铜族和锌族元素庞PPT课件

1、本章要求.掌握铜、银、锌、汞单质的性质和用途。.掌握铜、银、锌、汞的氧化物、氢氧化 物及其重要盐类的性质。.掌握Cu()、Cu()、Hg()、Hg()之 间的相互转化。.掌握A和B；A和B族元素的性质对比。第1页/共84页1-1 铜族元素的通性铜族元素虽能形成与碱金属相同的+1氧化态的化合物，但它们却很少相似。碱金属在周期表中是最活泼的金属，尤其是铯、而铜族金属是不活泼的，且由CuAgAu活泼性递减。金是很 惰性的金属。铜族位于周期系的IB族，包括铜、银、金三种元素。第2页/共84页一、电子层结构和元素氧化态 铜、银、金三个元素，每一个元素都有+1、+2和+3三种氧化数。最常见的氧化数：铜为+

2、2、银为+1、金为+3。Cu2O、CuO、KCuO2(铜酸钾)、AgNO3、AgF2、AgIAgO2等。而碱金属主要氧化态是+1。铜族：(n-1)s2 (n-1)p6 (n-1)d10 ns1碱金属： (n-1)s2 (n-1)p6 ns1第3页/共84页原因是IB族的ns电子和次外层(n-1)d电子能量相差不大，在与其他元素化合时，不仅ns电子能参加反应，(n-1)d电子也能依反应条件的不同，可以部分参加反应，即表现出不同的氧化态。二、成键特征可以形成离子键它们的电离能不是很大，与变形性小电负性大的原子成键时，可以失去电子形成离子键CuSO4AgNO3AgF第4页/共84页由于18电子结构的

3、离子具有很强的极化力和明显的变形性，所以铜族元素一方面易形成共价化合物，另一方面由于它们离子的d、s、p轨道能量相差不大，能级较低的空轨道较多，所以铜族元素容易形成配合物。Cu(NH3)42+Cu2I2 AgIAuCl3容易形成共价键和配位键第5页/共84页 Cu Ag Au原子量 63.5 107.9 197.0价电子 3d104s1 4d105s1 5d106s1主要氧化态 +1，+2 +1 +1，+3原子金属半径/pm 127.8 144.4 144.2 第一电离势(kJmol-1) 750 735 895 第二电离势(kJmol-1) 1970 2083 1987M+水合热(kJmol

4、-1) -582 -486 -644M2+离子水合热(kJmol-1) -2121 升华热(kJmol-1) 340 285 385电负性 1.9 1.93 2.54表20-1 铜族元素的基本性质虽然铜的第二电离势较大，但铜的二价离子水合热的负值更大，因此铜在水溶液中的稳定价态是2同周期元素比较，铜族元素的原子半径比碱金属原子小得多。三、基本性质第6页/共84页化学活泼性远小于碱金属；从上到下，金属活泼性递减；与碱金属的变化规律相反。四、标准电极电势第7页/共84页同周期元素核电荷：碱金属 铜族由于上述两种因素, 加上18电子层结构对核的屏蔽效应比8电子结构小得多，使铜族元素的有效核电荷较大，

5、对最外层s电子的吸引力比碱金属强。因此，与同周期的碱金属相比，铜族元素的第一电离势较高；标准电极电势的数值为正值；单质的熔沸点固体密度及硬度等均比碱金属的高，所以铜族元素的金属活泼性远小于碱金属。变化规律是：自上而下活泼性递减。这与主族元素的变化是不同的。五、性质变化特点第8页/共84页辉铜矿1-2 金属单质一、存在和冶炼1.存在闪银矿(Ag2S)银 矿主要以游态存在，岩脉金矿，冲积金金矿硫化物矿：辉铜矿(Cu2S), 黄铜矿(CuFeS2), 斑铜矿(Cu2FeS4)氧化物矿：赤铜矿(Cu2O), 孔雀石(CuCO3Cu(OH)2)。铜 矿黄铜矿斑铜矿赤铜矿孔雀石闪银矿黄金第9页/共84页铜

6、矿石富集沸腾炉焙烧反射炉制冰铜转炉制粗铜电解精炼铜的冶炼富集用浮选法923-1073K1773-1823K高温吹入空气2.金属冶炼第10页/共84页有关的冶炼反应焙烧： 2CuFeS2O2 = Cu2S2FeSSO2制冰铜： 2FeS3O2 = 2FeO2SO2 FeOSiO2 =FeSiO3 mCu2SnFeS =Cu2SnFeS （冰铜）制粗铜： 2Cu2S3O2 = 2Cu2O2SO2 2Cu2OCu2S = 6CuSO2电解精炼 阳极（粗铜）： CuCu2+2e 阴极（纯铜）： Cu2+2eCu电解反应 Cu（粗铜）=Cu（纯铜）比铜活泼的金属杂质溶解于溶液中比铜不活泼的金属杂质沉于阳

7、极泥中第11页/共84页浸取：4Au8NaCN2H2OO24NaAu(CN)24NaOH 4Ag8NaCN2H2OO24NaAg(CN)24NaOH Ag2S4NaCN2NaAg(CN)2Na2S还原：2NaAu(CN)2Zn2AuNa2Zn(CN)4 2NaAg(CN)2Zn2AgNa2Zn(CN)4淘金法银 Ag 金Au湿法冶炼Ag和AuNaCN溶液浸取矿物往浸取液中加放锌粉还原锌粉有关反应：第12页/共84页三种金属的标准电极电势都在氢之下，它们不溶于稀盐酸及稀硫酸中。但当有空气或配位剂存在时，铜能溶于稀酸和浓盐酸：二、单质性质和用途2Cu+8HCl（浓）2H3CuCl4+H2 2Cu+

8、2H2SO4+O22CuSO4+2H2O第13页/共84页铜在常温下不与干燥空气中的氧化合，加热时能产生黑色的氧化铜。银、金在加热时也不与空气中的氧化合。在潮湿的空气中放久后铜的表面会慢慢生成一层铜绿。2Cu+O2+H2O+CO2Cu（OH） Cu（OH）2CuCO3银、金则不发生这个反应。铜、银能和H2S、S反应：4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O金则不能。第14页/共84页 铜与银很容易溶解在硝酸或热的浓硫酸中，而金只能溶于王水中。这时，硝酸作为氧化剂，盐酸作为配位剂：Cu+2H2SO4（浓）= CuSO4+SO2+2H2O3Ag+4HNO3=3AgNO3+NO+2H2OAu+4

9、HCl+HNO3HAuCl4+NO+2H2O第15页/共84页近日，瑞士一家珠宝公司与MP3厂商合作推出一款全部机身（包括耳机在内）全部由24K黄金包裹的特别版MP3播放器，它由某品牌MP3播放器MP-400改制，在容量上也达到了目前市场上袖珍型闪存MP3的最高容量，1GB。 第16页/共84页1-3 主要化合物一、铜的化合物1.氧化物Cu2O氧化亚铜CuO氧化铜Cu在空气中加热在氧气中燃烧1273K高温下稳定性:Cu2O CuO均难溶于水第17页/共84页在0.1 M CuSO4中加入6M NaOH至生成沉淀刚好溶解完，然后加入乙醛溶液1ml，加热。现象：溶液生成红色沉淀医生用此法可检验糖尿

10、病溶液中Cu2O的制备Cu2+4OH-Cu(OH)42-2Cu(OH)42-+CH2OH(CHOH)4CHOCu2O+4OH- +CH2OH(CHOH)4COOH2H2O第18页/共84页Cu2O是红色固体，不溶于水，溶于稀酸时岐化析出铜单质，溶于氨水生成不稳定的无色配合物，容易氧化为蓝色氨合物，对热稳定。4Cu(NH3)2+8NH3H2OO2 4Cu(NH3)42+蓝色4OH-6H2OCu2O性质Cu2OH2SO4 Cu2SO4H2OCu2SO4 CuSO4CuCu2OH2SO4 CuSO4Cu +H2OCu2O4NH3H2O=2Cu(NH3)2+无色2OH-3H2O第19页/共84页醋酸二

11、氨合铜()是可溶性配合物，合成氨工业常用它来吸收对催化剂有毒的CO气体：Cu(NH3)2AcCONH3 Cu(NH3)3AcCO加压降温2.卤化物 CuCl CuBr CuI CuF2 CuCl2 CuBr2 颜色 白 白 白 白 黄氯 棕黑溶解性 不溶 不溶 不溶 微溶 溶 溶第20页/共84页制 备卤化亚铜由+2价铜盐还原制备Cu2+4I-2CuII2生成的I2可用硫代硫酸钠除去：I22S2O32-2I-S4O62-2CuCl2SO22H2O2CuClH2SO42HCl或：CuCuCl26HCl(浓)=2H3CuCl4（也存在配位数为2和3的配合物）2H3CuCl4= 2CuCl6HCl稀

12、释第21页/共84页想一想:用此法能否制得碘化铜?为什么?氧化铜或氢氧化铜与氢卤酸反应可得到卤化铜。Cu(OH)2+2HCl=CuCl2+2H2OCuO+2HCl=CuCl2+H2O解释见P348第22页/共84页卤化铜的性质4Cu(NH3)2+8NH3H2OO2 4Cu(NH3)42+ 4OH-6H2O无水盐强热分解为氯化亚铜：2CuCl2=2CuClCl2773KCuCl2NH3H2O=Cu(NH3)2+Cl-2H2O第23页/共84页Cl Cl Cl Cl Cl Cu Cu Cu CuCl Cl Cl Cl Cl在过量Cl-存在下可形成配合离子：Cu(H2O)62+蓝色4Cl-CuCl4

13、2-(黄色)6H2OCuCl2为链状共价物,溶于水、乙醇和丙酮溶液中结晶出来的氯化铜含有两个结晶水，加热分解成为碱式盐，所以无水物应在氯化氢气流中干燥 2CuCl22H2O=Cu(OH)2CuCl22HCl773K第24页/共84页铜与硫加热反应或用硫代硫酸钠还原Cu2+在Cu2+溶液中通入H2SCu2SCuS高温黑色3.硫化物2CuS=Cu2S2Cu2+2S2O32-Cu2SS2SO42-4H+Cu2+ + H2S =CuS + 2H+第25页/共84页Ksp(Cu2S)=210-47Ksp(CuS)=8.510-452CuS10CN-2Cu(CN)43(CN)2S2-硫化物均不溶于水和稀酸

14、, 可溶于硝酸或王水,也溶于氰化物3CuS8HNO33Cu(NO3)22NO3S4H2O第26页/共84页4.硫酸铜CuSO4 为蓝色, 味苦, 俗称蓝矾或苦矾,是重要的试剂和杀菌剂。铜与浓硫酸反应氧化铜或氢氧化铜与稀硫酸反应CuSO4铜与稀硫酸在充足的氧气中反应第27页/共84页CuSO45H2O的结构第28页/共84页CuSO45H2O受热失水分解第29页/共84页无水硫酸铜是白色粉末，不溶于乙醇和乙醚，具有很强的吸水性，吸水后显特征的蓝色，可利用这一性质检验乙醚、乙醇等有机溶剂中的微量水分，也可用作干燥剂。硫酸铜在水溶液中会发生水解而显酸性：2CuSO4+H2O Cu2(OH)SO4+

15、+HSO4-因此配制硫酸铜溶液必须加酸抑制水解。第30页/共84页硫酸铜的用途工业农业电镀、电池、印染、染色木材保存、制颜料等制“波尔多”溶液，用于杀虫灭菌，加入贮水池中可防止藻类生长波尔多液配方：CuSO45H2O：CaO：H2O=1：1：100第31页/共84页加硫酸铜的游泳池第32页/共84页5.铜配合物一价铜配合物一般是无色的,配位数为2-4, 卤素、氨的配合物稳定性较差，但四氰合铜()非常稳定。Cu(CN)43-CuCl42-Cu(H2O)42+2CuS+10CN- =2Cu(CN)43- +2S2- + (CN)2Cu(OH)42-第33页/共84页Cu(NH3)42+由于Cu2+

16、离子的轨道未占满电子, 因而它比Cu+更容易形成配合物, 并且呈现较深的颜色。它的配位数为4 。纤维素纤维素溶液水或酸铜氨溶液可溶解纤维素第34页/共84页6.铜()铜()的相互转化根据铜的电极电势可知, 在溶液中，Cu+总是要发生岐化。因此一价铜化合物只存在于较稳定的配合物中或者是存在于难溶物中。Cu电极电势 0.158V 0.522VE(A) Cu2+ Cu+ Cu 0.34V -第35页/共84页在高温下，由于铜的第一电离势较低，第二电离势很大，所以容易形成一价铜的化合物，如在高温下可发生下列反应：4CuO2Cu2OO22CuCl2=2CuCl+Cl22CuBr2 =2CuBr+Br22

17、CuS=Cu2S +S第36页/共84页想一想:CuSO4溶液过一会后开始有什么现象?加入过量NaCN溶液有什么变化?加入NaCN溶液最终产物是什么?生成棕黄色的Cu(CN)2最终产物是无色的Na3Cu(CN)4棕黄色沉淀很快分解为白色CuCN并放出(CN)2气体第37页/共84页二、银的化合物1.氧化银AgNO3AgOH白Ag2CO3白Ag2O暗棕色NaOHNa2CO3-H2O-CO2极不稳定第38页/共84页有关反应：AgNO3 + NaOH =AgOH +NaNO32AgOH =Ag2O + H2O2AgNO3+ Na2CO3=Ag2CO3 +2NaNO3Ag2CO3 =Ag2O + C

18、O2 第39页/共84页Ag2O的性质Ag2O极易溶于硝酸或氨水溶液生成硝酸盐或银氨离子。氧化银不溶于水,呈暗棕色,由于它的生成热很小,很不稳定,容易被还原为金属银2Ag2O=4AgO2573K Ag2OCO2AgCO2Ag2OH2O22AgH2OO2第40页/共84页2.硝酸银制备3Ag4HNO3(稀)3AgNO3NO2H2O或: Ag2HNO3(浓)AgNO3NO2H2O想一想：为了充分利用硝酸，应当采用浓硝酸还是稀硝酸？硝酸银是实验室最常用的可溶性银盐第41页/共84页提纯AgNO3Cu2(NO3)2AgNO3CuO473K沉淀CuO滤液AgNO3溶解过滤纯AgNO3重结晶713K2Ag

19、NO3=2Ag2NO2O2原理473K2Cu(NO3)2=2CuO4NO2O2步骤第42页/共84页2AgNO3 =2Ag + 2NO2 + O2硝酸银见光受热会分解，因此必须保存于棕色瓶和避光阴凉处固体AgNO3或其溶液都是强氧化剂,即使在室温下,许多有机物都能将它还原成黑色银粉。如AgNO3遇到蛋白质即生成黑色蛋白银, 所以皮肤或布与它接触都会变黑。EA0 （Ag+/Ag） = 0.779V第43页/共84页10%的硝酸银溶液尖医药上作消毒剂。大量的硝酸银用于制造照相底片上的卤化银。非常重要的化学试剂AgNO3第44页/共84页3.卤化银Ag2O + 2HF =2AgF + H2O制 备A

20、g+X-AgClAgBrAgI+白浅黄黄AgF是离子晶体,易溶于水,其它卤化物均不溶于水,随卤离子的半径增大溶解度变小, 颜色加深。这是由于阴阳离子的相互极化作用引起的。第45页/共84页AgBr=AgBr光感光潜影定影显 影卤化银的感光性卤化银大量用于制感光材料，从胶片到相片的过程可表示如下图所示第46页/共84页显影剂是一种还原剂，如对苯二酚，反应如下：HOOH + 2AgBr =2Ag + O=O + 2HBr经过显影后，随着银的生成，逐渐显出影像定影剂的主要成分是硫代硫酸钠，多余的卤化银在定影剂中被溶解掉，以保证影片清晰，反应如下：AgBr2S2O32-Ag(S2O3)23-Br-第4

21、7页/共84页4.银的配合物Ag(CN)2-Ag(NH3)2+Ag(S2S3)23-AgCl2-4.51051.71071.610131.01021银氨溶液用于进行银镜反应2Ag(NH3)2+ RCHO + 2OH- =RCOONH4 +2Ag + 3NH3 + H2OAg(S2S3)23-用于做定影液, Ag(CN)2-用于湿法提银和电镀。K稳:第48页/共84页5.银的常见难溶盐Ag2S(黑色) Ksp1.610-49 Ag2CrO4(红色) Ksp910-12 AgI(黄色) Ksp1.510-16Ag2SO4（白色） Ksp1.610-5大部分的银盐都是难溶盐，Ag2S最难溶利用难溶盐

22、的颜色可以进行各种阴离子的鉴定分析上用铬酸盐作为硝酸银滴定氯离子的终点指示剂第49页/共84页第二节 锌族元素2-1 锌族元素的通性一、基本性质 Zn Cd Hg原子量 65.39 112.41 200.59价电子 3d104s2 4d105s2 5d106s2主要氧化态 +2 +2 +1，+2原子共价半径/pm 125 148 149 第一电离势(kJmol-1) 915 873 1013 第二电离势(kJmol-1) 1743 1641 1820M2+水合热(kJmol-1) -2054 -1816 -1833升华热(kJmol-1) 101 112 62电负性 1.65 1.69 2.0

23、0它们的离子水合热特别大，所以+2氧化数是本族元素特征氧化数第50页/共84页由于18电子层结构对原子核的屏蔽效应比8电子结构小得多，因此锌族元素的有效核电荷较大，对外层S电子的吸引力比碱土金属强。与同周期的碱土金属比较，原子和离子半径都较小，电负性和电离势较大，因而活泼性较低。本族元素比铜族元素活泼，自上而下活泼性递减。第51页/共84页二、成键特征M2+锌族离子1、18电子构型极化作用强，易形成共价 键。(n-1)d102、容易进行SP3杂化，形成四面体构型配 合物。3、除Hg可以形成+1氧化数外，Zn和Cd 只有+2氧化数，Hg的+1价态化合物实 际上是以-Hg-Hg-双聚离子存在。4、

24、18电子构型的离子或配合物一般是无 色的。第52页/共84页2-2 金属单质一、存在和冶炼.主要矿物闪锌矿ZnS菱锌矿ZnCO3晨砂HgS镉矿常与锌矿共存闪锌矿菱锌矿辰砂第53页/共84页矿物富集精矿焙烧热还原粗锌精馏提纯火法炼锌2ZnS+3O2=2ZnO+SO22CO2= 2COZnOCO=ZnCO2.冶炼有关反应：第54页/共84页HgSO2=HgSO2HgS+4CaO=4Hg+3CaS+CaSO4晨砂与空气或氧化钙共热可得到金属汞用蒸馏的方法可使汞分离出来。第55页/共84页二、性质和用途、物理性质表： 锌、镉、汞的物理性质它们的熔沸点低，汞是所有金属中熔点最低的金属，本族元素密度以汞的

25、最大。第56页/共84页汞 Hg汞蒸气有毒！使用要注意防止其掉落在地板上汞要在水底下保存。第57页/共84页黄铜Cu-Zn容易形成合金汞齐Hg-M不仅锌族元素之间容易形成合金，它们还容易与其他金属形成合金。但铁族金属不形成汞齐，可用铁制容器盛水银。“齐”是我国古代对合金的称呼第58页/共84页 Zn、Cd是电镀的原料 锌大量用于制造黄铜、白铁皮等合金。 锌用于制造干电池。汞用于制造温度计、压力计、太阳灯等 锌是人体不可缺少的微量元素。 锌也是植物生长的微量元素。 用 途第59页/共84页.化学性质1.与非金属的反应在加热的条件下，锌族元素可与O2、S、X2等非金属反应ZnCdHg+O2SX2M

26、OMSMX2本族元素中，化学活泼性最强的是锌，最不活泼的是汞，镉的化学性质类似于锌，主要反应表现为：第60页/共84页4Zn+2O2+3H2O+CO2 = ZnCO33Zn(OH)2汞与硫在常温下就能发生反应，这是由于它们的接触面大，另外就是汞与硫的亲和力强。常温下，镉和汞不与空气反应，锌的表面可形成保护层：第61页/共84页2.与酸碱反应Zn+2H+=Zn2+H2Zn+2OH-+2H2O=Zn(OH)2-+H2锌为两性金属，在稀酸或稀碱中反应生成氢气：Cd与浓酸反应放出氢气：Cd + 2HCl(浓) =CdCl2 + H2 Hg不与浓酸反应，但与硝酸反应第62页/共84页3Hg8HNO3 =

27、3Hg(NO3)22NO4H2O想一想:锌和铝都是两性金属, 都具有银白色, 如何用化学方法区别它们?锌和铝都是两性的一个区别是锌可溶于氨水，铝则不溶Hg(NO3)2HgHg2(NO3)2若汞过量，则生成硝酸亚汞：Cd和Hg都不溶于碱Zn4NH32H2O=Zn(NH3)42+2OH-H2第63页/共84页2-3 锌族元素的主要化合物一、氧化物和氢氧化物制 备Zn2+2OH-Zn(OH)2(白)Cd2+2OH-Cd(OH)2(白)Hg2+2OH-HgO(黄)H2O氢氧化汞极不稳定，常温下立即分解为氧化物。第64页/共84页ZnO白色 CdO棕灰色HgO红色或黄色锌和镉的氧化物可由碳酸盐热分解得到

28、，也可由氢氧化物热分解得到：M(OH)2 = MOH2O MCO3 = MOCO2 M=Zn、Cd第65页/共84页化学性质ZnO + 2OH- +H2O = Zn(OH)42-ZnO和Zn(OH)2两性Zn(OH)2 +2H+ =Zn2+ + 2H2OCd(OH)2 + 2H+ =Cd2+ +2H2O Cd(OH)2和CdO弱碱性CdO + 2H+ =Cd2+ + H2O第66页/共84页HgO + HNO3 =Hg(NO3)2 + H2OM(OH)24NH3M(NH3)42+2OH- (MZn, Cd)HgO弱碱性它们都可溶于有关配合剂溶液中。如氢氧化锌和氢氧化镉可溶解于氨水溶液中：第67

29、页/共84页二、硫化物Ksp 1.210-23 3.6 10-29 3.5 10-52溶于稀酸 溶于浓酸不溶于浓酸和硝酸, 但溶于王水和Na2SZnS白CdS黄HgS黑利用硫化物的溶解差别可进行离子的分离和鉴定第68页/共84页3HgS12HCl2HNO33H2HgCl43S2NO4H2O锌钡白颜料ZnSBaSO4镉黄颜料CdS优良颜料，经久不变色ZnS晶体是制作荧光粉的主要原料HgS+Na2S =Na2HgS2第69页/共84页三、氯化物锌氧化锌碳酸锌氯化锌ZnCl2+盐酸制干电池防腐剂焊药水有机反应催化剂氯化汞HgCl2氯化亚汞Hg2Cl2第70页/共84页氯化锌溶于水，乙醇，乙醚。由氧化

30、锌或碳酸锌溶于盐酸中得到。它在水溶液中水解呈酸性： 无水氯化锌是溶解度最大的固体盐（333克/100克水，283K）由于它吸水性很强，又可用于作去水剂。FeO+2HZnCl2(OH)=FeZnCl2(OH)2+H2OZnCl2H2OHZnCl2(OH)它能溶解金属氧化物：第71页/共84页氯化汞HgCl2白色针状晶体微溶于水有剧毒共价分子：Cl-Hg-Cl熔点低、易升华，故俗名“升汞”主要化学性质HgCl2 HgCl+Cl- K13.210-7在溶液中发生微弱电离：HgCl+ Hg2+Cl- K21.810-7第72页/共84页HgCl22NH3Hg(NH2)ClNH4Cl此反应可用于二价汞盐

31、的鉴别Hg2Cl2+SnCl2=2Hg(黑)+SnCl4这是又一种检验汞盐的方法与氨水反应生成白色氯化氨基汞沉淀：与SnCl2反应：HgCl2+SnCl2=Hg2Cl2(白)+SnCl4第73页/共84页氯化亚汞Hg2Cl2是一种不溶于水的白色粉末,无毒, 味略甜,俗称“甘汞”甘汞医药上用作轻泻剂, 化学上常用作甘汞电极在亚汞化合物中，汞是以双聚体Hg22+的形式出现，氧化数为+1+Hg:Hg+两个Hg+以共价键结合,所以汞的共价数是2第74页/共84页无色或白色, 多数微溶于水,和Hg2+离子不同, 亚汞离子一般不形成配合物Hg2Cl2+2NH3=Hg(NH2)Cl+Hg+NH4Cl亚汞盐的性质与氨水反应氯化亚汞在氨水中立刻歧化为白色的氨基氯化汞和黑色的汞，此反应可用于区分Hg2+和Hg22+ 第75页/共84页四、Hg22+与Hg2+的相互转化电极电势图E(A) ： 0.