安徽化学竞赛无机21第21章p区金属共51页ppt课件

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1、无机化学无机化学第第2121章章 p p区金属区金属21-1 p区金属概述区金属概述 包括包括1010种金属：种金属：IIIA IIIA：AlAl、GaGa、InIn、TlTl、IVAIVA：Ge Ge、SnSn、PbPb VA VA：SbSb、BiBi、PoPo 重点掌握：重点掌握：1 1AlAl、SbSb、SnSn、PbPb、BiBi的单质及其化的单质及其化合物的性质；合物的性质；2 2同族元素的周期变化规律。同族元素的周期变化规律。第第3 3主族元素的根本性质主族元素的根本性质第第4 4主族元素的根本性质主族元素的根本性质第第5 5主族元素的根本性质主族元素的根本性质p区金属元素通性区金

2、属元素通性 它们的价电子构型为它们的价电子构型为ns2np1-4，内层饱，内层饱和；和；常有两种氧化态，且相差为常有两种氧化态，且相差为2；p区同族元素从上到下低氧化态的化合物区同族元素从上到下低氧化态的化合物稳定性逐渐加强，高氧化态的化合物稳稳定性逐渐加强，高氧化态的化合物稳定性逐渐减弱。定性逐渐减弱。低氧化态化合物中部分离子性强。低氧化态化合物中部分离子性强。高氧化态化合物中多数为共价化合物。高氧化态化合物中多数为共价化合物。大多数的盐在水中极易水解。大多数的盐在水中极易水解。21-2 21-2 铝铝 镓分族镓分族 铝及镓分族元素的一些化合物有缺电子性。铝及镓分族元素的一些化合物有缺电子性

3、。常见氧化态为常见氧化态为+I+I，+III+III。Tl Tl的的+I+I化合物稳定。化合物稳定。+III+III化合物有很强的共价性化合物有很强的共价性一、铝及其化合物一、铝及其化合物1.单质铝的冶炼及性质单质铝的冶炼及性质铝的冶炼：铝的冶炼：Al2O3s+2NaOH+2H2O=2NaAl(OH)42NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3+NaCO3+H2O 2Al(OH)3=Al2O3+3H2O Al2O3=4Al+3O2铝的性质铝的性质(1)铝的亲氧性铝的亲氧性 4Al+3O2=2Al2O3 rHm=-3339 kJ/mol 铝热复原法铝热复原法,利用这热量来焊接钢轨利用这热量来焊

4、接钢轨.(2)铝的两性铝的两性 2Al+6HCl=2AlCl3+3H22Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)4-+3H2高纯铝高纯铝(99.95%)不与普通的酸作用不与普通的酸作用,只溶于只溶于王水王水.2.铝的氧化物及其水合物铝的氧化物及其水合物 Al2O3是白色难溶于水的粉末。它的主是白色难溶于水的粉末。它的主要变体有要变体有-型型Al2O3和和-型型Al2O3。自然界中以结晶形状存在的自然界中以结晶形状存在的-型型Al2O3称为刚玉。刚玉的熔点高，硬度仅次于称为刚玉。刚玉的熔点高，硬度仅次于金刚石。金刚石。刚玉中由于含有不同的杂质而有不同的刚玉中由于含有不同的杂质而有不同的颜色。颜色

5、。含微量含微量Cr3+时，刚玉呈红色时，刚玉呈红色红宝红宝石石 含微量含微量Fe3+时，刚玉呈蓝色时，刚玉呈蓝色蓝宝蓝宝石石红宝石红宝石(Cr3+)蓝宝石蓝宝石(Fe3+，Cr3+)黄玉黄玉/黄晶黄晶(Fe3+)-型型Al2O3和和-型型Al2O3性质比较性质比较 -型型Al2O3 -型型Al2O3与酸作用与酸作用 不与酸反响不与酸反响 与酸反响与酸反响与碱作用与碱作用 不与碱反响不与碱反响 与碱反响与碱反响特特 性性 具有耐腐蚀性具有耐腐蚀性 具有良好的具有良好的 及绝缘性好及绝缘性好 吸附才干和吸附才干和 催化活性催化活性Al2O3+6H+=2Al3+3H2OAl2O3+2OH-+3H2O

6、=2Al(OH)4-氢氧化铝氢氧化铝 两性：两性：Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O Al(OH)3+OH-=Al(OH)4-+2H2O 结晶的氢氧化铝与无定形的水合氧化铝结晶的氢氧化铝与无定形的水合氧化铝不同不同,它难溶于酸它难溶于酸.3.铝盐和铝酸盐铝盐和铝酸盐1 1铝盐水解铝盐水解:Al(OH)4-Al(OH)3+OH-Al(OH)3+OH-2Al3+3CO32-+xH2OAl2O3 xH2O+3CO32-Al(H2O)63+H2OAl(H2O)5(OH)2+H3+O2几种重要的盐几种重要的盐 卤化物卤化物AlCl3 构造构造Al2Cl6：AlAlClClClClClClAlClA

7、lClClClCl118oCl206pm221pmAl3s 3psp3杂化杂化sp3Cl3s 3p氯桥键为三中心四电子键氯桥键为三中心四电子键了解硫酸铝和明矾的性质了解硫酸铝和明矾的性质Al3+的鉴定：的鉴定：在氨碱性条件下，参与茜素，生成红色沉在氨碱性条件下，参与茜素，生成红色沉淀淀Al3+3NH3.H2OAl(OH)3+3NH4+Al(OH)3+3C14H5O2(OH)2(茜素茜素)Al(C14H7O4)3(红色红色)+3 H2O+O/3Al 3+AlOOHOSO3NaOSO3NaOOHOHNH3H2O浓(红色)Al3+Al3+的鉴定的鉴定(方法方法2 2取取Al3+溶液，参与溶液，参与N

8、H4Ac溶液使溶液接近溶液使溶液接近中性。然后加中性。然后加12滴铝试剂，搅匀微热，滴铝试剂，搅匀微热，有红色沉淀生成即示有有红色沉淀生成即示有Al3+。Al/3NH4+1/3 Al3+HOCOONH4HOCOONH4COCOONH4HOCOONH4HOCOONH4COCOO二、周期表中的对角线关系二、周期表中的对角线关系1.Li与与Mg元素的类似性元素的类似性2.Be与与Al元素的类似性元素的类似性三、镓分族三、镓分族1.Ga的熔点低的熔点低302.Tl+I稳定稳定 Tl+HNO3TlNO3+NO+H2O Tl2O3+HCl TlCl+Cl2 21-3 锗锗 分分 族族一、锗、锡、铅的存在和

9、冶炼一、锗、锡、铅的存在和冶炼 GeO2+2H2=Ge+2H2O SnO2+C=Sn+2CO PbO+C=Pb+CO PbS+Fe=Pb+FeS二、锗、锡、铅的单质二、锗、锡、铅的单质1.锗、锡、铅的物理性质及用途锗、锡、铅的物理性质及用途锗、锡、铅的物理性质锗、锡、铅的物理性质13 oC161 oC灰锡灰锡锡锡白锡白锡(锡锡)脆锡脆锡灰锡为粉末状，所以锡制品长期处于低温而灰锡为粉末状，所以锡制品长期处于低温而自行毁坏，这种景象称为锡疫。自行毁坏，这种景象称为锡疫。2.锗、锡、铅的化学性质锗、锡、铅的化学性质 锗分族元素的电势图锗分族元素的电势图锗、锡、铅的主要化学性质锗、锡、铅的主要化学性质

10、锗的性质锗的性质 性质不活泼性质不活泼 与浓硫酸和浓硝酸反响生成与浓硫酸和浓硝酸反响生成Ge(IV)化合物化合物 Ge+4H2SO4(浓浓)=Ge(SO4)2+2SO2+4H2O Ge+4HNO3(浓浓)=GeO2H2O+4NO2+H2O 与硅类似与硅类似,与强碱反响与强碱反响 Ge+2OH-+H2O=GeO32-+2H2锡的性质锡的性质 比锗活泼比锗活泼 能与稀酸缓慢作用能与稀酸缓慢作用,生成生成Sn(II)的化合物的化合物 Sn+2HCl=SnCl2+H2 4Sn+10HNO3=4Sn(NO3)2+NH4NO3+3H2O 与热的与热的HCl,H2SO4,HNO3反响反响,Sn+2HCl(浓

11、浓)=SnCl2+H2 Sn+4H2SO4(浓浓)=Sn(SO4)2+2SO2+4H2O Sn+4HNO3(浓浓)=SnO2H2O+4NO2+H2O铅的性质铅的性质 比锡活泼比锡活泼 与空气中氧反响与空气中氧反响 2Pb+O2+2H2O=2Pb(OH)2 铅可被一切的酸侵蚀而构成难溶盐铅可被一切的酸侵蚀而构成难溶盐 与热浓与热浓HCl,浓浓H2SO4,生成生成Pb(II)盐盐 Pb+4HCl(热热,浓浓)=H2PbCl4+H2 Pb+3H2SO4(热热,浓浓)=Pb(HSO4)2+SO2+2H2O 2Pb+O2=2PbO;PbO+2HAc=Pb(Ac)2+H2O 3Pb+8HNO3(稀稀)=3

12、Pb(NO3)2+2NO+4H2O三、锗、锡、铅的化合物三、锗、锡、铅的化合物1.氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化物氧化物：氧化物：SnO(白白色色)SnO2(黑黑色色)PbO(黄红黄红色色)PbO2(棕棕黑色黑色)酸性加强酸性加强碱性加强碱性加强酸性加强酸性加强碱性加强碱性加强两性偏碱两性偏碱两性偏酸两性偏酸锡的氧化物锡的氧化物:重要的是重要的是SnO2SnO2+2NaOH=Na2SnO3+H2O铅的氧化物铅的氧化物:PbO,PbO2,Pb3O4PbO与与HAc和和HNO3反响生成相应盐反响生成相应盐PbO2的氧化性和酸性的氧化性和酸性PbO2+2NaOH(热热)=Na2PbO3+H2OPbO

13、2+4HCl=PbCl2+Cl2+2H2O2PbO2+2H2SO4=PbSO4+O2+2H2O5PbO2+2Mn2+4H+=5Pb2+2MnO4-+2H2OPb3O4+4HNO3=PbO2+2Pb(NO3)2+2H2OPbO2PbO2在工业上主要用于制造蓄电池在工业上主要用于制造蓄电池 放电放电原电池原电池 负极：负极：Pb+SO42-2e-=PbSO4 正极：正极：PbO2+SO42-+2H+2e-=PbSO4+2H2O 总反响：总反响：Pb+PbO2+H2SO4=2PbSO4+2H2O 充电充电电解池电解池 阳极：阳极：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+2H+阴极：阴极：

14、PbSO4+2e-=Pb+SO42-总反响：总反响：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+H2SO4氢氧化物氢氧化物 M(OH)2的酸碱两性的酸碱两性 M(OH)2+2HCl=MCl2+2H2O(M=Sn,Pb)Sn(OH)2+2NaOH=Na2Sn(OH)4 Pb(OH)2+NaOH=NaPb(OH)3Sn(OH)4(白色白色)Pb(OH)4(棕棕色色)Sn(OH)2(白色白色)Pb(OH)2(白白色色)碱性加强碱性加强酸性加强酸性加强碱性加强碱性加强酸性加强酸性加强Sn(OH)42-在碱性介质中具有强复原性在碱性介质中具有强复原性Sn(OH)62-+2e-=Sn(OH)42-+2OH-=

15、-0.93V3Na2Sn(OH)4+2BiCl3+6NaOH=2Bi(黑色黑色)+3Na2Sn(OH)6+6NaCl Sn(II)和和Bi(III)的鉴定反响的鉴定反响锡酸锡酸Sn(OH)4-锡酸锡酸:Sn(IV)盐在低温下水解或与碱反响盐在低温下水解或与碱反响得到得到.能溶于酸和碱能溶于酸和碱-锡酸锡酸:-锡酸的五聚体锡酸的五聚体.在酸中的溶解度视在酸中的溶解度视条件而定条件而定-锡酸放置久了变成锡酸放置久了变成-锡酸锡酸卤化物卤化物 四卤化物四卤化物 二卤化物二卤化物 MX4 MX2 具有共价化合物特征具有共价化合物特征 离子化合物离子化合物 熔点低熔点低,易升华易升华 熔点较高熔点较高二

16、氯化锡二氯化锡 SnCl2 易水解易水解 SnCl2+H2O=Sn(OH)Cl+HCl 留意留意:配制配制SnCl2溶液时应溶液时应(1)加加HCl防止防止水解水解(2)加加Sn粒粒,防止防止Sn2+被氧化被氧化 Sn2+离子的鉴定离子的鉴定:2HgCl2(过过量量)+SnCl2=SnCl4+Hg2Cl2(白白)Hg2Cl2+SnCl2=SnCl4+Hg(黑黑)第第2题题(6分分)以下各实验中需用浓以下各实验中需用浓HCl而不能用稀而不能用稀HCl溶液，写出反响方程式并阐明理由。溶液，写出反响方程式并阐明理由。(09年初年初赛赛2-1 配制配制SnCl2溶液时，将溶液时，将SnCl2(s)溶于

17、浓溶于浓HCl后后再加水冲稀。再加水冲稀。SnCl2+2HCl=SnCl42-+2H+浓浓HCl的作用是构成的作用是构成SnCl42-，可防止，可防止Sn(OH)Cl的构成，抑制的构成，抑制SnCl2水解。水解。考点考点金属离子的水解性；金属离子的水解性；平衡挪动。平衡挪动。SnCl2+H2O=Sn(OH)Cl+HCl二氯化铅二氯化铅PbCl2PbCl2难溶于冷水难溶于冷水,易溶于热水易溶于热水.溶于盐酸中溶于盐酸中:PbCl2+2HCl=H2PbCl4 PbI2+2KI=K2PbI4 PbI2为黄色丝状有亮光的沉淀为黄色丝状有亮光的沉淀,难溶于冷难溶于冷水水,易溶于沸水易溶于沸水Pb2+离子

18、的鉴定离子的鉴定:Pb2+CrO42-=PbCrO4黄色黄色PbCrO4为黄色颜料，称为铬黄为黄色颜料，称为铬黄 这一反响用来鉴定这一反响用来鉴定Pb2+和和CrO42-离子离子3.硫化物硫化物 硫化物硫化物 GeS2 SnS2 PbS2 状状 态态 白色固体白色固体 黄色固体黄色固体 不存不存在在 能溶试剂能溶试剂 Na2S Na2S 硫化物硫化物 GeS SnS PbS 状状 态态 红色固体红色固体 棕色固体棕色固体 黑色固黑色固体体 能溶试剂能溶试剂 (NH4)2Sx (NH4)2Sx 稀稀HNO3复原性减弱复原性减弱酸性减弱酸性减弱硫化物性质硫化物性质:(1)它们不溶于水和稀酸它们不溶

19、于水和稀酸.与氧化物一样与氧化物一样,高高氧化态的硫化物显酸性氧化态的硫化物显酸性,低氧化态的硫化低氧化态的硫化物显碱性物显碱性(2)SnS2与碱金属硫化物或硫化胺反响与碱金属硫化物或硫化胺反响 SnS2+S2-=SnS32-(3)SnS具有复原型具有复原型,与多硫化物反响与多硫化物反响 SnS+S22-=SnS32-+S 硫代酸盐不稳定硫代酸盐不稳定 SnS32-+2H+=SnS2+H2S利用上述反响分别鉴定利用上述反响分别鉴定Sn(II)和和Sn(IV)(4)PbS不溶于稀酸和碱金属硫化物不溶于稀酸和碱金属硫化物,但可溶但可溶于稀硝酸和浓盐酸于稀硝酸和浓盐酸 3PbS+8H+2NO3-=3

20、Pb2+3S+2NO+4H2O PbS+HCl(浓浓)=PbCl42-+H2S+2H+可溶性可溶性Pb2+盐盐:Pb(Ac)2铅糖铅糖 Pb(NO3)221-4 21-4 锑和铋锑和铋 价电子构型价电子构型:ns2np3 主要的氧化态主要的氧化态:+III,+V 化合物的键型化合物的键型:大部分是共价型大部分是共价型 全是共价型全是共价型 N P As(砷砷)Sb(锑锑)Bi(铋铋)典型的非金属典型的非金属金属金属准金属准金属砷分族砷分族一、锑、铋的单质一、锑、铋的单质 凝固时，铋的体积膨胀凝固时，铋的体积膨胀 铋在原子反响堆中常作为冷却剂，由于铋在原子反响堆中常作为冷却剂，由于它的熔点它的熔

21、点544K和沸点和沸点1743K相相差很大。差很大。AsSbBi硫化物矿：硫化物矿：雌黄雌黄 雄黄雄黄 辉锑矿辉锑矿 辉铋矿辉铋矿32324432SBiSSbSAsSAs单质制备：硫化物单质制备：硫化物 氧化物氧化物 M 硫化物硫化物 M煅烧CFe与与IIIAIIIA的的GaGa、InIn化合化合 半导体资料；半导体资料；武德合金武德合金BiBi、PbPb、SnSn、CdCd熔点低，作保险丝；熔点低，作保险丝；Pb-BiPb-Bi合金添加硬度，作子弹、轴承。合金添加硬度，作子弹、轴承。1.氢化物氢化物 AsH3 SbH3 BiH3熔沸点升高熔沸点升高稳定性降低，复原性加强稳定性降低，复原性加强

22、碱性减弱碱性减弱二、锑、铋的化合物二、锑、铋的化合物2、氧化物及其水合物、氧化物及其水合物 氧化物氧化物M2O3和和M2O5As2O5As2O5为白色；为白色；Sb2O5Sb2O5为淡黄色；为淡黄色；Bi2O5Bi2O5为红棕色，极不稳为红棕色，极不稳定定 氧化物的水合物氧化物的水合物H3AsO3 Sb(OH)3 Bi(OH)3仅存在于溶液中仅存在于溶液中 白色难溶白色难溶 白色难溶白色难溶两性偏酸两性偏酸 两性两性 弱碱性弱碱性H3AsO4 HSb(OH)6中强酸中强酸 两性偏酸两性偏酸碱性加强碱性加强碱性加强碱性加强酸性加强酸性加强酸性加强酸性加强M()M()的复原性的复原性 AsO33-

23、+I2+2OH-AsO43-+2I-+H2O(pH:49)Sb(OH)4-+Cl2+Na+2OH-NaSb(OH)6 (白白色色)+2Cl-Bi(OH)3+Cl2+3NaOH NaBiO3(土黄土黄色色)+2NaCl+3H2O H3AsO3 Sb(OH)3 Bi(OH)3 复原性依次减弱复原性依次减弱M()M()的氧化性的氧化性 H3AsO4+2I-+2H+H3AsO3+I2+H2O(强酸性强酸性)NaSb(OH)6+2I-+6H+I2+Sb3+6H2O+Na+NaBiO3+2Mn2+14H+2MnO4-+5Bi3+7H2O+5Na+利用这一反响鉴定利用这一反响鉴定Mn2+离子离子 H3AsO

24、4 Sb(OH)6-NaBiO3 氧化性依次加强氧化性依次加强卤化物卤化物MX3 MX5 稳定性稳定性:MX3 MX5 化学性质：化学性质：剧烈的水解性：剧烈的水解性：MCl3+H2O MOCl+2HCl (M=Sb,Bi)配合性：配合性：AsCl5+SbCl5+Cl2=AsCl4+SbCl6-氧化性：氧化性：MX5具有强氧化性，具有强氧化性，MX3 具有一定的具有一定的氧化性氧化性硫化物硫化物与酸、碱的反响与酸、碱的反响 与碱反响与碱反响 Sb2S3+6OH-=SbO33-+SbS33-+3H2O 4Sb2S5+24OH-=3SbO43-+3SbS43-+12H2O 与酸反响与酸反响 Sb2S3+6H+12Cl-=2SbCl63-+H2S Bi2S3+6H+=2Bi3+3H2S 与硫化物反响与硫化物反响 Sb2S3+3S2-=2SbS33-Sb2S5+3S2-=2SbS43-Sb2S3Sb2S3的复原性的复原性与多硫化物反响与多硫化物反响 Sb2S3+3S22-=2SbS43-+S硫代酸盐不稳定硫代酸盐不稳定 2 SbS33-+6H+=Sb2S3+3H2S2 SbS43-+6H+=Sb2S5+3H2S完完