，Sb，Bi都有氧化值为都有氧化值为+3和和+5的两个系列的两个系

21、列氧化物。氧化物。 As()和和Sb()的氧化物和氢氧化物都的氧化物和氢氧化物都是两性物质，而是两性物质，而Bi2O3和和Bi(OH)3却只表现出碱性，却只表现出碱性，它们只溶于酸而不与碱作用。它们只溶于酸而不与碱作用。 As()，Sb()，Bi()的氧化物和氢氧化物的氧化物和氢氧化物都是两性偏酸的化合物。都是两性偏酸的化合物。As、Sb、Bi化合物性质递变规律化合物性质递变规律 (2) 砷、锑、铋化合物的氧化还原性砷、锑、铋化合物的氧化还原性+5氧化值化合物的氧化性按氧化值化合物的氧化性按As，Sb，Bi的顺序递增的顺序递增(3) 硫化物的难溶性和酸碱性硫化物的难溶性和酸碱性 硫化物的难溶硫

22、化物的难溶 +3，+5氧化值氧化值M2S3和和M2S5硫化物硫化物Bi()不不能生成能生成Bi2S5，均难溶于，均难溶于6 molL-1 HCl中。且有中。且有颜色。主要应用在医药、橡胶、颜料、火柴及焰颜色。主要应用在医药、橡胶、颜料、火柴及焰火等工业。火等工业。硫化物酸碱性硫化物酸碱性 As，Sb的硫化物亦表现出两性的硫化物亦表现出两性 。例如：例如： As2S3+3Na2S2Na3AsS3（硫代亚砷酸钠）（硫代亚砷酸钠） As2S5+3Na2S2Na3AsS5 （硫代砷酸钠）（硫代砷酸钠）相应的硫代酸盐不稳定，遇酸即分解。相应的硫代酸盐不稳定，遇酸即分解。2砷的化合物砷的化合物 砷的化合物

23、多数有毒，常见的砷化物有砷的化合物多数有毒，常见的砷化物有As2O3和和Na3AsO3。三氧化二砷三氧化二砷(As2O3)俗称砒霜，白色粉末，微溶于水，剧毒俗称砒霜，白色粉末，微溶于水，剧毒(对人对人的致死量为的致死量为0.10.2 g)。用作防腐剂、农药，玻璃、。用作防腐剂、农药，玻璃、陶瓷工业的去氧剂和脱色剂。陶瓷工业的去氧剂和脱色剂。 As2O3的特征性质：两性和还原性。的特征性质：两性和还原性。两性表现在两性表现在As2O3既可与酸作用，也可与碱作用。既可与酸作用，也可与碱作用。亚砷酸钠亚砷酸钠(Na3AsO3) 白色粉末，易溶于水，溶液呈碱性。为警白色粉末，易溶于水，溶液呈碱性。为警惕其毒性，工业品常染上蓝色，曾被用作除草惕其毒性，工业品常染上蓝色，曾被用作除草剂。皮革防腐剂、有机合成的催化剂等。剂。皮革防腐剂、有机合成的催化剂等