21 第二十一章 P区元素.ppt

第1页：第二十一章 p区金属21

第二十一章p区金属21-1 p区金属概述21-2 铝镓分族21-3 锗分族21-4 锑和铋

第2页：逐渐增

21-1 p区金属概述周期系p区共包括10种金属元素：Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Po价电子构型为ns2np1~4与s区元素一样，从上到下，原子半径逐渐增大，失电子趋势逐渐增大，元素的金属性逐渐增强。

第3页：21-2 铝镓分族

21-2 铝镓分族21-2-1 概述A1、Ga、In、Tl均为银白色，质软、轻而富有延展性的金属。 它们相当活泼，以化合物的形式存在于自然界中。 一般用电解法制取。

这此元素与非金属反应，易形成氧化物、硫化物、卤化物，并易溶于稀酸和碱溶液中。 铝是亲氧元素，又是典型的两性元素。 铝一接触空气或氧气，其表面就立即被一层致密的氧化膜所覆盖，这层膜可阻止内层的铝被氧化，它也不溶于水，所以铝在空气和水中都很稳定。

铝的亲氧性，它能从许多氧化物中夺取氧，故它是冶金上常用的还原剂

第4页：高纯度的铝

高纯度的铝（99.950%）不与一般酸作用，只溶于王水。 普通的铝能溶于稀盐酸或稀硫酸，被冷的浓硫酸或浓、稀硝酸所钝化。 铝比较易溶于强碱中。 Ga和In在氧化性酸中也能钝化作用。 铝族金属虽然都很活泼，在空气、水或氧化性酸中却由于表面被一层牢固的氧化膜覆盖不被套腐蚀。

第5页：21-2-2 氢化铝和氢氧

21-2-2 氢化铝和氢氧化铝一、三氧化二铝α-Al2O3：刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱。 γ-Al2O3：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体。

第6页：铝晶体透

红宝石(Cr3+)蓝宝石(Fe3+,Cr3+)黄玉/黄晶(Fe3+)有些氧化铝晶体透明，因含有杂质而呈现鲜明颜色。

第7页：在碱性溶液中存

在碱性溶液中存在[Al(OH)4]-或[Al(OH)6]3-简便书写为二氢氧化铝：Al(OH)3两性：Al(OH)3+ 3H+ Al3+ + 3H2OAl(OH)3+ OH-[Al(OH)4]-

第8页：21-2-3 铝盐和铝酸盐硫酸铝

21-2-3.铝盐和铝酸盐硫酸铝：Al3+易水解：=10-5.03[Al(H2O)6]3+[Al(OH)(H2O)5]2+ + H+铝钾矾(明矾)

第9页：Al3+的鉴定

Al3+的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素O3H)()OHAl(C234714+红色茜素3NH(s)Al(OH)OH3NHAl43233+·+++(OH)OHC3Al(OH)226143+

第10页：21-2-5 铝的卤化物和硫酸盐离子晶体

21-2-5铝的卤化物和硫酸盐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。 水解激烈：AlF3AlCl3AlBr3AlI3离子键共价键

第11页：用干法合成

用干法合成AlCl3：潮湿空气中的AlCl3，遇NH3生成NH4Cl。 白烟为NH4Cl

第12页：硫酸铝和明矾无水

硫酸铝和明矾无水硫酸铝A12(SO4)3为自色粉末。从水溶液中得到的为A12(SO4)3

• 18H2O，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)3。A12O3
• SiO2
• H2O+3H2SO4＝A12(SO4)3+2H4SiO4↓+H2O硫酸铝易与础金属(除锂以外)NH4+和Ag+等的硫酸盐结合形成矾，其通式为MAl(SO4)2
• 12H2O（M为一价金属离子）。

第13页：21-2-6 铝和铍的相似性

21-2-6铝和铍的相似性铝和铍在元素周期表中处于对角线位置，两者的离子势接近，所以它们有许多相似的化学性质

• 两者都是活泼金属，它们的电极电势值很相近，E0（Be2+／Be）＝-
• 两者都是两性元素，氢氧化物也属两性。
• 两者氧化物的熔点和硬度都很高。
• 两者都是共价型的卤化物。
• 铍盐、铝盐都易水解。
• Be2C象A14C3与水反应而生成甲烷

第14页：21-3 锗分族

21-3 锗分族21--3-1 锗、锡、铅的冶炼、性质和用途一、冶炼锡和铅主要以氧化物或硫化物矿（如锡石SnO2和方铅矿PbS存在于自然界。 冶炼主要过程是先将矿石焙烧，使硫、砷成为挥发性氧化物得以除去，有效成分硫化物转变为氧化物，再用碳还原。

第15页：二、性质和用途锗

二、性质和用途锗为银白色的硬金属。 铅为暗灰色，重而软的金属。 锡有三种同素异性体，常见的为银白色硬度居中的白锡，它有较好的延展性。

白锡只在286—434K温度范围内稳定，它在低于286K时转变为粉末状的灰锡，高于434K时，转变为脆锡。 这三种金属的熔点、沸点、硬度和密度见表18—3。 锗的化合物被应用的还不多。

重要的是晶态锗，它具有金刚石那样的结构，为重要的半导体材料。 锡和铅，从金属到化合物都有广泛的用途。

第16页：它们的化学性质可以括如下

它们的化学性质可以括如下：1．与氧的反应：在通常条件下，空气中的氧只对铅有作用，空气中的氧对锗和锡都无影响。 这三种元素在高温下能与氧反应而生成氧化物。 2．与其它非金属的反应：这些金属能同卤素和硫生成卤比物和硫化物。

第17页：3．与水的反应锗不与水

3．与水的反应锗不与水反应,锡既不被空气氧化，又不与水反应，常被用来镀在某些金属(主要是低碳钢制件)表面以防锈蚀。 铅的情况比较复杂，它在有空气存在的条件下，能与水缓慢反应而生成Pb(OH)2。

第18页：4．与酸的反应

4．与酸的反应

• Ge不与非氧化性酸作用
• Sn与非氧化性酸反应生成Sn(II)化合物
• Ge和Sn与氧化性酸反应生成Ge(IV)、Sn(IV)化合物
• Pb与酸反应得Pb(II)化合物。

第19页：5．与碱的反应

5．与碱的反应：锗同硅相似，与强碱反应放出H2气。 锡和铅也能与强碱缓慢地反应而得到亚锡酸盐和亚铅酸盐，同时放出H2。

第20页：21-3-2 氧化物和氢

21-3-2. 氧化物和氢氧化物HNO3或HAcH+放置H+-26][Sn(OH)32)(s,SnOH-白α4Sn+过量OH-适量OH--3][Pb(OH)2)(s,Pb(OH)白2Pb+适量OH-过量OH--24][Sn(OH)2)(s,Sn(OH)白2Sin+过量OH-适量OH-浓HNO3)(s,SnOH-Sn 32不溶于酸或碱白βOH4NOSnOH)(4HNOSn22323+++浓β-

第21页：鲜红色

• 四氧化三铅(Pb3O4)----铅丹：鲜红色可看作：4HNOPbOPb342+O2H)(PbO)2Pb(NO2223++褐色
• 三氧化二铅(Pb2O3)：橙色可看作：PbO·PbO2
• 氧化铅：(PbO)：橙黄色
• Pb的其他氧化物
• PbO2受热分解

第22页：鲜红色（续）

小结：氧化性减弱，酸性增强碱性增强，还原性减弱碱性增强酸性增强Sn(OH)4Pb(OH)4PbO2Sn(OH)2Pb(OH)2

第23页：21-3-3 卤化物

21-3-3 卤化物1．四卤化物常用的MX4为GeCl4和SnCl4。 这两种液体在常况下均为液态，它们在空气中因水解而发烟。 2．二卤化物重要的MX2有氯化亚锡SnCl2。 将Sn与盐酸反应可以得到的SnCl2·2H2O无色晶体。 它是生产上和化学实验中常用的还原剂。

第24页：21-3-4 锡、铅的硫化物

21-3-4.锡、铅的硫化物SnS(棕) SnS2(黄) PbS(黑)SnS + 4HCl → H2SnCl4+ H2SPbS + 4HCl → H2PbCl4+ H2SSnS2 + 6HCl → H2SnCl6+2H2SPbS2•均不溶于稀盐酸•配位溶解(浓HCl)

第25页：SnS32-不稳定

SnS32-不稳定，遇酸分解。

• 碱溶(SnS, PbS不溶)
• 氧化碱溶(SnS2,PbS不溶)
• PbS与HNO3作用（硫代锡酸根）O4H3S2NO)3Pb(NO8HNO3PbS2233++++

第26页：21-3-5 锡、铅的盐类水解

21-3-5.锡、铅的盐类•水解：(g)CO2+铅白3.92210HSn(OH)OHSn-+++=++K7.12210HPb(OH)OHPb-+++=++KHCl),Sn(OH)Cl(sOHSnCl22++白4HCl][Sn(OH)H-O6HSnCl6224++α)(sCO[Pb(OH)]OH2CO2Pb322-232+++

第27页：少数可溶

少数可溶：Pb(NO3)2, Pb(Ac)2(弱电解质，有甜味，俗称铅糖)，铅的可溶性化合物都有毒。 多数难溶：•溶解性

第28页：少数可溶（续）

PbCrO4溶于过量的碱，此点与黄色BaCrO4有别。 Pb2+的鉴定：黄色4242)s,(PbCrOCrOPb+-+Pb2+ Pb(OH)3-PbCl2(白) PbSO4(白) PbI2(黄) PbCrO4 (黄) PbCl42-Pb(HSO4)2PbI42-Pb2++Cr2O72-浓HCl浓H2SO4I-HNO3OH-小结如下

第29页：21-4 锑和铋

21-4 锑和铋21-4-1 单质砷、锑、铋在地壳中的含量不大，它们有时以游离态存在于自然界中，但主要以硫化物矿存在。 砷锑铋都有金属的外形，是电和热的良导体，具有脆性，熔点低，并且容易挥发，熔点从As到Bi依次降低

第30页：合物熔沸

21-4-2砷、锑、铋的化合物熔沸点低高AsH3SbH3BiH3碱性强弱自燃：化学性质：稳定性高低月月胂弟必缺氧分解：1.砷、锑、铋的氢化物

第31页：AsH3的性质应用

AsH3的性质应用：马氏试砷法：试样、锌和盐酸混合，产生气体导入热玻璃管。 砷镜古氏试砷法

第32页：水合物

M(III)的氧化物和氢氧化物2. 砷、锑、铋的氧化物及其水合物

第33页：水合物（续）

两性

第34页：应水合物

M(V)的氧化物和氢氧化物对应水合物极不稳定三元中强酸一元弱酸

第35页：应水合物（续）

小结：(两性偏酸)(两性)(碱性)(酸性)(两性偏酸)

第36页：铋的化合物的氧化还原性

M(III)的还原性(由As到Bi还原性减弱)可用H2O2代替Cl23.砷、锑、铋的化合物的氧化还原性

第37页：在强酸性的溶液中才有明显氧

H3AsO4在强酸性的溶液中才有明显氧化性。

第38页：在强酸性的溶液中才有明显氧（续）

小结：As(Ⅲ) Sb(Ⅲ) Bi(Ⅲ)As(Ⅴ) Sb(Ⅴ) Bi(Ⅴ)碱性增强还原性增强酸性增强氧化性增强碱性增强酸性增强

第39页：盐类水解

4.砷、锑、铋的盐•盐类水解•氧化性(弱)(鉴定Sb3+)(鉴定Bi3+)

第40页：配位溶解

5.砷、锑、铋的硫化物

• 均不溶于水和稀酸。As2S3、As2S5不溶性质
• 氧化性酸(HNO3)溶解
• (浓HCl)配位溶解

第41页：配位溶解（续）

NaOH(M=As，Sb)Na2S(M=As，Sb)Bi2S3不溶•碱溶•氧化碱溶(M=As，Sb)2MS3SSM-33-232+2MS3SSM-34-252+

第42页：重元素

21-6 p区金属6s2电子的稳定性本族大多数化合物从P到Bi，+V氧化态的稳定性递减。 以上事实表明，在VA族中随着原子序数增大，重元素价电子中有两个电子不易成键，它的低氧化态较为稳定，而与族数相同的最高氧化态则不稳定。 原子序数较大的重元素成键能力较弱是由于：1．原子半径增大，电子云重叠程度差 2．内层电子数目增多，这些内层电子与其键合原子的内层间的斥力增大等原因所致。