高中化学-锡Sn和铅Pb的金属性谁更强

高中化学--锡Sn和铅Pb的金属性谁更强1.地壳中硅元素质量分数很大（26%），且单质硅的性质很稳定，可地壳中却不存在单质硅。这是为什么？对于这个问题，我们可以做这样的猜测：地球氛围是氧化性的，大气中存在大量的O2单质，而硅元素是一种亲氧元素（矿物学中，根据常见矿物的组成把元素分为“亲硫元素”和“亲氧元素”），在漫长的地球发育过程中，地壳里的硅元素全部被氧结合掉，形成了硅氧四面体为结构基础的石英或各种硅酸盐矿物。科学研究发现，人工制得的单晶硅表面总是被一薄层二氧化硅覆盖着，这也说明硅很容易跟空气中的氧气化合。但这一层二氧化硅非常致密，一旦在硅表面上形成就隔绝了硅与空气进一步接触，因而单质硅在空气中能稳定存在。2.同为第IVA族元素，为什么碳、硅、锗、锡的+4价化合物稳定而铅却是+2价化合物稳定？首先我们注意到，碳族元素都有+2、+4两种正化合价（氧化数），这与它们原子价电子结构ns2np2有关。s亚层跟p亚层电子本身的能量不同，在不同反应条件下，原子可以只失去（偏离）np2的2个电子显+2价，也可能把最外层的4个价电子全部失去（偏离）显+4价。对于碳、硅、锗、锡来说，由于其最外层的ns、np亚层电子能量差较小，在反应中容易全部失去（偏离），所以在氧化剂充足的情况下，一般是显+4价。虽然在氧化剂不足时也可以形成+2价态化合物（如CO、SnCl2等），但是+2价态化合物往往具有较强的还原性。而铅处于第六周期，其原子核外已出现4f亚层，按核外电子排布的能级交错规律与能量最低原理，核外电子进入原子轨道时，要先填6s再填4f，之后才填充6p亚层，致使6s、6p亚层电子之间能量差较大且6s的一对电子能量突出地低，不易失去（称“惰性电子对”），故铅主要稳定氧化数是+2而非+4，+4价铅的化合物具有强氧化性，如PbO2。这种低价态较稳定而高价态具有强氧化性的情况，同样表现在与铅同周期的Tl（+1价稳定而+3价化合物具有强氧化性）、Bi（+3价化合物稳定而+5价化合物具有强氧化性）等元素身上。3.锡和铅的金属性到底哪一个强？学习元素周期律时，细心的同学提出了如下问题：根据元素周期律，同主族元素从上到下，金属性增强，铅的金属性应该比锡强。但在金属活动顺序表中，锡却排在铅的前边，说明锡比铅活泼。对此应该如何理解呢？关于这个问题，有人试图用“金属性”与“金属活动性”两个概念的不同来解释这个问题，说什么“金属性是铅比锡强，而金属活动性则是锡比铅强”，果然如此吗？元素的金属性是指元素的气态原子失去电子的性质，可以用电离能（从气态原子上去掉电子时，需要提供的能量，用符号“I”表示）来量度，电离能越小，则元素的金属性越强。查阅有关的化学数据可知，锡的第一电离能（I1，即从气态锡原子上去掉1mol电子时，需要吸收的能量。下同）为709kJ·mol-1，而铅的第一电离能为716kJ·mol-1，故锡应该比铅容易失去电子，其金属性比铅强。当然，锡和铅在化学反应中往往同时失去2个电子。我们不妨把它们的I1、I2合在一起比较：锡：I1+I2=709kJ·mol-1+1412kJ·mol-1=2121kJ·mol-1铅：I1+I2=716kJ·mol-1+1450kJ·mol-1=2166kJ·mol-1显然，同时去掉2个电子，也是锡比铅容易。金属活动性则是指金属在水溶液中失去电子的倾向。金属活动性除了与元素原子的电离能有关外，还与金属原子的升华能、离子的水合能的大小等因素有关。金属活动性通常用金属的标准电极电位（φ0）来量度。φ0值越低，则金属单质的还原性就越强。金属活动顺序表就是以此为依据编写的。查得锡和铅在相同情况下的φ0A值（“φA”中的“A”，表示该电极电位是酸性条件下的值）如下：φ0A（Sn2+/Sn）=-0.14V；φ0A（Pb2+/Pb）=-0.126V。显然，在水溶液中也是锡的还原性强。所以，无论金属性还是金属活动性，都是锡比铅强。那种“金属性是铅的强，而金属活动性则是锡的强”之类的说法，是为了刻意解释教科书而臆造出来的，没有科学依据。为什么会出现“锡在铅的上方，其金属性却比铅强”这种“违反”同一主族元素性质递变规律（从上到下金属性增强）的事呢？其实，这是元素周期表中“镧系收缩”造成的效应之一。因为铅位于周期表中第六周期，第六周期元素比第五周期多出了镧系中镧后的14种元素，虽然镧系的15种元素间原子半径比较接近，性质也很相似，但15种元素的原子半径连续减小的结果，使镧系后边元素的原子半径比镧系前的元素显著地减小。这种效应，叫做“镧系收缩”，对镧系后的元素性质产生了很大的影响。元素表现出的金属性、非金属性都是核电荷数和原子半径这两个因素共同作用的结果。而这两个因素是一对矛盾：对于从上到下的同一主族元素，一方面，核电荷数增大，使核对最外层电子的吸引力增强（对应的，应该是金属性减弱、非金属性增强）；而另一方面，原子半径增大，使原子核距最外层电子越来越远，对最外层电子的吸引力减弱（对应的，应该是金属性增强、非金属性减弱）。对于大多数族的元素来说，是原子半径的增大这一因素起主导作用，故有“同一主族元素，从上到下金属性增强，非金属性减弱”的结论。但是因为铅受“镧系收缩”的影响，原子半径相对较小，故从锡到铅，原子半径的增大所起的作用（使原子失电子能力增强）减弱，而核电荷数增大（增大了32）所起的作用（使原子核对最外层电子