第二十一章p区金属.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二十一章 P区金属,IA,IIA,IIIA,IVA,VA,VIA,VIIA,VIIIA,2,Li,Be,B,C,N,O,F,Ne,3,Na,Mg,Al,Si,P,S,Cl,Ar,4,K,Ca,Ga,Ge,As,Se,Br,Kr,5,Rb,Sr,In,Sn,Sb,Te,I,Xe,6,Cs,Ba,Tl,Pb,Bi,Po,At,Rn,7,Fr,Ra,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。,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、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,。,铝族元素的熔点,以镓的最低，但,它的沸点却很高,这两分族元素中以铝的密,度最小，铊和铅的最大,元素的自然存在和基本性质,元素 丰度 主要矿物,铝 8.05 铝矾土矿(不纯的水合三氧化二铝),镓 0.0019,主要存在于铝矾土矿中,镓和锗 也存在于煤矿中,所以烟道灰是提取它们的原料之一。,铟 2.510,-5,主要存在于闪锌矿中,铊 110,-4,主要存在于长石、云母和闪锌矿中,锗 1.410,-4,存在于硅酸盐矿硫化物矿和煤矿中，在烟道灰中的含量是煤中的1001000倍,锡 2.510,-4,锡石矿(SnO,2,)、硫化物矿,铅,0.0016 硫化铅矿、白铅矿和硫酸铅矿,铝的丰度居于,第三位，在金,属中居于首位,21-2 铝族元素,原子成键特征:,ns,2,np,1,共价特点,缺电子特点,最高氧化数+3,Cl,Al,Cl,Cl,Cl,Al,Cl,Cl,铝族元素的原子为缺电子原子，与硼类似，在铝和镓的化合物中同样表现出缺电子特点。而随原子半径的增大，铟铊逐渐过渡为金属性质。,Al,2,Cl,6,中的氯桥键,铝是优良的导电体，镓和铟是制半导体的重要材料。,少数表现离子性,铝是活泼金属，它的离子有很高的水合能，因此不能从水溶液中提取这个金属。但从干态的化合物制备铝又需要更活泼的金属如钠作还原剂，在经济上和操作上都是不利的。近代工业是用电解熔融氧化物的方法制备金属铝。,加入冰晶石做助熔剂。,金属铝的冶炼,熔融金属铝,铁槽阴极,石墨阳极,电解金属铝示意图,从铝矾土矿(Al,2,O,3,)冶炼金属铝的步骤:,碱溶铝矾土矿,通CO,2,于滤,液析出Al(OH),3,过滤,纯氧化铝,Al,2,O,3,冰晶石,Na,3,AlF,6,灼烧,电解混合,熔液,金属铝,Al,2,O,3,2NaOH3H,2,O2NaAl(OH),4,2NaAl(OH),4,+CO,2,2Al(OH),3,+Na,2,CO,3,+H,2,O,Al(OH),3,=Al,2,O,3,+H,2,O,灼烧,2Al,2,O,3,=4Al（阴极）+3O,2,（阳极）,电解,P区元素的性质,概述：,Al、Ga、In、Tl,与非金属反应，易形成氧化物、硫化物、卤化物。,2M(s)+3X,2,=2MX,3,(s),4M(s)+3O,2,(g)=2M,2,O,3,(s),2M(s)+3S(l)=M,2,S,3,(s),铝族元素,易溶于稀酸和碱液中。,反应如下:,2M(s)+6H,+,(aq)=2M,3+,(aq)+3H,2,(g),2M(s)+2OH,-,(aq)+6H,2,O(l)=2M(OH),4,-,(aq)+3H,2,(g),M=Al，Ga,铝还与N,2,形成AlN，与碳形成Al,4,C,3。,铝族元素,在形成固态化合物时，少数为,离子型,的，大部分为,共价型,的。,卤化物：AlF,3,AlCl,3,AlBr,3,AlI,3,共价型,离子型,Why?,因为它们失去所有的价电子的电离势总和相当大。,从AlTl，随着半径的加大，化合物的共价性减弱，离子性增强。Al、Ga化合物为共价性；In、Tl化合物为离子性。,在水溶液中，+III氧化态的本族元素，电荷高，半径小，水合焓较大，很容易离子化。这些离子平常皆为配离子，它们极易发生水解作用。,通性,：,本族元素变为+III,氧化态的趋势是从铝到铊递减。,Tl,3+,离子是较强的氧化剂，很易被还原为Tl,+,离子，因此Tl,+,离子稳定。,Al,+,、Ga,+,、In,+,在水溶液中稳定性极差，很易歧化为母体金属和该金属的+III氧化态化合物。,氧化物和氢氧化物：,除了低氧化态的Tl,2,O和TlOH是碱性、易溶于水以外，其他的都是难溶于水的,两性,物质。,酸性：,Ga(OH),3,Al(OH),3,或In(OH),3,铝的亲氧性表现在：,*,铝一接触空气即形成致密的氧化膜；,*,氧化铝有很高的生成焓（,-1676 kJ/mol,）,；,*,可用做许多氧化物的还原剂，且反应放出大量的热。,铝热法,2Al+Fe,2,O,3,=Al,2,O,3,+2Fe,铝是亲氧物质，又是典型的两性元素。,铝的性质,两性表现在：金属铝、氧化铝和氢氧化铝都能与酸、碱反应：,2Al+6H,+,=2Al,3+,+3H,2,2Al+2OH,-,+6H,2,O=2Al(OH),-,4,+3H,2,单质,氧化物,Al,2,O,3,+6H,+,=2Al,3+,+3H,2,O,Al,2,O,3,+2OH,-,+3H,2,O=2Al(OH),-,4,氢氧化物,Al(OH),3,+3H,+,=Al,3+,+3H,2,O,Al(OH),3,+OH,-,=Al(OH),-,4,铝能被冷的浓H,2,SO,4,及浓、稀HNO,3,所钝化。所以常用铝桶装运浓H,2,SO,4,、浓HNO,3,。,铝能同热的浓H,2,SO,4,反应。,2Al+6H,2,SO,4,(浓)=Al,2,(SO,4,),3,+3SO,2,+6H,2,O,铝比较易溶于强碱中！,2Al+2OH,-,+6H,2,O=2Al(OH),-,4,+3H,2,还原剂铝热法,脱氧剂,制取耐高温金属陶瓷(亲氧性),4Al+3TiO,2,+3C=2Al,2,O,3,+3TiC,结构材料，导电材料,金属用途,铝是丰度最大的金属，具有延展性强，导电性能优良，密度轻，应用最广泛的金属。,金属铝用于制电缆、电线,镓、铟多用于电子工业，如作半导体材料,铝用于制日常用品,二、氧化铝和氢氧化铝,一)、三氧化二铝,-Al,2,O,3,不溶于水，也不溶于酸和碱，熔点高，硬度大，由铝和氧气燃烧或高温灼烧Al(OH),3,得到。自然界存在的,刚玉,是指这种氧化铝。,-Al2O3不溶于水，溶于酸，具有很强的吸附能力和催化活性，所以又称,活性氧化铝,，用于作吸附剂和催化剂。由氢氧化铝或铝铵矾加热分解得到。把它强热至1273K时，转变为-Al2O3。,-Al,2,O,3,具有离子传导能力，用于作钠硫蓄电池的电解质，这种电池蓄电量大，具有广阔的应用前景。,二、氢氧化铝,铝盐：Al,3+,白,水合,Al(OH),3,铝酸盐,Al(OH),4,-,白,结晶,Al(OH),3,加入氨水,通入CO,2,在铝盐中加入氨水或在铝酸盐中通入CO,2,，都可得到Al(OH),3,沉淀:,水合氢氧化铝易溶于酸，也溶于碱，加热易脱水。但结晶氢氧化铝难溶于酸，,加热到373K时也不脱水。在573K时转变为偏氢氧化铝AlOOH，灼烧得电解铝用的氧化铝,放置,偏铝酸盐,AlO(OH),氧化铝,Al,2,O,3,加热,灼烧,金属铝,电解,Al,3+,+3NH,3,+H,2,O=,Al(OH),3,+3NH,4,+,2Al(OH),4,-,+CO,2,=2Al(OH),3,+CO,3,2-,+H,2,O,氢氧化铝是,两性,化合物。,酸：,Al(OH),3,+3HNO,3,=Al(NO,3,),3,+3H,2,O,碱：,Al(OH),3,+KOH=KAl(OH),4,+2H,2,O,3H,2,O+Al,3+,Al(OH),3,Al(OH),4,-,OH,-,H,+,OH,-,H,+,氢氧化铝易溶于,酸,也易溶于,碱,：,三、铝盐和铝酸盐,金属铝Al,酸,+,铝盐,氯化铝,Al,2,Cl,6,硫酸铝,Al,2,(SO),3,硝酸铝,Al(NO,3,),3,HCl,H,2,SO,4,HNO,3,金属铝或,氧化铝,碱,+,铝酸盐,Al(OH),4,-,Al(OH),3,+,OH,-,H,+,OH,-,OH,-,H,+,金属铝、氧化铝、氢氧化铝等都表现出典型的两性。,铝盐和铝酸盐,的突出性质就,是水解性,Al(H,2,O),6,3+,+H,2,O=Al(H,2,O),5,(OH),2+,H,3,O,+,Al(H,2,O),5,(OH),2+,+H,2,O=,Al(H,2,O),4,(OH),2,+,+H,3,O,+,Al(OH),4,-,=Al(OH),3,+,OH,-,加碱或弱酸强碱盐,于铝盐溶液中,都会,促进水解完全进行,2Al,3+,+3CO,3,2-,+3H,2,O=2Al(OH),3,+3CO,2,物理性质,氟化物的熔点最高，其它的较低，这是因为氟化物为离子晶体，其他的是以共价键为主的卤化物,水溶液中析出来的氯化铝是AlCl,3,6H,2,O，由于Al,3+,的极化能力很强，不能用加热的方法使它脱水，无水盐是下列反应制备的：,高温,Al,2,O,3,3C3Cl,2,2AlCl,3,3CO,无水三氯化,铝的制备,2、几种重要的盐,（1）卤化物,AlCl,3,溶于有机溶剂或处于熔融状态时都以共价的二聚分子,Al,2,Cl,6,形式存在。,为什么?,因为,AlCl,3,为,缺电子分子,Al 倾向于用,sp,3,杂化轨道,接受电子对形成,四配位化合物,。,两个AlCl,3,分子间发生 ClAl 的电子对授予而配位，形成 Al,2,Cl,6,分子。,在这种分子中有氯桥键(三中心四电子键)，与B,2,H,6,的桥式结构形式上相似，但本质上不同。,铝原子,氯原子,118,o,79,o,Al,Al,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,221pm,206pm,当Al,2,Cl,6,溶于水中时，立即解离为Al(H,2,O),6,3+,和Cl,-,离子并强烈的水解。,AlCl,3,还容易与电子对给予体形成配离子,(,如,AlCl,4,-,Al,2,(OH),n,Cl,6-n,m,),和加合物,(,如,AlCl,3,NH,3,),。,AlCl,3,是有机合成中常用的催化剂（与,BF,3,类似）。,AlBr,3,和,AlI,3,在结构和性质上与,AlCl,3,相似。,制法：,工业上：用熔融的Al与Cl,2,反应制取无水AlCl,3,。,通Cl,2,于Al,2,O,3,和炭的混合物中制取AlCl,3。,Al,2,O,3,+3C+3 Cl,2,=2 AlCl,3,+3CO,用湿法只能制得AlCl,3,6H,2,O。,无水硫酸铝Al,2,(SO,4,),3,为白色粉末。,从水溶液中得到的为Al,2,(SO,4,),3,18H,2,O，它是无色针状结晶。,(2)硫酸铝和明矾,制法：,将纯铝溶于热的浓的H,2,SO,4,2Al(OH),3,+3H,2,SO,4,=Al,2,(SO,4,),3,+6H,2,O,用H,2,SO,4,直接处理铝土矿或粘土制得Al,2,(SO,4,),3,.,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O(粘土)+3H,2,SO,4,=,Al,2,(SO,4,),3,+2H,4,SiO,4,+H,2,O,通式：MAl(SO,4,),2,12H,2,O。,结构：6个H,2,O分子与Al,3+,配位，形Al(H,2,O),6,3+,离子；余下的为晶格中的水分子，在Al(H,2,O),6,3+,与SO,4,2-,之间形成氢键。,明矾：铝钾矾 KAl(SO,4,),2,12H,2,O，无色晶体。,硫酸铝易与碱金属（除锂外）及铵的硫酸盐可形成溶解度相对较小的复盐，称为矾。,硫酸铝或明矾易溶于水，Al,3+,在水中水解形成的碱式盐到Al(OH),3,的胶状沉淀均有吸附和凝聚作用,因此硫酸铝和明矾被用做净水剂或絮凝剂。,21-2-2 铝和铍的相似性,铝和铍有许多相似的化学性质：,原因：,在元素周期表中处于对角线位置，两者的离子势相近，,E,a,0,(Al,3+,/Al)=-1.706V E,a,0,(Be,2+,/Be)=-1.85V,。,表现：,1、两者都是活泼金属，在空气中，均形成致密的氧化膜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、两者都是两性元素，其氢氧化物也属两性。,3、两者的氧化物的熔点和硬度都很高。,4、两者都有共价型的卤化物。它们的卤化物都是路易斯酸，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。,6、Be,2,C象Al,4,C,3,，与水反应而生成甲烷：,Be,2,C +4H,2,O =2Be(OH),2,+CH,4,Al,4,C,3,+12H,2,O =4Al(OH),3,+3CH,4,21-3-1 金属的冶炼,21-3 锗 分 族,Sn的冶炼,Pb的冶炼,以锡石为原料，先焙烧，使砷和硫变成氧化物除去，然后加盐酸溶解其它金属氧化物，再以焦碳为还原剂，在高温下可制得粗锡；以氟硅酸和硫酸做电解液，经过电解可得到纯锡。,SnO,2,+C=Sn+2CO,2PbS+3O,2,=2PbO+2SO,2,PbO+C=Pb+CO,PbO+CO=Pb+CO,2,或PbS+Fe=Pb+FeS,GeS,2,3O,2,GeO,2,2SO,2,GeO,2,4HClGeCl,4,2H,2,O,GeCl,4,2H,2,OGeO,2,4HCl,GeO,2,2H,2,Ge2H,2,O,Ge的冶炼,锗分散地存在于其它矿物中,它是硫化物矿石、煤、高温冶金所得中间产物或废渣、烟道灰为原料的工厂副产物。这些原料所提供的锗通常为二氧化锗，用盐酸处理并蒸馏得四氯化锗。,将温度升至1373K，锗粉熔化，注入模中得锗锭。最后用物理方法区域熔融法来进一步提纯可以得到高纯锗。,通过精馏提纯GeCl,4,，并加水水解得到二氧化锗,然后用氢在813K923K还原,GeO,2,，得到金属粉末,锗是主要的半导体材料之一，锗半导体广泛地用于电子计算机、雷达、火箭、导弹、导航控制设备、电子通讯以及自动化设备中。,+4,氧化态稳定性是：GeSnPb,+2氧化态稳定性是：GeSnSnPb,+II 氧化态稳定性是：GeSn623K,升华,白色晶体,无色晶体1128K,1563K,Cl,无色液体,223.7K,357K,无色液体,240K,387.3K,黄色油状液体,258K,378K爆炸分解,白色粉末升华,分解为Ge和GeCI,4,白色固体,519K,925K,白色晶体,774K,1223K,Br,灰白色晶体,299.3K,459.7K,无色晶体,304K,475K,无色晶体,395K,分解,淡黄色固体488.7K,893K,白色晶体,646K,1189K,I,橙色晶体,417K,713K分解,红黄色晶体417.7K,637.7K,黄色晶体,分解真,空513K升华,橙色晶体,593K,990K,金黄色晶体675K,1227K,上表中每格内，第一行为状态,第二行为熔点，第三行为沸点。,HgCl,2,+SnCl,2,Hg,2,Cl,2,(白色)+SnCl,4,Hg,2,Cl,2,+SnCl,2,Hg(黑色)+SnCl,4,此反应很灵敏，常用来检验Hg,2+,和Sn,2+,的存在。,SnCl,2,易水解，配制SnCl,2,溶液时，先将SnCl,2,固体溶解在少量浓盐酸中再稀释。为防止Sn,2+,氧化，常在新配制的SnCl,2,溶液中加少量金属Sn。,SnCl,2,+H,2,O,Sn(OH)Cl(白色)+HCl,氯化亚锡SnCl,2,，它是生产上和化学实验中常用,的还原剂。,PbCl,2,难溶于冷水,易溶于热水,也能溶解于盐 酸中。,PbCl,2,+2HClH,2,PbCl,4,PbI,2,为黄色丝状有亮光的沉淀，易溶于沸水，或因生成配合物而溶解于KI的溶液中。,PbI,2,+2KIK,2,Pbl,4,