21 第21章 p区金属

1、10种金属：价电子构型为种金属：价电子构型为ns2np14 Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Po铝分族铝分族锗分族锗分族砷分族砷分族21-1 p区金属概述区金属概述21-2 铝分族铝分族21-3 锗分族锗分族21-4 * 锑、铋锑、铋21-5 * 钋钋 21-6 6s2电子的稳定性电子的稳定性A1、Ga、In、Tl 银白色，质轻软、延展性好。银白色，质轻软、延展性好。 两性元素，易溶于稀酸和碱。两性元素，易溶于稀酸和碱。 H+(稀稀) OH Al3+ + H2 Al Al(OH)4 + H2 较活泼，电解法制取。较活泼，电解法制取。如如Al遇遇冷的浓硫酸冷的浓硫酸 或或

2、硝酸硝酸钝化。钝化。21-2-1 铝及其化合物铝及其化合物 Al2O3的熔融电解的熔融电解 把把Al2O3(熔点熔点2050oC ) 和冰晶石和冰晶石(Na3AlF6)混合后，可在混合后，可在1000oC左右熔化，通直流电，铝就被还原出来。左右熔化，通直流电，铝就被还原出来。 铝的冶炼铝的冶炼铝土矿铝土矿Al2O312H2O Al(OH)4 Al(OH)3 Al2O3OH-CO2煅烧煅烧 Al2O3的纯制的纯制2Al2O3 = 4Al + 3O2Al3+的鉴定：的鉴定：O3H)OHAl(C234714+3NH(s)Al(OH)OH3NHAl43233+ +(OH)OHC3Al(OH)22614

3、3+(在氨碱性条件，加入茜素在氨碱性条件，加入茜素)红色配合物红色配合物茜素：茜素：1, 2-二羟基二羟基-9, 10-蒽醌蒽醌单质化学性质：单质化学性质：(1) 亲氧性：亲氧性： 2Al + 3/2O2 = Al2O3 r rH -1669.7kJ mol-1 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe (2) 两性：两性： 2Al + 6H+ = 2Al3+ 3H2 2Al + 2OH- + 6H2O= 2Al(OH)4- + 3H2(3) 与酸作用：冷浓与酸作用：冷浓H2SO4、浓、稀、浓、稀HNO3钝化钝化 2Al + 6 H2SO4(浓，热浓，热) Al2(SO4)3 + 3

4、SO2 + 6H2O2. 铝的化学性质铝的化学性质 723K Al(OH)3 Al2O3刚玉刚玉活性氧化铝活性氧化铝(可作为催化剂载体可作为催化剂载体)红宝石红宝石(Cr3+) 蓝宝石蓝宝石(Ti4+, Fe2+) 黄玉黄玉 (Fe3+)Al(OH)3胶状媒染剂：胶状媒染剂：织物用织物用Al2(SO4)3溶液浸泡后，浸在溶液浸泡后，浸在Na2CO3或或Ca(OH)2溶液中片刻，产生胶状溶液中片刻，产生胶状Al(OH)3沉积在纤维上，容易吸附染料。沉积在纤维上，容易吸附染料。 aAl2O31273KAlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3离子晶体离子晶体 共价键共价键(分子晶体分子晶体)熔点低

5、，易挥发，易溶于有机溶剂熔点低，易挥发，易溶于有机溶剂 3p1 3s2 sp3 杂化杂化A lClC lC lA lC lC lCl气态时形成二聚体气态时形成二聚体Al2Cl6。AlCl3合成时用干法：合成时用干法：322AlCl(g)3ClAl2HCl3Al(OH)O(3HAlCl323水或潮湿空气AlCl3的激烈水解：的激烈水解：湿法只能制得湿法只能制得AlCl36H2OA12O32SiO22H2O (粘土粘土) + 3H2SO4A12(SO4)3 + 2H4SiO4 + H2OA12(SO4)318H2O 无色针状结晶无色针状结晶, A12(SO4)3白色粉末白色粉末. A12(SO4)

6、3易与碱金属易与碱金属(除锂除锂)、NH4+和和Ag+的硫酸盐结合形成矾，的硫酸盐结合形成矾， 通式为通式为MAl(SO4)212H2O ，如，如KAl(SO4)212H2O 明矾明矾 A12(SO4)3和明矾和明矾 都易溶于水，并水解，形成都易溶于水，并水解，形成Al(OH)3胶状沉胶状沉淀，吸附、絮凝淀，吸附、絮凝用作净水剂！用作净水剂！Si原因：Z / r 相似AlAlAlClClClClClClClClClClBeBeBe、Al相似性（相似性（P676） 两者都是活泼金属；两者都是活泼金属； Al、Be金属可与浓硝酸形成钝化膜；金属可与浓硝酸形成钝化膜；Al(OH)3+ OH=Al(O

7、H)4Be(OH)2 + 2OH=Be(OH)42 氢氧化物均为两性；氢氧化物均为两性； 氯化物氯化物均有共价性，在蒸气中两分子缔合。均有共价性，在蒸气中两分子缔合。 Al3+、Be2+盐均易水解，且有许多高价阴离子盐难溶。盐均易水解，且有许多高价阴离子盐难溶。 BeO和和Al2O3都具有高熔点、高硬度；都具有高熔点、高硬度；21-3 锗分族锗分族 Ge：银白色金属，金刚石结构；：银白色金属，金刚石结构； Sn: 灰锡灰锡 白锡白锡(常见，延展性较好常见，延展性较好) 脆锡脆锡 434K Pb: 银白色金属，质软、密度大银白色金属，质软、密度大(11.35 g cm-3) 。一、一、 锗、锡、

8、铅单质的物理性质锗、锡、铅单质的物理性质21-3-2 锗、锡、铅的单质锗、锡、铅的单质用途：用途：Ge 是重要的半导体材料；是重要的半导体材料；Sn被用于被用于制锡箔和作金属镀层制锡箔和作金属镀层。Pb用于制铅蓄电池、电缆、耐酸设备以及用于制铅蓄电池、电缆、耐酸设备以及X射线防护材料等。射线防护材料等。Sn和和Pb主要用于主要用于制合金制合金； 如如焊锡焊锡 67Sn(熔点熔点232)和和33Pb(熔点熔点327)， 熔点熔点450K； 青铜青铜78Cu (熔点熔点1084.5)和和22Sn (熔点熔点232) ；熔点；熔点810 (熔点低、硬度大熔点低、硬度大, 可塑性、耐磨、耐腐蚀性强可塑

9、性、耐磨、耐腐蚀性强)二、二、 锗、锡、铅单质的化学性质锗、锡、铅单质的化学性质 (P679 表表21-5) Ge Sn Pb空气空气 PbO, Pb2(OH)2CO3水水 (O2) Pb(OH)2稀稀HCl ： SnCl2 (慢慢) PbCl2 浓浓HCl ： SnCl2 H2PbCl4稀稀H2SO4 ： PbSO4 浓浓H2SO4 ： Ge(SO4)2; 热热Sn(SO4)2； 热热Pb(HSO4)2 稀稀HNO3： ; Sn(NO3)2 ; Pb(NO3)2浓浓HNO3 : xGeO2yH2O ; xSnO2yH2O ; Pb(NO3)2 NaOH: Na2GeO3+ H2 ; Na2S

10、nO2 + H2 ; NaPb(OH)3 + H2 规规律律 Ge不与不与非氧化性酸非氧化性酸反应，与反应，与氧化性酸氧化性酸反应生成反应生成Ge(IV) ； Sn与与非氧化性酸非氧化性酸生成生成Sn(II)，与与氧化性酸氧化性酸生成生成Sn(IV)； Pb与酸反应生成与酸反应生成Pb(II)。21-3-3 锗、锡、铅的化合物锗、锡、铅的化合物稳定性：稳定性： Sn(II)还原性还原性 Pb(IV)氧化性氧化性GeO (黑色黑色) GeO2 (白色白色)SnO (黑，两性偏碱黑，两性偏碱) SnO2(白，难溶于酸或碱白，难溶于酸或碱) PbO (黄，两性偏碱黄，两性偏碱) PbO2 (棕黑，两

11、性偏酸棕黑，两性偏酸) 1. 氧化物氧化物 Ge(OH)2(白色白色) Ge(OH)4(棕色棕色)Sn(OH)2(白色白色) Sn(OH)4(白色白色) Pb(OH)2(白色白色) Pb(OH)4(棕色棕色) 高价体现氧化性，高价体现氧化性， 低价体现还原性低价体现还原性2. 氢氧化物氢氧化物3. Sn和和Pb的卤化物的卤化物 (P684表表21-7)SnCl4 (无色液体无色液体) SnCl2(固态固态) 水解性水解性 SnCl2 + H2O = Sn(OH)Cl(白色白色) + HCl (潮湿空气中水解而发烟潮湿空气中水解而发烟)还原性还原性 SnCl2 (少量少量) + HgCl2 =

12、SnCl4 + Hg2Cl2 (白色白色) SnCl2 (过量过量) + Hg2Cl2 = SnCl4 + Hg (黑色黑色) 常用来检验常用来检验Hg2+ 和和 Sn2+。 SnCl2溶液配制溶液配制：先将：先将SnCl2固体溶解在少量浓盐酸，再加水稀释固体溶解在少量浓盐酸，再加水稀释(防水防水 解解)；且在溶液中加少量；且在溶液中加少量Sn粒粒(防氧化防氧化)。PbCl2 溶于热水溶于热水, 溶于浓盐酸，溶于浓盐酸，PbCl2 + 2HClH2PbCl4PbCl4 制取：制取：PbO2 + 2HCl(浓浓) PbCl4(易分解易分解) PbCl2+ Cl2 PbI2 溶于沸水溶于沸水, 溶

13、于溶于KI溶液：溶液：PbI2 + 2KI K2Pbl4PbI4卤化物卤化物MX2 离子型离子型 熔点较高熔点较高MX4 共价型共价型 熔点低，熔点低， 易挥发或升华易挥发或升华易水解，易与卤离子配位易水解，易与卤离子配位4. 锗、锡、铅的硫化物锗、锡、铅的硫化物 GeS2SnS2PbS2 状态状态白色固体白色固体黄色固体黄色固体能溶的试剂能溶的试剂 Na2S Na2S GeSSnSPbS 状态状态红色固体红色固体棕色固体棕色固体黑色固体黑色固体能溶的试剂能溶的试剂 (NH4)2Sx (NH4)2Sx 稀稀HNO3SnS + (NH4)2S2 (aq) = (NH4)2SnS3(aq) 硫代锡

14、酸铵硫代锡酸铵PbS + 4HCl(浓浓) H2PbCl4 + H2S3PbS + 8HNO3 (稀稀) 3Pb(NO3)2 + 3S + 2NO + 4H2OSnS2 + (NH4)2S (aq) = (NH4)2SnS3 (aq) 硫代锡酸铵硫代锡酸铵5. Pb(II)的含氧酸盐的含氧酸盐 P686 表表21-9 含氧酸盐含氧酸盐性状性状主要用途主要用途易易溶溶于于水水的的Pb(NO3)2无色晶体。无色晶体。制铅的其它化合物制铅的其它化合物Pb(Ac)2 3H2O 无色晶体无色晶体(铅糖铅糖) 有毒有毒难难溶溶于于水水的的PbSO4白色晶体白色晶体制白色油漆制白色油漆PbCO3 白色晶体白

15、色晶体俗名铅白俗名铅白, 有毒。有毒。制防锈油漆和陶瓷制防锈油漆和陶瓷PbCrO4亮黄色晶体。有毒亮黄色晶体。有毒铬黄的主要成分铬黄的主要成分21-4-1 锑、铋的单质锑、铋的单质 (了解了解) 1）存在：主要以硫化物矿存在。）存在：主要以硫化物矿存在。 2）制备：将硫化物煅烧为氧化物，再用）制备：将硫化物煅烧为氧化物，再用C还原。还原。 Sb4O6 + 6C 4Sb + 6CO Bi2O3 + 6C 2Bi + 3CO3）单质的化学性质：）单质的化学性质：SbBiO2SX2M2O3M2S3MX3H2SO4(热浓热浓)HNO3Sb2(SO4)3Bi2(SO4)3Sb2O5 xH2OBi(NO3

16、)31、氧化物和氢氧化物、氧化物和氢氧化物lSb4O6又称锑白，优良的白色颜料，其遮盖力略次于钛白，与锌又称锑白，优良的白色颜料，其遮盖力略次于钛白，与锌钡白相近。广泛用于搪瓷、颜料、油漆、防火织物等制造行业。钡白相近。广泛用于搪瓷、颜料、油漆、防火织物等制造行业。锑锑铋铋+IIISb4O6Sb(OH)3两性偏碱性两性偏碱性Bi2O3Bi(OH)3弱碱性弱碱性+VSb2O5HSb(OH)6两性偏酸性两性偏酸性锑、铋氧化物及其氢氧化物的酸碱性锑、铋氧化物及其氢氧化物的酸碱性21-4-2 锑和铋的化合物锑和铋的化合物SbCl3 + 2H2O SbOCl (氯化氧锑氯化氧锑) + H2O + 2HCl BiCl3 + 2H2O BiOCl (氯化氧铋氯化氧铋) + H2O + 2HCl按按As、Sb、Bi顺序，水解程度减弱顺序，水解程度减弱, 碱性增强。碱性增强。2.三卤化物在溶液中强烈水解三卤化物在溶液中强烈水解3、硫化物、硫化物硫化物硫化物As2S3As2S5Sb2S3Sb2S5Bi2S3颜色颜色黄色黄色黄色黄色橙红橙红橙红橙红棕黑棕黑在浓在浓HCl中中不溶不溶不溶不溶溶溶溶溶*溶溶在在NaOH中中溶溶溶溶溶溶溶溶不溶不溶在在Na2S和和(NH4)2S中中溶溶易溶易溶溶溶易溶易溶不溶不溶Na2Sx溶溶不溶不溶溶溶不溶不溶不溶不溶As(III)、