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本课件比较铜族与锌族元素的通性，讲述铜、银、金以及锌、镉、汞的重要化合物、配位性质与氧化还原特征，并分析汞呈液态与亚汞离子存在的原因，归纳 ds 区与 s 区元素的差异。
第十七章 ds区元素，本章包含以下各节：
第一节 铜族元素，本节主要内容包括：
无机化学一、铜族元素概述(一)铜族元素的通性铜族元素的外层电子组态为(n-1)d10ns1。由于18电子层组态对原子核的屏蔽效应比8电子层组态要小，因此铜族元素原子作用在最外层电子上的有效核电荷较多，最外层的s 电子受原子核的吸引比碱金属元素原子要强得多，所以铜族元素的电离能比同周期碱金属元素显著增大，原子半径也显著减小，铜族元素单质的化学性质远不如相应的碱金属元素的单质活泼。第11 族元素包括铜、银、金三种元素，通常称为铜族元素。
| 性质 | 铜 | 银 | 金 |
|---|---|---|---|
| 元素符号 | Cu | Ag | Au |
| 原子序数 | 29 | 47 | 79 |
| 相对原子质量 | 63.55 | 107.9 | 197.0 |
| 价电子层组态 | 3d104s1 | 4d105s1 | 5d106s1 |
| 常见氧化值 | +1、+2 | +1 | +1、+3 |
| r(M)/pm | 127.8 | 144.4 | 144.2 |
| r(M+)/pm | 96 | 126 | 137 |
| r(M2+)/pm | 72 | 89 | 85(M3+) |
| Ei,1/(kJ·mol-1) | 750 | 735 | 895 |
| Ei,2/(kJ·mol-1) | 1970 | 2083 | 1987 |
| 电负性 | 1.9 | 1.9 | 2.4 |
源文件该页另有一组数值（-582、-485、-644、-2121、340、285、约385）归属不明，未予还原，建议对照原课件补充。
无机化学铜族元素的氧化值有+1、+2、+3，这是由于铜族元素原子的最外层s 电子的能量与外次层d 电子的能量相差较小，在反应中不仅能失去s 电子，在一定条件下还可以失去一个或两个次外层的d 电子。铜族元素离子具有18 电子组态或9~17 电子组态，具有较强的极化力和明显的变形性，所以本族元素容易形成共价化合物。本族元素离子形成配合物的倾向也很显著。铜族元素单质在水溶液中较不活泼，金属活泼性按铜、银、金的顺序降低。在酸性溶液中，Cu+和Au+ 均不稳定，容易发生歧化反应。
无机化学(二) 铜族元素的单质纯铜为红色，银为银白色，金为黄色。它们的密度大于5 g·cm-3，都属于重金属，其中金的密度最大，为19.3 g·cm-3。与d 区元素相比，铜族元素单质的熔点、沸点相对较低，硬度较小，有极好的延展性和可塑性。铜、银、金的导热、导电能力极强，尤以银为最强，铜是最常用的导体。铜、银、金能与许多金属形成合金，其中铜的合金品种最多。银表面反射光线能力强，过去用作银镜、保温瓶、太阳能反射镜。
无机化学铜、银、金的化学性质比较稳定。在干燥空气中不易被氧化，有二氧化碳及湿气存在时，则在表面上生成绿色的碱式碳酸铜：金是在高温下惟一不与氧气反应的金属，在自然界中仅与碲形成碲化金。银的活泼性介于铜和金之间。银在室温下不与氧气和水反应，即使在高温下也不与氢气、氮气或炭作用，与卤素反应较慢，在室温下与含有硫化氢的空气接触时，表面生成一层黑色的硫化银：铜、银不溶于非氧化性稀酸溶液，但溶于硝酸和热的浓硫酸溶液中。金不溶于硝酸，但溶于王水中。银不溶于王水，是由于银在王水中表面生成AgCl 薄膜而阻止反应进行。
无机化学铜和银的用途很广，除用作钱币、饰物外，铜大量用来制造电线、电缆，广泛用于电子工业和航天工业及各种化工设备。铜合金主要用于制造齿轮等机械零件、热电偶、刀具等。铜还是生命必需的微量元素,有“生命元素”之称。银主要用于电镀、制镜、感光材料等。金主要作为黄金储备、铸币、电子工业及制造首饰。为使金饰品变得坚硬且价格便宜，常把金与适量银、铜熔炼成合金，其中金的质量分数用“K”表示，1K表示金的质量分数为4.166%，纯金为24 K 金。
无机化学二、铜的重要化合物(一)氧化物和氢氧化物CuO 为黑色晶体，不溶于水，但可溶于酸。CuO 的热稳定性很高，加热到1000 ℃ 才分解为Cu2O 和O2。在Cu2+ 溶液中加入强碱溶液，析出浅蓝色的Cu(OH)2沉淀。Cu2(OH)2 受热脱水生成CuO。Cu2(OH)2 为两性氢氧化物，但碱性强于酸性，易溶于强酸溶液，也能溶于浓的强碱溶液中。Cu(OH)2可溶于过量氨水中，生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2+。
无机化学[Cu(NH3)2]+不稳定，在空气中被氧化为深蓝色的[Cu(NH3)4]2+:Cu2O 主要用作玻璃、搪瓷工业的红色颜料。CuOH 极不稳定，至今尚未制得CuOH。Cu2O对热很稳定，在1235 ℃ 熔化也不分解。Cu2O 难溶于水，但易溶于酸溶液，并立即歧化为Cu 和Cu2+。Cu2O与盐酸反应形成难溶于水的CuCl白色沉淀。Cu2O 还能溶于过量氨水中，形成无色配离子[Cu(NH3)2]+：
无机化学(二)盐类1. 氯化亚铜氯化亚铜是一种白色晶体，熔点为430 ℃，难溶于水，吸湿后变为绿色，溶于氨水。在热的浓盐酸溶液中，用铜粉还原CuCl2，生成无色的[CuCl2]-，用水稀释即可得到难溶于水的CuCl 白色沉淀：CuCl 的盐酸溶液能吸收CO，形成氯化羰基铜(Ⅰ) [CuCl(CO)]·H2O，此反应在气体中用于测定混合气体中CO 的含量。↓
无机化学2. 氯化铜无水氯化铜为棕黄色晶体，在空气中潮解，它易溶于水，也易溶于乙醇和丙酮。从溶液中结晶出的二水合氯化铜为蓝色晶体。CuCl2溶液浓度不同时，溶液呈现的颜色也不同。很浓的CuCl2溶液呈黄绿色，浓溶液呈绿色，稀溶液呈蓝色。[CuCl4]2-呈黄色，[Cu(H2
无机化学3.硫酸铜五水合硫酸铜俗称胆矾或蓝矾。CuSO4 · 5H2O 是蓝色晶体，受热后逐步脱水，最后生成无水硫酸铜：375 K386 K531 K
无机化学在CuSO4 · 5H2O 中，五个H2O 的结合力是不同的。其中四个H2O 和两个位于变形八面体的六个顶点，四个H2O 处于平面正方形的四个角上，两个位于平面正方形的上方和下方，第五个H2O 以氢键与两个配位H2O 和两个结合。加热时，先失去两个非氢键水分子，再失去另外两个氢键水分子，最后失去以氢键与结合的水分子。
无机化学CuSO4 · 5H2O 的几何构型
无机化学无水硫酸铜为白色粉末，难溶于乙醇或乙醚，具有很强的吸水性，吸水后呈现蓝色。当硫酸铜加热到923 K 时，发生分解反应：↑硫酸铜具有杀菌能力，用作蓄水池、游泳池净化水的除藻剂；在医学上用作收敛剂、防腐剂和催吐剂；在农业上，硫酸铜与石灰乳的混合液用作果树和农作物的杀虫剂和杀菌剂。
无机化学(三)配合物1. Cu+的配合物Cu+ 形成的配离子有[CuCl2]-、[Cu(SCN)2]-、[Cu(NH3)2]+、[Cu(CN)2]-、[Cu(S2O3)2]3-。大多数Cu+ 的配合物溶液具有吸收烯烃、炔烃和一氧化碳的能力。例如：上述反应是可逆反应，受热时放出CO。
无机化学Cu2+ 与单齿配体一般形成配位数为4 的配位个体。Cu2+ 是交界酸，它与OH-、Cl-等硬碱离子形成的配位个体的稳定性较差。Cu2+ 还能与一些有机配体形成稳定的螯合物。2.Cu2+ 的配合物
无机化学(四)Cu2+与Cu+ 的相互转化Cu+ 的组态是3d10，Cu2+ 的组态是3d9，Cu+ 应该比Cu2+ 稳定。铜元素的第二电离能(1970 kJ·mol-1)较高，因此在气态时Cu+ 的化合物是稳定的。由于Cu2+ 的电荷数大、半径小，标准摩尔水合焓(-2100 kJ·mol-1)比Cu+ 的(-513 kJ·mol-1)小得多，因此在水溶液中Cu+ 没有Cu2+ 稳定，它将歧化为Cu2+ 和Cu：
无机化学只有当Cu+ 生成沉淀或配位个体时，Cu+ 浓度非常低，反歧化反应才能进行。例如:Cu2+ 的极化作用比Cu+ 强，在高温下，Cu2+ 的化合物不稳定，转变为稳定的Cu+ 的化合物。例如：↑其他Cu2+ 化合物加热至高温都有分解为相应的亚铜化合物的现象。甚至有些化合物在常温下就不能存在，分解为Cu+ 的化合物。1273 K
无机化学三、银的重要化合物(一)氧化银在AgNO3 溶液中加入NaOH 溶液，先析出白色AgOH沉淀，它极不稳定，立即脱水生成暗棕色Ag2O 沉淀。Ag2O 微溶于水，其溶液呈弱碱性。氧化银的稳定性较差，573 K 时分解。氧化银具有较强氧化性，容易被CO 或H2O2还原。↑Ag2O 和MnO2、Co2O3、CuO 的混合物在室温下就能将CO 迅速氧化成CO2，因此常用于防毒面具中。
无机化学(二)硝酸银硝酸银是最重要的可溶性银盐。将银溶于硝酸溶液中，蒸发、结晶，得到硝酸银晶体。AgNO3 加热到713 K 时，按下式分解：↑↑在日光照射下，AgNO3 也会按上式缓慢分解，因此AgNO3 晶体或溶液应装在棕色试剂瓶中。硝酸银具有氧化性，遇微量的有机化合物即被还原为黑色的单质银。AgNO3 主要用于制造照相底片所需的溴化银乳剂，它还是一种重要的分析试剂。医药上常用它作消毒剂和腐蚀剂。
无机化学(三)卤化银卤化银中只有AgF 易溶于水，其他卤化银均难溶于水。卤化银的颜色依AgCl、AgBr、AgI 的顺序加深，其溶解度也依次降低。卤化银有感光性，在光照下分解为单质：基于卤化银的感光性，常用作照相底片上的感光物质。
无机化学(四)配合物Ag+常见的配离子有[Ag(NH3)2]+、[Ag(SCN)2]-、[Ag(S2O3)2]3-、[Ag(CN2)-]等,它们的稳定性依次增强。[Ag(NH3)2]+ 具有弱氧化性，工业上利用它与甲醛或葡萄糖反应在玻璃或暖水瓶胆上镀银：↓[Ag(CN2)-]作为镀银电解液的主要成分，电镀效果很好，但因氰化物有剧毒，近年来逐渐被无毒镀银液所代替。
第二节 锌族元素，本节主要内容包括：
无机化学一、锌族元素(一)锌族元素的通性锌族元素的价层电子组态为(n-1)d10ns2。锌族元素与碱土金属元素在性质上有很大差别，但比起铜族元素与碱金属元素之间的差别要小一些。由于18 电子组态对原子核的屏蔽作用较小，因此锌族元素原子作用在最外层s 电子上的有效核电荷较大，原子核对最外层电子吸引力较强。与同周期碱金属元素相比较，锌族元素的原子半径和离子半径都较小，所以锌族元素的电负性和电离能都比碱土金属元素大，锌族元素的活泼性比碱土金属元素差。第12 族元素包括锌、镉、汞三种元素，通常称为锌族元素。
| 性质 | 锌 | 镉 | 汞 |
|---|---|---|---|
| 元素符号 | Zn | Cd | Hg |
| 原子序数 | 30 | 48 | 80 |
| 相对原子质量 | 65.38 | 112.4 | 200.6 |
| 价电子层组态 | 3d104s2 | 4d105s2 | 5d106s2 |
| r(M)/pm | 125 | 141 | 144 |
| r(M2+)/pm | 74 | 97 | 110 |
| Ei,1/(kJ·mol-1) | 915 | 873 | 1013 |
| Ei,2/(kJ·mol-1) | 1734 | 1641 | 1820 |
| Ei,3/(kJ·mol-1) | 3837 | 3616 | 3299 |
| 电负性 | 1.9 | 1.7 | 1.9 |
源文件该页另有一组数值（-2054、-1816、-1833、1261、1262、1151、1059）归属不明，未予还原，建议对照原课件补充。
无机化学锌族元素单质的熔点、沸点、熔化热和气化热不仅比碱土金属单质低，而且也比铜族元素单质低，这可能是由于锌族元素原子的最外层s 电子成对后稳定性增大的缘故。而且这种稳定性随着锌族元素的原子序数增大而增高。在锌族元素中，汞元素的最外层的一对s 电子最稳定，所以金属键最弱，因此在室温下汞为液体。锌、镉元素的最外层一对s 电子也有一定的稳定性，所以金属键也比较弱，单质的熔点、沸点、标准摩尔熔化焓和标准摩尔气化焓当然也就比较低。由于锌族元素原子最外层的ns轨道已填满，能移动的自由电子数量不多，与铜族元素相比，锌族元素单质的导电性较差。
无机化学锌族元素原子的次外层d 轨道已填满，满层中的电子很难失去，ns 电子与(n-1)d 电子的电离能的差值远比铜族元素为大，因此通常只能失去最外层的两个s 电子而呈现+2 氧化值。至于氧化值为+1 的亚汞离子的存在，可能是Hg原子中4f 电子对6s 电子的屏蔽较小，使Hg 元素第一电离能特别大，6s 电子较难失去而共用，形成[─Hg:Hg─]2+。或者说，Hg 原子的外三层的电子组态为32、18、2，是一种封闭的饱和结构，在离子中每个Hg 原子仍保持这种封闭结构。这也是单质汞呈液态和表现一定惰性的原因。锌族元素的标准电极电势比同周期的铜族元素更小，所以锌族元素的单质在水溶液中比铜族元素的单质活泼。除汞外，锌和镉是较活泼金属，活泼性按Zn、Cd、Hg 次序减弱。
无机化学(二) 锌族元素单质锌、镉、汞均为白色金属，其中锌略带蓝白色。锌族元素单质的熔点和沸点都较低，按Zn、Cd、Hg 的顺序降低，与p 区金属单质类似，而比d 区和铜族元素单质低得多。常温下，汞是惟一液态金属。Cd
无机化学Zn、Cd、Hg 之间或与其他金属可形成合金。大量金属锌用于制锌铁板和干电池，锌与铜形成的合金的应用也很广泛。汞能与许多金属形成汞齐，汞齐是汞的合白。利用汞与某些金属形成汞齐的特点，从矿石中提取金、银等；银锡合金用汞溶解制得银锡汞齐，用作补牙的填料。锌和镉的化学性质相似，而汞的化学活泼性差得多。锌在加热条件下可以与绝大多数非金属单质发生化学反应。在1000℃时，锌在空气中燃烧生成氧化锌。汞需加热至沸才缓慢与氧气作用生成氧化汞，在500 ℃ 以上又分解为氧气和汞。
无机化学锌在含CO2 的潮湿空气中，表面生成一层致密碱式碳酸盐：使锌具有防腐蚀的性能，因此钢铁等制品表面常镀锌防腐。锌具有两性，既可溶于酸溶液，也可溶于碱溶液。锌还能溶于过量氨水中。汞与硫粉直接研磨时，由于汞呈液态，接触面积较大，且二者亲和力较强，可形成硫化汞。
无机化学二、锌的重要化合物(一)氧化锌和氢氧化锌锌与氧气直接化合得白色粉末状氧化锌，俗称锌白，常用作白色颜料。ZnO 是一种两性氧化物，难溶于水，溶于酸、碱溶液形成锌盐、锌酸盐。ZnO 具有收敛性和一定杀菌能力，医药上常用它调制软膏和制作橡皮膏。在锌盐溶液中，加入适量的强碱溶剂可生成氢氧化锌。Zn(OH)2 是一种两性氢氧化物，溶于酸溶液生成锌盐，溶于碱溶液生成锌酸盐。Zn(OH)2 也溶于氨水，形成配离子。
无机化学(二)氯化锌无水氯化锌是白色晶体，极易溶于水，也易溶于酒精、丙酮等有机溶剂，易吸潮。氯化锌可由锌与氯气反应制备。ZnCl2 水溶液由于Zn2+ 的水解而显弱酸性。ZnCl2 在浓溶液中可形成H[ZnCl2(OH)]：它具有很强的酸性，能溶解金属氧化物：将氯化锌水合物与氯化亚砜(SOCl2)一起加热，可制备无水氯化锌：
无机化学(三)硫化锌在锌盐溶液中加入(NH4)2S溶液，生成ZnS 白色沉淀。ZnS 是白色晶体，可用作白色颜料，它与硫酸钡共沉淀形成的混合物晶体ZnS·BaSO4 称为锌钡白，俗称立德粉，是一种优良的白色颜料。无定形ZnS 在H2S 气流中灼烧，可以转变为ZnS 晶体。若在ZnS 晶体中加入微量Cu、Mn、Ag 做活化剂，经光照射后可发出不同颜色的荧光，这种材料可作荧光粉，用于制作荧光屏、夜光表等。
无机化学(四)配合物Zn2+ 为18 电子组态离子，它的极化力和变形性都较大，能与NH3、CN-等配体形成配位数为4 的配离子。
无机化学三、汞的重要化合物(一)氧化汞氧化汞有红色、黄色两种变体，不溶于水，有毒。氧化汞加热到573 K 时分解为汞和氧气。在汞盐溶液中加入碱，可得到黄色氧化汞：↓黄色的氧化汞受热时可转变为红色的氧化汞。氧化汞是制备汞盐的原料，还用作医药制剂、分析试剂、陶瓷颜料等。
无机化学(二)氯化汞和氯化亚汞氯化汞可在过量的氯气中加热金属汞而制得。HgCl2 为白色针状晶体，有剧毒，内服0.2~0.4 g 可致人死亡。HgCl2 是共价化合物，熔点较低，易升华，又称升汞。HgCl2 微溶于水，在水中解离度很小，主要以HgCl2 分子形式存在。HgCl2 在水中稍有水解：HgCl2 与稀氨水反应，生成白色氨基氯化汞沉淀：↓
无机化学HgCl2 与碱金属氯化物反应，生成四氯合汞(Ⅱ)配离子：HgCl2 具有一定的氧化性，适量的SnCl2 可将其还原为难溶于水的白色氯化亚汞：↓↓如果SnCl2 过量，Hg2Cl2 被进一步还原为金属汞，使沉淀变黑：HgCl2 的稀溶液具有杀菌作用，外科上用作消毒剂。HgCl2 也常用作有机反应的催化剂。金属汞与氯化汞晶体一起研磨，可制得氯化亚汞：
无机化学Hg2Cl2 见光易分解：因此应把它装在棕色试剂瓶中。Hg2Cl2 与氨水反应，生成氨基氯化汞和汞，而使沉淀呈灰色：Hg2Cl2 是一种白色晶体，难溶于水。Hg2Cl2 无毒，因味略甜，又称甘汞，常用于制作甘汞电极。在医药上，Hg2Cl2 用作轻泻剂和利尿剂。↓↓
无机化学(三)硝酸汞和硝酸亚汞硝酸汞和硝酸亚汞都溶于水，并水解生成碱式盐沉淀：↓↓在配制Hg(NO3)2 和Hg2(NO3)2 溶液时，为防止水解，应将它们溶于稀硝酸中。在Hg(NO3)2 溶液中加入KI 溶液，生成橘红色HgI2 沉淀，后者与过量KI 生成无色[HgI4]2-：↓
无机化学在Hg2(NO3)2 溶液中加入KI，生成浅绿色Hg2I2 沉淀，继续加入KI 溶液，生成[HgI4]2-和Hg：在Hg(NO3)2 溶液中加入氨水，生成碱式氨基硝酸汞白色沉淀：↓↓在硝酸亚汞Hg2(NO3)2 溶液中加入氨水，生成碱式氨基硝酸汞和汞：↓↓
无机化学Hg2(NO3)2 受热按下式分解：↑Hg2(NO3)2 不稳定，与空气接触时被氧化：为防止氧化，可在Hg2(NO3)2 溶液中加入少量金属汞，使所生成的Hg2+ 还原为。Hg2+ 和还能形成许多稳定的有机汞化合物，这些有机汞化合物较易挥发，且毒性较大。
无机化学(四)配合物形成配合物的倾向较小。Hg2+易与Cl-、Br-、I-、CN-、SCN-等配体形成配位数为4 的配离子。当配体相同时，Hg2+ 形成的配离子比Zn2+ 形成的配离子稳定得多。K2[HgI4] 和KOH 的混合溶液称为奈斯勒试剂，是鉴定的特效试剂。在溶液中滴加奈斯勒试剂，立即生成红棕色沉淀：HgHg↓+7 I-
无机化学(五) Hg2+与的相互转化在酸性溶液中，Hg2+ 可氧化Hg 生成：298.15 K 时= 80。从反应的标准平衡常数来看，平衡时Hg2+ 基本上转变为。上述反应是可逆反应，如果使Hg2+ 生成沉淀或配离子，则有利于发生歧化反应。除Hg2F2外，Hg2X2都难溶于水，如果用适量X-与作用，生成物是Hg2X2沉淀。当X-过量时，歧化为[HgX4]2-和Hg。
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