章P区金属杨莉

[基本要求]1．掌握Al、Sn、Pb的单质及其化合物的性质，了解其用途。2．了解锗分族、锑和铋单质及化合物的性质及变化规律。3．了解铝的冶炼原理及方法。4.掌握周期表中的对角线关系,惰性电子对效应.第21章p区金属121-1p区金属概述周期系p区共包括10种金属元素：Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Po.其中Po为放射性元素。价电子构型为ns2np1~4

p区金属的特性：①与s区元素一样，从上到下，原子半径逐渐增大，失电子趋势逐渐增大，元素的金属性逐渐增强。2

②Tl、Pb和Bi的金属性较强，其它的单质、氧化物及其水合物均表现出两性。

③p区金属元素常有两种氧化态，且其氧化值相差为2；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。3

21-2铝镓分族21-2-1、铝及其化合物一、单质铝的冶炼及性质1、铝的冶炼(自学)42.铝的性质（1）物理性质:铝银白色，延展性、导电性、导热性较好。铝质很轻.所有金属中熔沸点相差最大的金属是镓（m.p302.8K,b.P2676k)5铝的用途:电讯器材、建筑设备、电器设备的制造以及特殊材料的制备。6（2）化学性质：

①铝的亲氧性铝是亲氧元素，反应时会大量放热,因此是冶金上常用的还原剂，在冶金学上称为铝热法。Al+O2Al2O3Al+TiO2+CAl2O3＋TiC(高温陶瓷)②铝的两性

7高纯度的铝（99.950%）不与一般酸作用，只溶于王水。普通的铝能溶于稀盐酸或稀硫酸：与酸反应：Al+H+Al3++

H2与碱反应：Al+OH-+H2OAl(OH)4-+H2Al+H2SO4(浓热）Al2SO4+SO2+H2O但是铝在冷的浓硫酸及稀、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。8

Ga和In在氧化性酸中也能钝化作用。

铝族金属虽然都很活泼，在空气、水或氧化性酸中却由于表面被一层牢固的氧化膜覆盖不被套腐蚀。

二、铝的氧化物及其水合物1、氧化铝的存在形式

Al2O3约有八种变体：

α(六方)、γ(立方)、ρ(无定形)、χ(立方)、η(立方尖晶石)、δ(正交)、κ(正交)、θ(单斜)。92、氧化铝的化学活性：

α-Al2O3

：刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱。

γ-Al2O3：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体。有些氧化铝晶体透明，因含有杂质而呈现鲜明颜色。103、氢氧化铝通式为Al2O3·xH2O，习惯Al(OH)3。

经放置转变成偏氢氧化铝：Al(OH)3→AlO(OH)+H2O

性质：两性偏碱。红宝石(Cr3+)

蓝宝石(Fe3+,Ti4+)

黄玉/黄晶(Fe3+)

11在碱性溶液中存在[Al(OH)4]-或[Al(OH)6]3-简便书写为两性：Al(OH)3+3H+Al3++3H2OAl(OH)3+OH-[Al(OH)4]-三、铝盐和铝酸盐1、铝盐和铝酸盐的形成及水解性：

铝盐：Al3+离子水合能力强，高度溶剂化，形成Al(H2O)63+水合离子。

重要性质：水解。12Al3+易水解：=10-5.03[Al(H2O)6]3+[Al(OH)(H2O)5]2++H+铝酸盐：铝酸根形式是Al(OH)4-，习惯写成AlO2-铝酸盐水解使溶液显碱性：

Al(OH)4-═Al(OH)3+OH-

132、几种重要的盐(1)、卤化物AlX3中只有AlF3是离子型化合物，其余都是共价型化合物。2Na[Al(OH)4]+CO2→Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O

Na[Al(OH)4]+NH4Cl→Al(OH)3↓+NH3+NaCl+H2O

14离子晶体分子晶体分子晶体：熔点低，易挥发，易溶于有机溶剂，易形成双聚物。AlF3AlCl3AlBr3 AlI3离子键 共价键氯化铝中有氯桥键（三中心四电子键）

15水解剧烈：

潮湿空气中的AlCl3，遇NH3生成NH4Cl。白烟为NH4Cl用干法合成AlCl3：16

(2)、碱式氯化铝AlCl3水解中间产物Al(OH)Cl2、Al(OH)2Cl聚合的产物。

(3)、硫酸铝和明矾

制备：见书675页的反应，分别得到纯净和含杂质的有18个结晶水的硫酸盐。硫酸铝能形成明矾：K

Al

(SO4)2·12H2O。明矾用于净水。

21-2-2周期表中的对角线关系(自学)

提示：原因在于离子极化能力的相似。17

铝和铍的相似性铝和铍在元素周期表中处于对角线位置，两者的离子势接近，所以它们有许多相似的化学性质：1．两者都是活泼金属，它们的电极电势值很相近，φ0（Be2+／Be）＝-1.85伏、φ0（A13+/Al）=1.706V2．两者都是两性元素，氢氧化物也属两性。3．两者氧化物的熔点和硬度都很高。4．两者都是共价型的卤化物。5．铍盐、铝盐都易水解。6．Be2C象A14C3与水反应而生成甲烷：

18

21-2-3镓分族(自学)

21--3锗分族锗、锡、铅(与As、Sb、Bi相似)的离子是18或18+2电子构性的离子，化合物中，极化作用显著，难溶、有颜色。

铅受惰性电子对效应影响显著。

21-3-1、锗、锡、铅的存在和冶炼

a、存在形式：氧化物和硫化物。

b、制备：

Sn、Pb由氧化物或硫化物还原：19SnO2SnPbSPbOPb或PbSPb涉及反应见书678页。

21-3-2锗、锡、铅的单质

一、结构：

Ge的晶体结构为金刚石型。

Ge可作半导体材料，制备较复杂。GeSGeO2GeCl4GeO2·xH2OGe(高纯)Ge(超纯)20Sn：灰锡(α型，金刚石型)、白锡(β型，四方晶系)、脆锡(γ型，正交晶系)；Pb是金属晶体，面心立方堆积。

二、性质：(1)与氧反应：在通常条件下，空气中铅能被氧化。空气中的氧对锗和锡都无影响。在高温下都能与氧反应而生成氧化物。Pb+O2+H2OPb(OH)221(2)与酸的反应：非氧化性的酸：Sn、Pb反应生成+2氧化态化合物；氧化性的酸：Ge、Sn生成+4氧化态的化合物，Pb生成+2氧化态化合物。

Sn+2HCl(浓)=SnCl2+H2↑Pb+2HCl＝PbCl2↓+H2↑(反应不易发生)Pb+4HCl(浓)＝H2[PbCl4]+H2↑Pb+H2SO4(稀)=PbSO4↓+H2(反应不易发生)22Pb+3H2SO4(浓)=Pb(HSO4)2+SO2↑+2H2OSn+4HNO3(浓)=H2SnO3↓+4NO2↑+H2O4Sn(过量)+10HNO3(冷稀)=4Sn(NO3)2↓+NH4NO3+3H2O3Pb+8HNO3(稀)=3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O因Pb(NO3)2不溶于浓硝酸,所以配制其溶液时常用Pb与稀硝酸发生反应。23

(3)与碱的反应：锗同硅相似，与强碱反应放出H2气。锡和铅也能与强碱缓慢地反应而得到亚锡酸盐和亚铅酸盐，同时放出H2。Ge+2OH-+H2O＝GeO32++2H2

(4)．与水的反应锗不与水反应,锡既不被空气氧化，又不与水反应，常被用来镀在某些金属(主要是低碳钢制件)表面以防锈蚀。铅的情况比较复杂，它在有空气存在的条件下，能与水缓慢反应而生成Pb(OH)2。2Pb+O2+2H2O＝2Pb(OH)2

24

21-3-3、锗、锡、铅的化合物一、氧化物和氢氧化物

两类：MO和M(OH)2、MO2和M(OH)4。

共性：显两性，不溶于水。

酸碱性：GeOSnOPbOGe(OH)2Sn(OH)2Pb(OH)2

两性两性略偏碱两性偏碱GeO2SnO2PbO2

Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4弱酸性两性偏酸两性略偏酸碱性增强酸性增强25

1、氧化物a、锡的氧化物P.681SnO2是主要的氧化物(非整比化合物)。

b、铅的氧化物

形式：PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4。

Pb2O3：PbO·PbO2(PbPbO3)

Pb3O4：2PbO·PbO2(Pb2PbO4)

PbO：两种变体(红色四方晶体、黄色正交晶体)。两性偏碱。26Pb2O3：橙色可看作：PbO·PbO2PbO2受热分解：-

O

2H25Pb2+2MnO44H+2Mn2+5PbO2+

+

+

+

O

2H2

Cl2

PbCl2

)

4HCl(

PbO2

+

+

+

浓

Pb3O4----铅丹：鲜红色

可看作：4HNOPbOPb342+O2H)(PbO)2Pb(NO2223++褐色27HNO3或HAcH+放置H+-26][Sn(OH)32)(s,SnOH-白α4Sn+过量OH-适量OH--3][Pb(OH)2)(s,Pb(OH)

白2Pb+适量OH-过量OH--24][Sn(OH)

2)(s,Sn(OH)白2Sn+过量OH-适量OH-浓HNO3

)(s,SnOH-

Sn32不溶于酸或碱白βOH4NOSnOH)(4HNOSn22323+++浓β-2、氢氧化物A、M(OH)2：28亚锡酸根是一种好的还原剂，它在碱性介质中容易转变为锡酸根离子。例如Sn(OH)42-在碱性溶液中能将Bi还原为金属Bi。

3Na2SnO2+2BiC13+6NaOH＝2Bi+3Na2SnO3+6NaCl+3H2O29

B、M(OH)4：

Ge(OH)4制备：GeCl4的水解。

Sn(OH)4存在形态：无定形态(α型)、晶态(β型)。

制备：SnCl4水解或与碱反应(无定形态)；SnCl4高温水解或Sn单质与HNO3反应(晶态)。β-锡酸是α-锡酸的聚合体：5H2SnO3(α)→(SnO)5(OH)10(β)30

性质：α-锡酸显化学活性，β-锡酸显化学惰性。

二、卤化物

基本性质见书726页表18-6。较为重要的是SnCl2、PbCl2，分别介绍。

A、SnCl2：

a、制备：Sn或SnO溶于HCl而得。

b、性质：

水解：SnCl2+H2O→Sn(OH)Cl+HCl在酸性溶液中配制SnCl2溶液。31

还原性：

φθSn4+/Sn2+=0.151V2Sn2++O2+4H+→2Sn4++2H2OSn2+溶液中加入Sn单质：Sn+Sn4+→2Sn2+

检验Sn2+及Hg2+：2HgCl2+SnCl2→SnCl4+Hg2Cl2(白)↓SnCl2过量时：Hg2Cl2+SnCl2→SnCl4+2Hg(黑)↓

B、PbCl2：

a、制备：PbO溶于HCl而得。32

b、溶解性：

PbCl2难溶于冷水,易溶于热水,也能溶解于盐酸中。PbCl2+2HCl＝H2[PbCl4]

C、PbI2：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。PbI2+2KI＝K2[Pbl4]

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