229-16-_无机化学教案-1铜族元素.ppt

第十章 铜族与锌族元素 ds区 10 1 1铜族元素通性 10 1铜族元素 1 矿物存在的形式铜Cu孔雀石 Cu2 OH 2CO3 辉铜矿 Cu2S黄铜矿 Cu2S Fe2S3即CuFeS2赤铜矿 Cu2O银Ag闪银矿 Ag2S 角银矿 AgCl 金Au岩石 岩脉金 砂砾 冲积金 2 制备2CuFeS2 2SiO2 4O2 Cu2S 2FeSiO3 3SO2Cu2S O2 2Cu SO2用电解法可得纯铜 99 99 真空精镏得超纯铜 99 99999 渣 10 1 2铜族金属单质 特征颜色 Cu 紫红 Ag 白 Au 黄 铜 银 金的色泽十分有特征 铜呈浅粉色 银呈白色 金显黄色 因此借它们称呼颜色 如紫铜色 古铜色 银白色 金黄色等 延展性好铜 银 金很柔软 有极好的延展性及可塑性 金尤其如此 1g金可以辗压成只有230个原子厚的约1m2的薄片 拉成直径仅20 m长达165m的金线 3 物理性质 溶 沸点较其它过渡金属低 导电性 导热性好 且Ag Cu Au优良的导电性和导热性 在所有金属中银的导电性居第一位 铜仅次于银 大量的铜应用于电气工业及冶金工业上 在电工器材的制造上几乎用去一半以上的铜 铜易与其它金属形成合金 铜合金 如青铜 80 Cu 15 Sn 5 Zn 质坚硬 易铸 黄铜 60 Cu 40 Zn 广泛用作仪器零件 白铜 50 70 Cu 18 20 Ni 13 15 Zn 用作刀具 2Cu O2 CO2 H2O 4Ag 2H2S O2 2Cu 4HCl O2 2Cu 8HCl 浓 Au 4HCl HNO3 Cu OH 2 CuCO3 2Ag2S 2H2O 2CuCl2 2H2O 2H2 CuCl4 H2 HAuCl4 NO 2H2O 4 单质的化学反应性 Cu2 OH 2CO3 HCl 硫脲 Cu Ag Au不能置换稀酸中的H 还原性差 生成难溶物或配合物 使单质还原能力增强 Cu Ag Au可溶于氧化性酸 与酸作用 1 氧化铜和氧化亚铜 Cu2 OH 2CO3 CuO CO2 H2O 2Cu2 5OH C6H12O6 Cu2O C6H11O7 3H2O CuO和Cu2O都不溶于水 10 1 3铜族元素化合物 Cu OH 2 CuO H2O 2Cu NO3 2 CuO 4NO2 O2 2Cu2 SO32 4OH Cu2O SO42 2H2O YBa2Cu3O7 x YBCO isamaterialthatsuperconductsattemperaturesabovethetemperatureofliquidnitrogen acommonlyavailablecoolant YBa2Cu3O7 x YBCO 4BaCO3 Y2 CO3 3 6CuCO3 2YBa2Cu3O7 x 13CO2 3 x O2 1000 1300K Tc 93K 2 卤化铜和卤化亚铜 CuCl2 不但溶于水 而且溶于乙醇和丙酮 在很浓的溶液中呈绿色 在稀溶液中显蓝色 CuCl2 2H2O Cu OH 2 CuCl2 2HCl 2H2O 所以制备无水CuCl2时 要在HCl气流中加热脱水 无水CuCl2进一步受热分解为CuCl和Cl2 卤化亚铜都是白色的难溶化物 其溶解度依Cl Br I顺序减小 拟卤化铜也是难溶物 如 CuCN的Ksp 3 2 10 20 CuSCN的Ksp 4 8 10 15 卤化铜是共价化合物 用还原剂还原卤化铜可以得到卤化亚铜 CuCl2 Cu 2CuCl 2Cu2 2I 2CuI I2 CuI可由Cu2 和I 直接反应制得 干燥的CuCl在空气中比较稳定 但湿的CuCl在空气中易发生水解和氧化 8CuCl O2 Cu2O 4Cu2 8Cl 4CuCl O2 4H2O 3CuO CuCl2 3H2O 2HCl CuCl易溶于盐酸 由于形成配离子 溶解度随盐酸浓度增加而增大 用水稀释氧化亚铜的浓盐酸溶液则又析出CuCl沉淀 CuCl32 CuCl2 冲稀 浓HCl 2CuCl 3Cl 3 硫酸铜 CuSO4俗称胆矾 可用铜屑或氧化物溶于硫酸中制得 CuSO4 5H2O在不同温度下可逐步失水 加热CuSO4 高于600oC 分解为CuO SO2 SO3和O2 无水硫酸铜为白色粉末 不溶于乙醇和乙醚 吸水性很强 吸水后呈蓝色 利用这一性质可检验乙醇和乙醚等有机溶剂中的微量水 并可作干燥剂 4 氧化银和氢氧化银 在温度低于 45oC 用碱金属氢氧化物和硝酸银的90 酒精溶液作用 则可能得到白色的AgOH沉淀 Ag2O是构成银锌蓄电池的重要材料 充放电反应为 Ag2O和MnO2 Cr2O3 CuO等的混合物能在室温下将CO迅速氧化成CO2 因此可用于防毒面具中 5 卤化银 Ag X AgX X Cl Br I Ag2O 2HF 2AgF H2O 蒸发 可制得AgF AgX的某些性质 AgCl AgBr AgI都有感光分解的性质 可作感光材料 2AgX2Ag X2 h AgX 银核AgX h 对苯二酚 AgAgX Na2S2O3 定影 Ag AgI是一种固体电解质 把AgI固体加热 在418K时发生相变 这种高温形态 AgI具有异常高的电导率 比室温时大四个数量级 实验证实AgI晶体中 I 仍保持原先位置 而Ag 离子的移动 只需一定的电场力作用就可发生迁移而导电 米吐尔 米吐尔 对甲氨基酚硫酸盐 6 硝酸银 AgNO3见光分解 痕量有机物促进其分解 因此把AgNO3保存在棕色瓶中 AgNO3和某些试剂反应 得到难溶的化合物 如 白色Ag2CO3 黄色Ag3PO4 浅黄色Ag4 Fe CN 6 桔黄色Ag3 Fe CN 6 砖红色Ag2CrO4 AgNO3是一种氧化剂 即使室温下 许多有机物都能将它还原成黑色的银粉 银的抑菌作用 7 金的化合物 Au 是金的常见的氧化态 如 AuCl3无论在气态或固态 它都是以二聚体Au2Cl6的形式存在 基本上是平面正方形结构 AuF3 AuCl3 AuCl4 AuBr3 Au2O3 H2O等 铜族元素的离子具有18e结构 既呈较大的极化力 又有明显的变形性 因而化学键带有部分共价性 可以形成多种配离子 大多数阳离子以sp sp2 sp3等杂化轨道和配体成键 易和H2O NH3 X 包括拟卤离子 等形成配合物 10 1 4铜族元素的配合物 1 铜 配合物 Cu 为d10电子构型 具有空的外层sp轨道 它能以sp sp2或sp3等杂化轨道和X 除F外 NH3 S2O32 CN 等易变形的配体形成配合物 如CuCl32 Cu NH3 24 Cu CN 43 等 大多数Cu I 配合物是无色的 Cu 的卤配合物的稳定性顺序为I Br Cl Cu NH3 2 Ac用于合成氨工业中的铜洗工序 Cu NH3 2 Ac CO NH3 若向Cu2 溶液中加入CN 则溶液的蓝色消失 Cu2 5CN Cu CN 43 1 2 CN 2 Cu2O 4NH3 H2O 2Cu NH3 2 2OH 3H2O2Cu NH3 2 4NH3 H2O 1 2O2 2Cu NH3 42 2OH 3H2O Cu NH3 3 Ac CO 2 铜 配合物 Cu2 的配位数有2 4 6等 常见配位数为4 Cu II 八面体配合物中 如Cu H2O 62 CuF64 Cu NH3 4 H2O 2 2 等 多为四短两长键的拉长八面体 只有少数为压扁的八面体 这是由姜 泰勒效应引起的 Cu H2O 62 Cu NH3 42 等则为平面正方形 CuX42 X Cl Br 为四面体 3 银的配合物 Ag 通常以sp杂化轨道与配体如NH3 CN S2O32 等形成稳定性不同的配离子 AgClKsp1 8 10 10 Ag NH3 2 K稳1 1 107 NH3 H2O AgBrKsp5 0 10 13 Br S2O32 Ag S2O2 23 K稳4 0 1013 I AgIKsp8 9 10 17 CN Ag CN 2 K稳1 3 1021 S2 Ag2SKsp2 10 49 2Ag NH3 2 HCHO 2OH 2Ag HCOO NH4 3NH3 H2O 4Ag 8NaCN 2H2O O2 4Na Ag CN 2 4NaOH 2Ag CN 2 Zn Ag Zn CN 42 HAuCl4 H2O 或NaAuCl4 2H2O 和KAu CN 2是金的典型配合物 4 金的配合物 2Au 4CN 1 2O2 H2O 2Au CN 2 2OH 2Au CN 2 Zn 2Au Zn CN 42 铜的常见氧化态为 1和 2 同一元素不同氧化态之间可以相互转化 这种转化是有条件的 相对的 这与它们存在的状态 阴离子的特性 反应介质等有关 气态时 Cu g 比Cu2 g 稳定 由 rGm的大小可以看出这种热力学的倾向 2Cu g Cu2 g Cu s rGm 897kJ mol 1 10 1 5Cu I 与Cu II 的相互转化 2 常温时 固态Cu I 和Cu II 的化合物都很稳定 CuO2 s CuO s Cu s rGm 113 4kJ mol 1 3 高温时 固态的Cu II 化合物能分解为Cu I 化合物 说明Cu I 的化合物比Cu II 稳定 2CuCl2 s 4CuO s 2CuS s 2CuCl s Cl2 2CuO s O2 Cu2S s S 4 在水溶液中 简单的Cu 离子不稳定 易发生歧化反应 产生Cu2 和Cu Cu 0 153 Cu2 0 521 Cu 2Cu Cu Cu2 6 23 K 1 70 106 水溶液中Cu I 的歧化是有条件的 相对的 Cu 较大时 平衡向生成Cu2 方向移动 发生歧化 Cu 降低到非常低时 如生成难溶盐 稳定的配离子等 反应将发生倒转 用反歧化表示 2Cu Cu2 Cu 歧化 反歧化 在水溶液中 要使Cu I 的歧化朝相反方向进行 必须具备两个条件 有还原剂存在 如Cu SO2 I 等 有能降