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1、第九章 主族金属元素(二) 铝锡铅砷锑铋,本章学习要求: 1.金属铝、铝的氧化物、铝的氢氧化物及其铝盐的性质。 2.锡和铅单质及其重要化合物的性质。 3.砷锑铋单质及其重要化合物性质变化规律。,N和P典型的非金属元素,As半(准)金属,Sb和Bi为金属元素。,一 P区元素概述,二铝 1.铝的性质 纯铝是银白色的轻金属,无毒,富有延展性,具有很高的导电、传热性和抗腐蚀性,无磁性,不发生火花放电。 在金属中,铝的导电、传热能力仅次于银和铜,延性仅次于金。铝及其合金能被铸、辗、挤、锻、拉或用机床加工,易于制成筒、管、棒、线、板或箔。 铝的典型化学性质 缺电子性、亲氧性和两性。,氯桥键,Sp3杂化,A
2、lCl3二聚分子,2.铝的冶炼,电解Al2O3,从铝土矿中提取铝反应过程 溶解:将铝土矿溶于NaOH(aq) AlO+ 2NaOH = 2NaAlO(偏铝酸钠)+ HO 过滤:除去残渣氧化亚铁(FeO)、硅铝酸钠等 酸化:向滤液中通入过量CO. NaAlO+ CO+ 2HO = Al(OH)+ NaHCO,过滤、灼烧 Al(OH) 2Al(OH)=高温= AlO+ 3HO 电解:2AlO(l)=通电= 4Al + 3O,1.氧化铝 氧化铝为白色无定形粉末,它是离子晶体,熔点高,硬度大。根据制备方法不同,又有多种变体,常见的有-Al2O3和-Al2O3 。,2. 氢氧化铝 氢氧化铝的性质,Al(
3、OH)3在不同pH的碱性溶液中的溶解度是不同的,Al(OH)3的溶解度s-pH图,pH4.78.9,Al(OH)3(s)+3H+ Al 3+ +3H2O Al(OH)3(s)+OH- Al (OH)4-,3.铝盐 1铝的卤化物,无水AlCl3 400时,氯化铝以双聚分子Al2Cl6 存在800时双聚分子才完全分解为单分子。,制备:,水合三氯化铝(AlCl36H2O) 无色结晶,工业级AlCl36H2O呈淡黄色,吸湿性强,易潮解同时水解。 用作精密铸造的硬化剂、净化水的凝聚剂以及木材防腐及医药等方面。,2硫酸铝和矾 硫酸铝Al2(SO4)3 无水硫酸铝为白色粉末,从饱和溶液中析出的白色针状结晶为
4、Al2(SO4)318H2O。受热时会逐渐失去结晶水,至250失去全部结晶水。约600时即分解成Al2O3。易溶于水,水解呈酸性。,制备: 2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2 矾: Al2(SO4)3与钾、钠、铵的硫酸盐形成的复盐称矾。 组成为M(I)2SO4M(III)2(SO4)324H2O的化合物均为矾,M(I)可以是K +,Na+或NH4+, M(III)可以是Al 3+,Cr 3+或Fe 3+等。,铝钾矾 K2SO4Al2(SO4)324H20 俗称明矾,易溶于水,水解生成Al(OH)3或碱式盐的胶状沉淀。明矾被广泛用于水的净化等。,三锡 铅 锡 锡是银白色金属,质软,熔
5、点低。富有展性。银光闪闪的锡箔,曾经是优良的包装材料。锡在空气中不易被氧化,能长期保持其光泽。食品工业的罐头盒多由它(马口铁:镀锡铁)制耐腐蚀,价格便宜,又无毒。,锡的同素异形体,白锡 白锡是最常见和最稳定的。在 13.2 以从白锡到灰锡是一个十分缓慢的转变过程。 如果温度过于低,达到 -48 时其转变速度急剧增大,顷刻间白锡变成粉末状的灰锡“锡疫”。 。,锡的主要用途: 大量用于制造合金:焊锡、保险丝等低熔点合金;铅字: Pb,Sb,Sn的合金;青铜:Cu,Sn合金。 锡的化学性质 : 锡是A族元素,价层电子结构分别为5s25p2,能形成+2,+4两种氧化值的化合物。锡属于中等活泼金属,与卤
6、素、硫等非金属可以直接化合 。,铅 铅是很软的重金属,用手指甲就能在铅上刻痕。新切开的断面很亮,但不久就会钝化变暗生成一层致密的碱式碳酸铅;铅能挡住 X 射线和核裂变射线。,主要用途: 制作铅玻璃、铅围裙和放射源容器等防护用品;在化学工业中常用铅作反应器的衬里; 铅大量用于制造合金:焊锡、保险丝; 铅字:Pb,Sb,Sn合金组成, 青铜:Cu,Sn合金; 蓄电池的极板:Pb,Sb合金等。,值得注意! 铅及铅的化合物都是有毒物质,并且进入人体后不易排出而导致积累性中毒,所以食具、水管等不可用铅制造。 铅的化学性质 Pb为A族元素,价层电子结构分别为6s26p2,能形成+2,+4两种氧化值的化合物
7、。铅属于中等活泼金属,与卤素、硫等非金属可以直接化合。,锡、铅的化合物 (1)锡、铅氧化物及其水合物的酸碱性,例如:Sn(OH)2溶于酸、碱的反应: Sn(OH)2+2HClSnCl2+2H2O Sn(OH)2+2NaOHNa2Sn(OH)4 或 Sn(OH)2+2NaOH Na2SnO2+2H2O,(2) 锡、铅化合物的氧化还原性 Sn() 是典型的还原剂,在碱性介质中的还原性更强,因此用于鉴定Sn 2+,Hg 2+和Bi()。,Pb() 是强氧化剂,在酸性溶液中使用,效果显著。它能把Mn()氧化成Mn();,2锡的化合物 (1)氯化物 氯化亚锡 (SnCl22H2O) 氯化亚锡为无色晶体,
8、熔点仅37.7。在熔化的同时,被自身的结晶水所水解,生成碱式盐和盐酸。在空气中逐渐被氧化成不溶性的氯氧化物。,SnCl2溶于水并随即水解: SnCl2+H2O =Sn(OH)Cl(白色)+HCl 在配制其溶液时,须加盐酸以抑止水解,还需要加入少量金属锡粒,以防氧化。 SnCl2是有机合成中重要的还原剂,也是常用的分析试剂。,四氯化锡(SnCl4) 无水四氯化锡(又名氯化高锡)为无色液体,在潮湿空气中因水解产生锡酸,并释出HCl而呈现白烟。无水四氯化锡有毒并有腐蚀性,工业上用作媒染剂和有机合成的氯化催化剂。,制备SnCl4 在一密闭铁制容器中将锡加热熔融后,通入氯气,此时氧化-还原反应交替进行:
9、,铅的化合物 一氧化铅(PbO) 俗称黄丹、密陀僧,有黄色及红色两种变体。用空气氧化熔融的铅得到黄色变体,在水中煮沸立即转变成红色变体。 PbO用于制造铅白粉、铅皂,在油漆中作催干剂。PbO具有两性,能与HNO3或NaOH作用可以分别得到Pb(NO3)2和Na2PbO2。,二氧化铅(PbO2) 是棕黑色固体,加热时逐步分解为低价氧化物(Pb2O3,Pb3O4,PbO)和氧气。 PbO2在酸性介质中具有强氧化性,PbO2遇有机物易引起燃烧或爆炸;与硫、磷等一起摩擦可以燃烧。它是铅蓄电池的阳极材料,也是火柴制造业的原料。,制备PbO2: 工业上用PbO在碱性溶液中通入氯气制。 PbO+2NaOH
10、+Cl2PbO2+2NaCl+H2O,四氧化三铅(Pb3O4) 俗称铅丹,是鲜红色固体,它可以看作正铅酸的铅盐Pb2(PbO4)或复合氧化物2PbOPbO2。铅丹的化学性质稳定,常用作防锈漆;水暖管工使用的红油也含有铅丹。 Pb3O4与热的稀HNO3作用,只能溶出总铅量的2/3: Pb3O4+ 4HNO32Pb(NO3)2+ PbO2+2H2O,(2)铅Pb()盐 多数难溶,广泛用于颜料或涂料。 如:PbCrO4是一种常用的黄色颜料(铬黄);Pb2(OH)2CrO4为红色颜料; PbSO4制白色油漆; 可溶性的铅盐有两种: Pb(NO3)2和Pb(Ac)2。,制备难溶铅盐的原料,Pb(NO3)
11、2制备各种难溶铅盐,含铅废水的处理 铅和可溶性铅盐毒性: 铅的中毒作用缓慢,但会逐渐积累在体内,一旦表现中毒,则较难治疗。它对人体的神经系统、造血系统都有严重:。典型症状是食欲不振,精神倦怠和头疼。,含铅废水的处理: 一般采用沉淀法处理,以石灰或纯碱作沉淀剂,使废水中的铅生成Pb(OH)2或PbCO3沉淀而除去。铅的有机化合物可用强酸性阳离子交换树脂除去。国家允许废水中铅的最高排放浓度为1.0 mgL-1(以Pb计)。,第四节 砷 锑 铋 砷、锑、铋的单质 As,Sb,Bi,其原子的次外层都有18个电子,在性质上彼此更为相似,有砷分族之称。 As,Sb,Bi都是亲硫元素,在自然界主要以硫化物
12、矿存在。如雄黄(As4S4)、雌黄(As2S3)、辉锑矿Sb2S3)、辉铋矿(Bi2S3)等。,As,Sb,Bi与A族元素生成的金属间化合物,如砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟(InAs)等都是优良的半导体材料。,As,Sb,Bi的化学性质不太活泼,但与卤素中的氯能直接作用。在常见无机酸中只有HNO3和它们有显著的化学反应。所得产物各不相同 : 3 As+5HNO3+2H2O3H3AsO4+5NO 6Sb+10HNO3+3xH2O 3Sb2O5xH2O +10NO +5H2O Bi+6HNO3 Bi(NO3)3+3NO2 + 3H2O,砷、锑、铋的化合物 1概述 (1) 砷、锑、
13、铋的氧化物和氢氧化物的酸碱性 As,Sb,Bi都有氧化值为+3和+5的两个系列氧化物。 As()和Sb()的氧化物和氢氧化物都是两性物质,而Bi2O3和Bi(OH)3却只表现出碱性,它们只溶于酸而不与碱作用。 As(),Sb(),Bi()的氧化物和氢氧化物都是两性偏酸的化合物。,As、Sb、Bi化合物性质递变规律,(2) 砷、锑、铋化合物的氧化还原性 +5氧化值化合物的氧化性按As,Sb,Bi的顺序递增,(3) 硫化物的难溶性和酸碱性 硫化物的难溶 +3,+5氧化值M2S3和M2S5硫化物Bi()不能生成Bi2S5,均难溶于6 molL-1 HCl中。且有颜色。主要应用在医药、橡胶、颜料、火柴
14、及焰火等工业。,硫化物酸碱性 As,Sb的硫化物亦表现出两性 。 例如: As2S3+3Na2S2Na3AsS3(硫代亚砷酸钠) As2S5+3Na2S2Na3AsS5 (硫代砷酸钠) 相应的硫代酸盐不稳定,遇酸即分解。,2砷的化合物 砷的化合物多数有毒,常见的砷化物有As2O3和Na3AsO3。 三氧化二砷(As2O3) 俗称砒霜,白色粉末,微溶于水,剧毒(对人的致死量为0.10.2 g)。用作防腐剂、农药,玻璃、陶瓷工业的去氧剂和脱色剂。,As2O3的特征性质:两性和还原性。 两性表现在As2O3既可与酸作用,也可与碱作用。,亚砷酸钠(Na3AsO3) 白色粉末,易溶于水,溶液呈碱性。为警
15、惕其毒性,工业品常染上蓝色,曾被用作除草剂。皮革防腐剂、有机合成的催化剂等。 制备: As2O3+6NaOH2Na3AsO3+3H2O,3锑的化合物 (1)锑的氯化物 SbCl3 为白色固体遇水都会发生强烈水解。熔点79,烧蚀性极强,沾在皮肤上立即起疱,有毒。用作有机合成的催化剂、织物阻燃剂、媒染剂及医药等。,SbCl5 为无色液体,遇水都会发生强烈水解熔点35,在空气中发烟,主要用作有机合成的氯化催化剂。 制备锑的氯化物 氯气和金属锑直接合成的。反应会出现氧化-还原的反复过程: Sb SbCl5 SbCl3 SbCl5 SbCl3,所得产品是SbCl3和SbCl5的混合物。,锑的氧化物 锑的氧化物有Sb2O3和Sb2O5两种,都是微溶于水的白色粉末,分别由SbCl3和SbCl5水解制得。,4.铋的化合物,Bi(NO3)3鉴定Mn 2+: 因为所生成的高锰酸根即使微量,也能使溶液呈紫红色。,含砷废水的处理 毒性 As及其化合物都是毒品,As()较As()的毒性强;有机砷化物比无机砷化物毒性更强。As的毒性有积累性,并是致癌物质。,含砷废水的处理方法:,习题: P207 1、4、9,
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