题目 第十七章 p区金属

1、题目： 第十七章 p区金属 教学要求 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.教学重点 1铝的氧化物、氢氧化物、铝盐、铝酸盐的性质。 2Pb的氧化物、氢氧化物、卤化物的性质。 3. 周期表中的对角线关系, 惰性电子对效应. 教学难点 惰性电子对效应, Ge、Sn、Pb、Sb、Bi的氢氧化物的性质。 教学方法 讲授教学时数 6学时主要内容 1p区金属概述。 2单质铝的性质及冶炼，铝的氧化物、氢氧化物、铝盐、铝酸盐的性质。 3Ge、Sn、Pb的冶炼、

2、单质的性质、氧化物、氢氧化物、卤化物的性质。 4锑和铋的氧化物、氢氧化物、卤化物、硫化物的性质。教学内容 17-1 p区金属概论 p区共有十种金属: Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi和Po；其中Po为放射性元素。 p区同族金属元素从上到下元素的金属性逐渐增强。Tl、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。 p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。 17-2 铝 镓分族 17-2-1 铝及其化合物 一、铝的冶炼及其性质 1.铝的存在：硅铝酸盐，铝土矿，冰晶石。 2.铝的冶炼

3、从铝土矿（Al2O3· 2H2O）出发制取金属铝，一般要经过Al2O3的纯制和Al2O3的熔融电解两步。 3 . 铝的性质 （1）物理性质: 银白色，延展性、导电性、导热性较好 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。 （2）化学性质： 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 + O2 - Al2O3 Al+TiO2+C - Al2O3 TiC (高温陶瓷) 铝的两性 铝既能溶于稀盐酸和稀硫酸中，也易溶于强碱中： 与酸反应： Al + H+ - Al3+ + H2 Al+H2SO4(浓热) = Al2S

4、O4+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。 与强碱反应: 2Al + OH- + 6 H2O =2Al(OH)4- + 3H2 二、铝的氧化物及其水合物 1氧化铝： - Al2O3 ：硬度大，不溶于水、酸、碱。 自然界存在的刚玉为Al2O3。它也可以由金属铝在氧气中燃烧或者灼烧氢氧化铝和某些铝盐(硝酸铝、硫酸铝)而得到。Al2O3晶体属六方紧密堆积构型，氧原子按六方紧密堆积方式排列，6个氧原子围成一个八而体，在整个晶体中有23的八面体孔穴为A1原子所占据。由于这种紧密堆积结构，加上而体小A13+离子与O2-离子之间的吸引力强，晶格能

5、大，所以A12O3 的熔点(2288±15K)和硬度(8.8)都很高的。它耐腐蚀且电绝缘性好，用作高硬度材料、研磨材料和耐火材料。 - Al2O3：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体。 A12O3，它有离子传导能力（允许Na+通过），以铝矾土为电解质制成钠-硫蓄电池。 2. 氢氧化铝 (Al(OH)3) 加氨水或碱于铝盐溶液中，得种白色无定形凝胶沉淀。它的含水量不定，组成也不均匀，统称为水合氧化铝。无定形水合氧化铝在溶液内静置逐渐转变为结晶偏氢氧化铝AlO(OH)，温度越高，这种转变越快。若在铝盐中加弱酸盐碳酸钠或醋酸钠，加热，则有偏氢氧化铝与无定形水合氧化铝同时生成。只有在

6、铝酸盐溶液中通入CO2，才能得到真正的氢氧化铝白色沉淀，称为正氢氧化铝。 两性： Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + OH- = Al(OH)4- 在碱性溶液中存在Al(OH)4- 、Al(OH)63- 简便书写为AlO2- 特殊反应：2Al(OH)3 +12HF+3Na2CO3 =2 Na3AlF6+9H2O+3CO2 三、铝盐和铝酸盐 1. 铝盐和的铝酸盐水解 A1(H2O)63+在水中解离，而使溶液显酸性： Al(H2O)63+ + H2OAl(H2O)5OH2+H3O+Al(H2O)5OH2+还将逐级解离。因为Al(OH)3是难溶的弱碱，一些弱酸

7、(如碳酸、氢硫酸、氢氰酸等)的铝盐在水中几乎全部或大部分水解。所以弱酸的铝盐Al2S3及A12(CO3)2等不能用湿法制取。（弱酸盐双水解） 铝酸盐水解使溶液显碱性，水解反应式如下： A1(OH)4-=A1(OH)3+OH-在这溶液中通人二氧化碳，将促近水解的进行而得到真正的氢氧化铝沉淀。工业上利用这反应从铝土矿制取纯A1(OH)3和A12O3。 2. 铝的卤化物 潮湿空气中的AlCl3，遇NH3生成NH4Cl。 AlF3 （AlCl3 AlBr3 AlI3）离子键 共价键离子晶体 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。因为A1Cl3为缺电子分子，铝倾向于接受电子对形

8、成sp3杂化轨道。两个AlCl3分子间发生ClA1的电子对授予而配位，形成A12Cl6分子。A12Br6和A12I6在结构和性质上与A12Cl6相似。在这种分子中有氯桥键（三中心四电子键），与乙硼烷桥式结构形式上相似，便本质上不同。当A12Cl6溶于水时，它立即解离为水合铝离子和氯离子并强烈地水解。A1Cl3还容易与电子给予体形成配离子和加合物。这一性质使它成为有机合成中常用的催化剂。（3）硫酸铝和明矾无水硫酸铝A12(SO4)3为白色粉末。从水溶液中得到的为A12(SO4)318H2O，它是无色针状结晶。将纯A1(OH)3溶于热的浓硫酸或者用硫酸直接处理铝土矿或粘土；都可以制得A12(SO4

9、)3。A12O3SiO2H2O+3H2SO4A12(SO4)3+2H4SiO4+H2O硫酸铝易形成矾，其通式为MAl(SO4)2·12H2O (M K+、Rb+、Cs+、NH4+或Ag)。硫酸铝钾KAl(SO4)2·12H2O叫做铝钾矾，俗称明矾，它是无色晶体。在矾的分子结构中，有6个水分子与铝离子配位，形成水合铝离子，余下的为晶格中的水分子，它们在水合铝离子与阴离硫酸根离子之间形成氢键。A12(SO4)3或明矾都易溶于水并且水解，它们的水解过程与三氯化铝的相同，产物也是从一些碱式盐到氢氧化铝胶状沉淀。由于这些水解产物胶粒的吸附作用和铝离子的凝聚作用，A12(SO4)3和明

10、矾已用于净水剂。铝离能引起神经元退化，若人脑组织中铝离子浓度过大会出现早衰性痴呆症。17-2-2 周期表中的对角线关系周期表相邻两族位于从左上到右下的对角线上的元素有许多相似之处。因为处于对角线上的元素，具有相近的离子势Z/r和电负性，对于相同的阴离子具有相似的极化能力，因而表现出相似的化学性质。 例：铝和铍的相似性： 1两者部是活泼金属，它们的电极电势值很相近，0（Be2+Be）-1.85伏、0（A13+/Al）-1.706伏)。在空气中，均形成致密的氧化物保护层而不易被腐蚀，与酸的作用也比较缓慢，都为浓硝酸所钝化。 2两者那是两性元素，氢氧化物也属两性。 3两都氧化物的熔点和硬度都很高。

11、4两者都是共价型的卤化物。它们的卤化物都是路易酸，易与电子给予体形成配合物或加合物；本身则通过桥键形成聚合分子（这两种聚合分子的结构是不同的）。 5铍盐、铝盐都易水解。 6Be2C象A14C3与水反应而生成甲烷： Be2C+4H2O2Be(OH)2+CH4 Al3C4+12H2O4A1(OH)3+3CH4 尽管Al和Be有许多相似的化学性质，仅两者在人体内的生理作用极不相同。人体能容纳相当大量的铝，却不能有一点铍，吸入少量的BeO就有致命的危险。 17-3 锗分族 一、 锗、锡、铅单质的性质 1 锗、锡、铅单质的物理性质 颜色：锗：银白色; 铅:：暗灰色; 锡：白色或灰色 常见氧化态： +IV

12、、+II +IV 氧化态稳定性是：Ge>Sn>Pb +II 氧化态稳定性是：Ge<Sn<<Pb 2锗、锡、铅的化学性质 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。这三种金属在高温下能与氧反应而生成氧化物。 2Pb+O2+2H2O2Pb(OH)22）与酸的反应 Sn+2HCl(浓) SnCl2+H2 Pb+2HClPbCl2+ H2 (反应不易发生) Pb+4HCl(浓) H2PbCl4+H2 Pb+H2SO4(稀) = PbSO4+H2(反应不易发生) Pb+3H2SO4(浓) = Pb(HSO4)2+SO2+2H2O Sn+4HN

13、O3(浓) = H2SnO3+4NO2+H2O 4Sn(过量)+10HNO3(冷稀) = 4Sn(NO3)2 +NH4NO3 +3H2O 3Pb+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。 总而言之：（1）Ge不与非氧化性酸作用；（2）Sn与非氧化性酸反应生成Sn(II)化合物；（3）Ge和Sn与氧化性酸反应生成Ge(IV)、Sn(IV)化合物；（4）Pb与酸反应得Pb(II)化合物。 由上可知，铅并不是不与酸反应，而是由于产物难溶，使它不能继续与酸反应。因为铅有此特性，所以化工厂或实验空常用它作耐酸

14、反应器的衬里和制贮存或输送酸液的管道设备。 二、 锗、锡、铅的化合物 1氧化物 锗、锡、铅有MO2和MO两类氧化物。MO2都是共价型、两性偏酸性的化合物。MO也是两性的，但碱性略强。这些氧化物都是不溶于水的固体。（1）锡的氧化物 二氧化锡(SnO2)( 通常难溶于酸或碱)。 SnO2+2NaOH（熔融） Na2SnO3+H2O SnO2+2Na2CO3+4SNa2SnS3+Na2SO4+2CO2 二氧化锡: 非整比化合物，n型半导体。 用于制造半导体气敏元件(H2、CO、CH4) 还用于制不透明的玻璃、珐琅和陶瓷。 （2）铅的氧化物 氧化铅 三氧化二铅 四氧化三铅 二氧化铅 颜色：橙黄色 橙色

15、 鲜红色 棕黑色 俗名：(密陀僧) 无 铅丹 无 分子式：(PbO) (Pb2O3) (Pb3O4) PbO2 黑色固体 黑色固体 黄或黄红色固体 GeO 两性 SnO 两性略偏碱性 PbO 两性偏碱性 白色固体 白色固体 棕黑色固体 GeO2 弱酸性 SnO2 二氧化铅：两性化合物，但酸性大于碱性,为强氧化剂。 PbO2+2NaOH+2H2O=Na2Pb(OH)6 2Mn(NO3)2+5PbO2+6HNO3=2hMnO4+5Pb(NO3)2+2H2O PbO2+ 4HClPbCl2+C12 +2H2O 2 PbO2+2H2SO4=2PbSO4+O2+2H2O 四氧化三铅Pb3O4：红色的粉末

16、, 俗称“铅丹”或“红丹”。在它的晶体中既有Pb(IV)又有Pb(II)，化学式可以写为2PbOPbO2。但根据其结构它应属于铅酸盐，所以化学式是Pb2PbO4。 Pb3O4+ 4HNO3=PbO2+ 2Pb（NO3）2+2H2O 这个反应比说明了在Pb3O4的晶体中有2/3的Pb（II）和1/3的Pb(IV)。 铅丹用于制铅玻璃和钢材上用的油漆。因为它有氧化性，涂在钢材上有利于钢铁表面的钝化，其防锈蚀效果好，所以被大量地用于油漆船舶和桥梁钢架。 将PbO2加热，它金逐步转变为铅的低氧化态氧化物： PbO2 563-593K Pb2O3 633-693K Pb3O4 803-823K PbO

17、2氢氧化物 常见的是Sn(OH)2和Pb(OH)2。Sn(OH)2既溶于酸又溶于强碱： Sn(OH)2+2HClSnCl2+2H2O Sn(OH)2+2NaOHNa2Sn(OH)4 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+6NaOH2Bi+3Na2SnO3+6NaCl+3H2O Pb(OH)2也具有两性： Pb(OH)2+2HCl=PbCl2+2H2O Pb(OH)2+NaOH=NaPb(OH)3 若将Pb(OH)2在373K脱水，得到红色PbO；如果加热温度低则得到黄色的PbO。

18、 3. 卤化物 (1)氯化亚锡SnCl2，它是生产上和化学实验中常用的还原剂。 HgCl2+SnCl2 Hg2Cl2(白色)+SnCl4 Hg2Cl2+SnCl2 Hg(黑色)+SnCl4 此反应很灵敏，常用来检验Hg2+和Sn2+的存在。 SnCl2易水解，配制SnCl2溶液时，先将SnCl2固体溶解在少量浓盐酸中再稀释。为防止Sn2+氧化，常在新配制的SnCl2溶液中加少量金属Sn。 SnCl2+H2O Sn(OH)Cl(白色)+HCl (2)PbCl2难溶于冷水,易溶于热水,也能溶解于盐酸中。 PbCl2+2HClH2PbCl4 PbI2为黄色丝状有亮光的沉淀，易溶于沸水，或因生成配合物

19、而溶解于KI的溶液中。 PbI2+2KIK2Pbl4 上表中每格内，第一行为状态, 第二行为熔点，第三行为沸点。 17-4 锑、铋 锑有灰、黄、黑三种同素异性体，而铋没有。 锑、铋元素以游离态存在于自然界中，但主要以硫化物矿存在。例如辉锑矿(Sb2S3)、辉铋矿(Bi2S3)等。我国锑的蕴藏量占世界第一位。 常温下锑、铋在水和空气中比较稳定,在高温时能和氧、硫、卤素反应, 产物一般是三价。锑在冶金中可制造合金。锡、铅、锑三者的合金可用于铸件、活字中，铅锑合金可用于铅蓄电池。锑也用于半导体工业中。铋可制低熔合金，用于自动关闭器和活字合金中 一、氢化物 锑、铋都能生成氢化物MH3，这些氢化物都是强

20、还原剂, 但有毒, 易分解,不稳定。 二、氧化物及其水合物 锑、铋的氧化物主要有两种形式，即+III氧化态的Sb4O6 、 Sb2O3和+V氧化态的Sb4O10 和Bi2O5。Sb2O3又称锑白，是优良的白色颜料，是许多塑料的理想阻燃烧剂成分。Bi2O3是碱性氧化物，只溶于酸生成相应的铋盐。 锑、铋氧化物及其水合物的酸碱性 三、卤化物 锑、铋的所有三卤化物均已制得，而已知的五卤化物只有SbF5、SbCl5和BiF5三种。 锑、铋的三卤化物在溶液中都会强烈地水解，因为它们相应氧化物的水合物不是弱酸便是弱碱。 MCl3+H2O MOCl+2HCl 锑和铋的卤化物水解后生成难溶的锑和铋的酰基盐。所以，配制这类溶液时必须用盐酸溶解。 四、硫化物 锑、铋的M3+盐溶液中或用强酸酸化的MO33-、MO43-液中通入H2S都可得到相应的硫化物沉淀。 砷分族硫化物的酸碱性与相应的