2013大一上无机化学课件chap11ds区元素

1、1第十一章 ds区元素11.1 ds区元素概述11.2 ds区元素单质的重要性质11.3 ds区元素的重要化合物2小结-1：IA与IB元素性质比较：IA族单质金属的熔沸点、硬度均较低； IB族单质金属具有较高熔沸点、导热性和导电性。IA族是活泼的轻金属，易被氧化，能与水剧烈反应，同族内活泼性从上到下增加； IB族都是不活泼重金属，在空气中较稳定，与水几乎不反应，同族内活泼性从上到下减小。IA族所形成的化合物大多是无色的离子型化合物； IB族的化合物有相当的共价性，大多是有色的。IA族氢氧化物都是强碱且稳定； IB族氢氧化物是弱碱且不稳定。IA族的离子一般难形成配离子； IB族的离子则有很强的配

2、位能力。与IB族元素的次外层d电子也能成键，其离子具有d10d9d8等结构有关。3小结-2：IIA与IIB元素性质比较： IIB族单质金属熔沸点比IIA族单质金属低，其中汞室温下为液体。IIB和IIA族单质金属的导热性、导电性、延展性均差。IIA族是比较活泼的金属且从上到下增强； IIB活泼性较差且从上到小减弱。两族离子都是无色的。由于IIB族离子具有18电子层，极化力较大，比IIA族的化合物所表现的共价性大。 IIB族氢氧化物是弱碱性且脱水； IIA族的钙、锶、钡的氢氧化物是强碱且不易脱水。IIB族的盐在溶液中有一定程度水解；而钙、锶、钡的盐则不水解。与IIB族元素的次外层18电子且d电子也

3、能成键有关。411.1 ds区元素概述IB族： 29Cu 47Ag 79Au (n1)d10ns1IIB族: 30Zn 48Cd 80Hg (n1)d10ns2虽然这些元素的最外层电子数分别与IA族和IIA族相同，但它们之间的性质却有很大的差异。这是因为ds区元素的有效核电荷比相应的s区元素高得多(d,f电子对外层电子的屏蔽作用不足以抵消核电荷数的增加)，所以ds区元素的化学性质远不如s区元素活泼。5 IB族元素d轨道都是刚好填满10个d电子,由于刚填满的d电子不很稳定,除失去1个s电子外(+1氧化态),还有可能失去1个或2个d电子而形成+2或+3氧化态; IIB族元素d轨道电子已比较稳定,只

4、能失去最外层的2个s电子,呈+2氧化态; ds区与s区元素性质对比 IB IIB IA IIA次外层电子 18 18 8 8氧化态 +1,2,3 +2,1 +1 +2活泼性 小 小 大 大同族活泼性 从上到下减小 从上到下增大成配合物能力 大 大 小 小6ds区元素的一些基本性质71.自然界中的存在形式单质、矿物铜矿：辉铜矿Cu2S，黄铜矿CuFeS2 ，赤铜矿Cu2O，孔雀石：Cu2(OH)2CO3 我国铜矿储量世界第三银矿：自然界中也有单质银矿；辉银矿Ag2S和角银矿AgCl。金矿：金主要以单质存在，分成岩脉金（散布在岩石中）和冲积金（分散在砂砾中）,碲金矿AuTe211.2 ds区元素单

5、质的重要性质8锌矿： 闪锌矿ZnS，菱锌矿ZnCO3镉矿： 镉常与锌共生在一起。汞矿： 辰砂HgS92.单质的冶炼(1)铜的冶炼黄铜矿先经浮选，再装入沸腾炉焙烧焙烧产物装入反射炉，按比例加入石英砂继续焙烧，生成的FeSiO3与其他难溶物形成矿渣浮在上面。将除去炉渣的焙烧产物移入转炉，顶吹鼓入有限空气将CuS2转变成Cu和SO2制得的粗铜再经电解提纯2CuFeS2 + O2=Cu2S +2FeS +SO2650-800C，焙烧2Cu2S(s) +3O2(g) = 2Cu2O(s) +2SO2(g)Cu2S(s) + 2Cu2O(s) = 6Cu(s) +SO2(g)2FeS+3O2=2FeO+2

6、SO210(2)金和银的冶炼首先用NaCN溶液浸取闪银矿或金矿砂然后用Zn粉还原再分别以AgNO3，HAuCl4溶液为电解液,电解精炼得到Ag和AuAg2S + 4NaCN = 2NaAg(CN)2+Na2S4Au + 8NaCN + O2 +2H2O=4NaAu(CN)2 +4NaOH2Au(CN)2- +Zn = 2Au + Zn(CN)42-11(3)锌的冶炼首先将闪锌矿进行浮选，然后焙烧得到ZnO将ZnO与焦炭混合在鼓风炉中于110012000C进行还原。将Zn蒸气冷却即得纯度98锌粉，再通过分馏除去杂质Cd和Pb，可得到99.99%的高纯锌。Cd主要存在于含锌矿中，Cd主要来自于炼锌

7、副产物。2ZnS +3O2=2ZnO +2SO2焙烧2C + O2 =2COZnO + CO = Zn(g) + CO2123.单质的物理性质(1)特征颜色：Cu(紫红)，Ag(白)， Au(黄)，Zn (白)(2)溶、沸点较其它过渡金属低, 尤其锌族更低 Zn：419； Cd：321 Hg：-39汞是室温下唯一的液态金属(3)铜族导电性很好：Ag Cu Au(4)易形成合金，可用于提取贵金属 黄铜：Cu-Zn；汞齐：Na-Hg, Au-Hg, Ag-Hg (5)铜族延展性好： Au Ag Cu(5)Hg慢性中毒; Cd使蛋白酶失活.134.单质的化学性质与O2反应Cu,Zn,Cd 和 Hg

8、在加热条件下生成相应氧化物3604702Cu + O2 2CuO(黑)2Zn + O2 2ZnO(s,白)2Cd + O2 2CdO(s,红棕色)14Au，Ag与O2一般不发生反应，但当有沉淀剂或配合剂存在时，可反应：银器年久变黑所以不可用铜器盛氨水4M+O2 +2H2O+8CN-=4M(CN)2-+4OH- M=Cu,Ag,Au4Cu+O2+2H2O+8NH3=4Cu(NH3)2+(无色)+OH-2Ag +2H2S + O2= 2Ag2S +2H2OO2Cu(NH3)42+(兰色)15(3) 与酸碱反应 Zn,Cd 可与盐酸反应置换出氢气: 除Au 外均与氧化性酸反应M+2H+(稀)=M2+

9、H2 (M=Zn,Cd)Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2+2H2OAg+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2+H2O3Hg+8HNO3(稀，过量)=3Hg(NO3)2+2NO+4H2O16 生成难溶物或配合物，使单质还原能力增强 Au 只与王水反应: 只有Zn可与碱反应:2Ag+H2S=Ag2S(s)+H2(g)2Ag+2H+ +4I-=2AgI2-+H2(g)Au+4HCl(浓)+HNO3(浓)=HAuCl4+NO(g)+H2OZn+2H2O+2NaOH=Na2Zn(OH)4+H2(g)17从表中可以看出，IIB族金属的活泼性比IB族金属高，而且每族元素都是从上到下活泼性降低.d

10、s区元素单质的化学性质反应物铜银金锌镉汞O2+(加热)+(加热)+(加热)+(加热)HNO3或H2SO4+HCl+NaOH+表示发生反应，表示不发生反应18ds区元素化合物特点:IB,IIB族元素的原子分别失去1个或2个电子后，变成外层为18电子构型的一价或二价离子。18电子构型的离子具有较强的极化力，本身变形性又大，所以它们的二元化合物有相当程度的共价性。这两族元素与其它过渡元素类似，易形成配合物。但由于IIB族离子的d轨道已填满，电子不能发生d-d跃迁（见“晶体场理论”），因此二价的锌、镉和汞离子都无色，它们的配合物一般也无色。(IB族离子?)11.3 ds区元素的重要化合物19一、氧化物

11、和氢氧化物1. 氧化物的性质202. 氧化物的应用氧化亚铜主要用作玻璃、搪瓷工业的红色颜料；氧化铜可作为玻璃、陶瓷的着色剂，也可用于制造染料、催化剂及其铜的化合物。氧化银可作为催化剂、作防腐剂、电子器件材料。氧化锌（锌白）大量用作橡胶填料及油漆颜料。氧化镉和氧化汞则主要用作有机反应的催化剂。氧化镉还用于制造电池及镀镉等。213. 氢氧化物 氢氧化银和氢氧化汞不稳定，立即分解为氧化物：2Ag+2OH-=Ag2O(s)+H2OHg2+2OH-=HgO(s)+H2O氢氧化铜呈淡蓝色，受热脱水即变成黑色氧化铜：Cu(OH)2= CuO+H2O80C 氢氧化铜略显两性，既溶于酸、也溶于强碱：Cu(OH)

12、2+2OH-=Cu(OH)42-2Cu(OH)42-+C6H12O6=Cu2O(s)+2H2O+4OH-+C6H12O7 (葡萄糖酸) 氢氧化锌白色，呈两性。氢氧化镉白色，碱性。22二、 铜盐1. 几种常见的铜化合物232. 硫酸铜CuSO45H2O，蓝色，俗称胆矾。结构：其中四个水分子与二价铜离子配位，第五个水分子通过氢键同时与硫酸根和配位水分子相连，因此受热后，有一个逐步脱水的过程：102C2H2O113C2H2O258CH2OCuSO45H2OCuSO43H2OCuSO4H2OCuSO4干燥剂，杀菌剂243. 亚铜盐多为难溶物有明显共价性离子极化所致： CuCl CuBr CuI CuS

13、CN CuCN Cu2S大 小254.铜的配合物Cu(I)的配合物多为2配位 CuCl2-, CuBr2-, CuI2-, Cu(SCN)2-, Cu(CN)2-小 大Cu(II)的配合物多为4配位浅蓝深蓝浅蓝深蓝26(1) 水溶液中：稳定性 Cu(I)Cu(II)Cu2(OH)2CO3= 2CuO(s,棕黑)+CO2+H2O200C2CuO(s)=Cu2O(s,暗红) +1/2O21000C2Cu(s)+1/2O21800CCuCl2(s)=CuCl(s)+1/2Cl2990C30三. 银盐(1) 难溶的多 易溶：AgNO3, AgF, AgClO4（软硬酸碱理论） 难溶：AgCl, AgB

14、r, AgI, AgCN, AgSCN, Ag2S, AgCO3, Ag2CrO4(2) 热稳定性差 （见光、受热易分解）2AgNO3=2Ag+2NO2(g)+O2(g)光照2Ag2O=2Ag+1/2O2(g)300CAgX=Ag+1/2X2(X=Cl,Br,I)光照31(3) 颜色 AgCl AgBr AgI Ag2O AgCrO4 Ag2S 白 浅黄 黄 褐 砖红 黑(4) 配合物 Ag(NH3)2+ Ag(S2O3)23 Ag(CN)232Ag+反应序列(p166)：33I-HNO3Ag+的鉴定34因此， ZnCl2H2O固体在加热时，得到的不是无水氯化锌，而是碱式氯化锌：四. 锌盐Zn

15、Cl2H2O是重要的锌盐，易潮解，极易溶于水。氯化锌水溶液因锌离子水解而呈酸性。Zn2+ + H2O Zn(OH)+ + H+ZnCl2H2O Zn(OH)Cl + HCl(g)必须在氯化氢气氛下加热，方能制得无水氯化锌。35氯化锌浓溶液呈显著的酸性，能溶解金属氧化物，如：FeO + 2HZnCl2(OH) FeZnCl2(OH)2 + H2O因氯化锌能清除金属表面的氧化物，所以可用作“焊药”。36锌、镉离子与NH3H2O的作用37与S2-的作用氨碱性条件下沉淀完全，溶于0.3 molL-1 HClCdS微溶于水，并且不溶于稀盐酸，而溶于浓盐酸、硫酸和稀硝酸的热溶液中。是鉴定Cd离子的特征反应

16、。Cd2+ +H2S= CdS(s,黄) +2H+Zn2+ +H2S= ZnS(s,白) +2H+38Zn2+的鉴定：（碱性条件）二苯硫腙 (CCl4溶液)绿色粉红色 (水层)上棕色 (CCl4层) 下39 锌是所有生命体都必需的微量金属元素到目前为止，所报道的含有二价锌离子的酶的数目已超过200种，包括水解酶、氧化还原酶、转移酶和裂解酶等。 二价镉离子的化学性质与二价锌离子十分相似。它对生物体的毒性表现为：当它取代了金属蛋白酶中的二价锌离子后，往往使酶的生物活性丧失。40五. 汞盐金属汞与锌、镉性质的差别很大，与此类似，二价汞盐与锌盐或镉盐性质的差别也很大部分原因是由于二价汞离子具有极强的形

17、成共价键的倾向。例如：共价化合物硫化汞在水中的溶解度比硫化锌、硫化镉小得多。3HgS + 12 HCl + 2HNO3 3H2HgCl4 + 3S(s) + 2NO(g) + 4H2OHgS， =410-5341Hg(II)盐最重要的可溶性二价汞盐是硝酸汞和氯化汞。氯化汞是典型的共价化合物，在水中离解度很小。氯化汞受热可升华，俗称升汞，极毒。它的稀溶液在外科上用作消毒剂。向氯化汞溶液中加氨水，得白色氯化氨基汞沉淀：HgCl2 HgCl+ +Cl- K1=3.3 10-7HgCl+ HgCl+ +Cl- K2=1.8 10-7HgCl2+2NH3 Hg(NH2)Cl(s) +NH4Cl42奈斯勒

18、(Nessler)试剂：向含有二价汞离子的溶液中加入碘化钾向四碘合汞酸钾溶液中加入氢氧化钾，使溶液显碱性，就成为Nessler试剂Nessler试剂遇到NH4+会生成红棕色沉淀，用于NH4+鉴定。43Hg2+ Hg22+ Hg0.92 V0.79 VHg2+和Hg22+的转化可见，一价汞离子不应发生歧化反应，而应该是金属汞能把二价汞离子还原为一价汞离子：例如：将硝酸汞和汞一起震荡，就生成硝酸亚汞。Hg + Hg2+ Hg22+只有当溶液中二价汞离子浓度大为降低（如：生成沉淀或配合物）时，一价汞离子才有可能发生歧化反应（Cl2在酸性条件下的歧化反应也是如此即改变浓度）44亚汞的歧化反应与OH-的反应与S2-的反应HgS -0.758V Hg2S -0.598V HgHg22+H2S = HgS + Hg + 2H+Hg22+2OH-=HgO+Hg + H2O45反之：可利用HgCl2鉴定Sn2+Hg2+的鉴定2Hg2+Sn2+8Cl- = Hg2Cl2(s,白)+SnC