230-16-_无机化学教案-2锌族元素.ppt

1 10 2 1锌族元素通性 锌族元素包括锌 镉 汞三个元素 它们价电子构型为 n 1 d10ns2 锌族元素基本性质如下 10 2锌族元素 2 锌 镉 汞主要表现为比铜族元素及过渡元素低得多的熔点和沸点 这是与它们的原子化焓相一致 体现了它们弱的M M金属键 低熔点Zn 419 Cd 321 Hg 39 汞是常温下唯一的液态金属 有流动性 且在273K 473K之间体积膨胀系数很均匀 又不湿润玻璃 故用来制造温度计 汞的密度很大 13 55g cm 3 蒸气压又低 故用于制造压力计 还可用作高压汞灯和日光灯等 3 汞能溶解许多金属 如钠 钾 银 金 锌 镉 锡 铅 铊等 而形成汞齐 Amalgam 它们或是简单化合物 如AgHg 或是溶液 如少量锡溶于汞 或是两者的混合物 若溶解于汞中的金属含量不高时 所得汞齐常呈液态或糊状 Na Hg齐有反应平稳的特点 是有机合成中常用的还原剂 与银 锡或铜形成的汞齐作牙齿的填补材料 此外在冶金工业中利用汞和金形成汞齐的性质来提炼这些贵金属 铊汞齐 8 5 铊 在213K才凝固 可做低温温度计 室温下的Hg蒸气几乎全是单原子分子 除稀有气体外 在常温下 Hg是唯一的能以单原子分子稳定存在的元素 4 Cd Cd2 Zn Zn2 Cd 海绵态 Hg HgS O2 Hg SO2 火法2ZnS 3O2 2ZnO 2SO2ZnO C Zn CO 存在 闪锌矿ZnS 辰砂HgS 10 2 2工业提取方法 Zn 5 与其他的d区元素不同 本族中Zn和Cd很相似 而同Hg有很大差别 锌族元素的标准电势图 E0A 0 7628 0 6 0 2 0 403 0 63 0 26 E0B 1 216 0 809 0 0984 0 905 0 7986 0 851 饱和溶液 6 4Zn 2O2 3H2O CO2 ZnCO3 3Zn OH 2 10 2 3单质的化学性质 与O2的作用 在干燥空气中稳定 碱式碳酸锌 稳定性下降 7 Zn 2NaOH 2H2O Na2 Zn OH 4 H2 Zn 4NH3 2H2O Zn NH3 4 2 H2 2OH Hg只能溶于氧化性酸 汞与氧化合较慢 3Hg 8HNO3 稀 过量 3Hg NO3 2 2NO 4H2O 6Hg 过 8HNO3 冷 稀 3Hg2 NO3 2 2NO 4H2O 与酸碱作用 Hg 4HNO3 浓 Hg NO3 2 2NO2 2H2O Hg H2SO4 浓 HgSO4 SO2 2H2O Zn Cd 2H 稀 Zn2 Cd2 H2 8 银锌电池以Ag2O2为正极 Zn为负极 用KOH做电解质 电极反应为 负极 正极 总反应 Zn 2e 2OH Zn OH 2 Ag2O2 4e 2H2O 2Ag 4OH 2Zn Ag2O2 2H2O 2Ag 2Zn OH 2 银锌电池的蓄电量是1 57A min kg 1 比铅蓄电池 蓄电量为0 29A min kg 1 高的多 所以银锌电池常被称为高能电池 9 与硫反应 M S MS ZnS 白 CdS 黄 HgS 红 朱砂 黑 辰砂 CdTe ZnSe CdS ZnS 10 锌和镉在常见的化合物中氧化数为 2 汞有 1和 2两种氧化数 多数盐类含有结晶水 形成配合物倾向也大 10 2 4锌族元素的主要化合物 1 氧化物与氢氧化物 ZnCO3 ZnO CO2 568K CdCO3 CdO CO2 600K ZnO受热时是黄色的 但冷时是白色的 ZnO俗名锌白 常用作白色颜料 氧化镉在室温下是黄色的 加热最终为黑色 冷却后复原 这是因为晶体缺陷 金属过量缺陷 造成的 11 2HgO 2Hg O2 573K 黄色HgO在低于573K加热时可转变成红色HgO 两者晶体结构相同 颜色不同仅是晶粒大小不同所致 黄色晶粒较细小 红色晶粒粗大 Zn2 Cd2 OH Zn OH 2 Cd OH 2 Hg2 2OH HgO H2O Zn OH 2Cd OH 2HgO 碱性增强 Zn OH 2 4NH3 Zn NH3 4 2 2OH Cd OH 2 4NH3 Cd NH3 4 2 2OH 12 3HgS 8H 2NO3 12Cl 3HgCl42 3S 2NO 4H2O HgS Na2S Na2 HgS2 二硫合汞酸钠 黑色的HgS加热到659K转变为比较稳定的红色变体 2 硫化物 13 ZnS可用作白色颜料 它同BaSO4共沉淀所形成的混合晶体ZnS BaSO4叫做锌钡白或立德粉 是一种优良的白色颜料 ZnSO4 aq BaS aq ZnS BaSO4 在晶体ZnS中加入微量的金属作活化剂 经光照后能发出不同颜色的荧光 这种材料叫荧光粉 可制作荧光屏 夜光表等 如 加银为蓝色 加铜为黄绿色 加锰为橙色 CdS用做黄色颜料 称为镉黄 镉黄可以是纯的CdS 也可以是CdS ZnS的共熔体 14 1 ZnCl2 氯化锌溶液蒸干 ZnCl2 H2O Zn OH Cl HCl 氯化锌的浓溶液形成如下的配合酸 ZnCl2 H2O H ZnCl2 OH 这个配合物具有显著的酸性 能溶解金属氧化物 FeO 2H ZnCl2 OH Fe ZnCl2 OH 2 H2O 3 卤化物 15 2 HgCl2 HgCl2俗称升汞 极毒 内服0 2 0 4g可致死 微溶于水 在水中很少电离 主要以HgCl2分子形式存在 HgCl2 NH3 Hg NH2 Cl H2O Hg OH Cl HCl SnCl2 Hg2Cl2 SnCl4 SnCl2 Hg SnCl4 16 3 Hg2Cl2 Hg2Cl2 味甜 通常称为甘汞 无毒 不溶于水的白色固体 由于Hg I 无成对电子 因此Hg2Cl2有抗磁性 对光不稳定 Hg2Cl2常用来制做甘汞电极 电极反应为 Hg2Cl2 2e 2Hg l 2Cl 17 Hg22 在水溶液中可以稳定存在 歧化趋势很小 因此 常利用Hg2 与Hg反应制备亚汞盐 如 Hg NO3 2 Hg Hg2 NO3 2 HgCl2 Hg Hg2Cl2 2Hg22 Hg Hg2 K0歧 1 14 10 2 10 2 5Hg I 与Hg II 相互转化 18 当改变条件 使Hg2 生成沉淀或配合物大大降低Hg2 浓度 歧化反应便可以发生 如 Hg22 S2 HgS 黑 Hg Hg22 4CN Hg CN 4 2 Hg Hg22 4I Hg HgI4 2 Hg22 2OH Hg HgO H2O 用氨水与Hg2Cl2反应 由于Hg2 同NH3生成了比Hg2Cl2溶解度更小的氨基化合物HgNH2Cl 使Hg2Cl2发生歧化反应 19 由于锌族的离子为18电子层结构 具有很强的极化力与明显的变形性 因此比相应主族元素有较强的形成配合物的倾向 在配合物中 常见的配位数为4 Zn2 的配位数可为6 1 氨配合物 Zn2 Cd2 离子与氨水反应 生成稳定的氨配合物 Zn2 4NH3 Zn NH3 4 2 Cd2 4NH3 Cd NH3 4 2 10 2 6配合物 20 2 氰配合物 Zn2 Cd2 Hg2 离子与氰化钾均能生成很稳定的氰配合物 Zn2 4CN Zn CN 4 2 K稳 1 0 1016 Cd2 4CN Cd CN 4 2 K稳 1 3 1018 Hg2 4CN Hg CN 4 2 K稳 3 3 1041 Hg22 离子形成配离子的倾向较小 21 3 其他配合物 Hg2 离子可以与卤素离子和SCN 离子形成一系列配离子 Hg2 4Cl HgCl4 2 K稳 1 6 1015 Hg2 4I HgI4 2 K稳 7 2 1029 Hg2 4SCN Hg SCN 4 2 K稳 7 7 1021 配离子的组成同配位体的浓度有密切关系 在0 1mol LCl 离子溶液中 HgCl2 HgCl3 和 HgCl4 2 的浓度大致相等 在1mol LCl 离子的溶液中主要存在的是 HgCl4 2 离子 Hg2 与卤素离子形成配合物的稳定性依Cl Br I顺序增强 22 Hg2 与过量的KI反应 首先产生红色碘化汞沉淀 然后沉淀溶于过量的KI中 生成无色的碘配离子 Hg2 2I HgI2 红色 HgI2 2I HgI4 2 无色 K2 HgI4 和KOH的混合溶液 称为奈斯勒试剂 如溶液中有微量NH4 离子存在时 滴入试剂立刻生成特殊的红棕色的碘化氨基 氧合二汞 沉淀 NH4Cl 2K2 HgI4 4KO