二十一章p区金属PPT课件
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无机化学第21章 P区金属(2013)
2、由于镓较昂贵，毒性又很大，故其应用受 到了限制。约有80%的镓和铟用于电子工业。 镓的熔点低，握在手中即可熔化，而沸点却 很高，可作高温温度计。镓是继砷、硅之后 的第三种重要的半导体材料,可作为光电管 使用。
3、它们是P型半导体的掺杂剂,也可以制成III Ａ—VＡ族元素的半导体化合物,如砷化镓 GaAs。 4、镓和铟易与许多金属形成合金，常用于制 易熔合金，含铟25%的镓合金在289K时熔化， 用于自动喷水灭火装置中。 5、含铟量较高的焊接剂,具有特殊性,用它可 把金属焊接到金属薄膜上，还可把金属焊接 到非金属部件上。 6、In－Pb、In－Sn合金抗碱腐蚀，用于化工 器械的焊接。
这种二聚分子遇到电子对给予分子时会离 解成单分子，然后这个AlCl3单分子再同这个 电子对给予体形成配位化合物. 例如： AlCl3· NH3。当Al2Cl6溶于水，它立即解离为 Al(H2O)63-和Cl-，并强烈水解。 AlBr3和AlI3的结构和性质与AlCl3相似。
制备：
1) Al(熔融) Cl 2 AlCl3 (无水)
铍与铝的相似性
① 两者都是活泼金属，在空气中易形成 致密的氧化膜保护层 ② 两性元素，氢氧化物也属两性 ③ 氧化物的熔点和硬度都很高 ④ 卤化物均有共价型 ⑤ 盐都易水解 ⑥ 碳化物与水反应生成甲烷 Be2C + 4 H2O Al4C3 + 12 H2O 2 Be(OH)2 + CH4 ↑ 4 Al(OH)3 + 3 CH4 ↑
1、铝的卤化物 在三卤化铝中，除AlF3为离子型化合物外，其 余均为共价型化合物。 在气相或非极化溶剂，AlCl3,AlBr3,AlI3均是二 聚体。 。 在二聚分子中卤素原子对铝呈四面体配置，是 一种桥式结构。即在每个AlX3分子中，铝原子 有空轨道，X原子有孤电子对，因而在两个AlX3 分子间发生x→Al提供电子对而配位，形成卤桥 的配位化合物
3、它们是P型半导体的掺杂剂,也可以制成III Ａ—VＡ族元素的半导体化合物,如砷化镓 GaAs。 4、镓和铟易与许多金属形成合金，常用于制 易熔合金，含铟25%的镓合金在289K时熔化， 用于自动喷水灭火装置中。 5、含铟量较高的焊接剂,具有特殊性,用它可 把金属焊接到金属薄膜上，还可把金属焊接 到非金属部件上。 6、In－Pb、In－Sn合金抗碱腐蚀，用于化工 器械的焊接。
这种二聚分子遇到电子对给予分子时会离 解成单分子，然后这个AlCl3单分子再同这个 电子对给予体形成配位化合物. 例如： AlCl3· NH3。当Al2Cl6溶于水，它立即解离为 Al(H2O)63-和Cl-，并强烈水解。 AlBr3和AlI3的结构和性质与AlCl3相似。
制备：
1) Al(熔融) Cl 2 AlCl3 (无水)
铍与铝的相似性
① 两者都是活泼金属，在空气中易形成 致密的氧化膜保护层 ② 两性元素，氢氧化物也属两性 ③ 氧化物的熔点和硬度都很高 ④ 卤化物均有共价型 ⑤ 盐都易水解 ⑥ 碳化物与水反应生成甲烷 Be2C + 4 H2O Al4C3 + 12 H2O 2 Be(OH)2 + CH4 ↑ 4 Al(OH)3 + 3 CH4 ↑
1、铝的卤化物 在三卤化铝中，除AlF3为离子型化合物外，其 余均为共价型化合物。 在气相或非极化溶剂，AlCl3,AlBr3,AlI3均是二 聚体。 。 在二聚分子中卤素原子对铝呈四面体配置，是 一种桥式结构。即在每个AlX3分子中，铝原子 有空轨道，X原子有孤电子对，因而在两个AlX3 分子间发生x→Al提供电子对而配位，形成卤桥 的配位化合物
第二十一章 P区金属
鉴定Pb2+和CrO42-
第二十一章
P区金属
§21.3 锗分族
3 锡的化合物 （1）Sn(OH)2 —— 两性 Sn(OH)2 ＋ 2OH - = [Sn(OH)4]2亚锡酸根
（2）亚锡酸钠 NaSnO2 Na2[Sn(OH)4]
水解
[Sn(OH)4
]2-
Sn(OH)2(s)＋2OH-
第二十一章
P区金属
§21.3 锗分族
2-
Sn2+＋2HgCl2＋4Cl- = [SnCl6] ＋Hg2Cl2(s) Sn2+＋Hg
2Cl2＋4Cl
=
2SnCl6＋2Hg
用于鉴定Sn2+、Hg2+ 2Sn2+ ＋O2＋ 4H+ = 2H2O＋2Sn4+ Sn4+＋Sn = 2Sn2+ 性质二：水解性 SnCl2＋H2O Sn(OH)Cl(s)＋HCl
第二十一章
P区金属
§21.1 P区金属概述
21.1 p区金属概述 Al、Ga、Ge、Sn、Pb的单质、氧化物及其 水合物均表现出两性。
21.2 铝 镓分族
Al(OH)3不溶于氨水中，它与NH3不生成配合物。
第二十一章
P区金属
§21.3 锗分族
21.2 锗分族
1. 氧化物和氢氧化物 弱酸
氧 化 性 增 强 酸性增强 Ge(OH)4（棕色） Ge(OH)2（白色） 酸 性 增 强 碱 Sn(OH)4（白色） Sn(OH)2（白色） 性 增 Pb(OH)4（棕色） Pb(OH)2（白色） 碱性增强 强 还 原 性 增 强
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(Sn,Pb) §21.4 锑和铋
第21章P区元素[北]修课件
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∆ Al2O3 + 3C + 3Cl2 → 2AlCl3 + 3CO
2Al + 6HCl (g) ∆ 2AlCl3 + 3H2 (g) →
潮湿空气中的 AlCl3
(3) 硫酸铝和明矾 硫酸铝是泡沫灭火器中的常用试剂 (Al3SO4)3.18H2O) (Al3+ +3CO32- +H2O → Al(OH)3↓+3CO2↑)，明矾KAl(SO4)2.12H2O被用作净水剂.
晶种 通CO2
9
铝的性质
铝的亲氧性。铝是相当活泼的金属， 铝的亲氧性。铝是相当活泼的金属，在适当条件下可与 O2 、x2、S 、N2、 P、 C 等以及与水、酸和碱反应、铝在冷浓H2SO4中钝化、溶于热浓H2SO4中。 中钝化、溶于热浓H 、 等以及与水、酸和碱反应、铝在冷浓H 铝与氧的亲和力很高，利用此性质焊接钢铁。 铝与氧的亲和力很高，利用此性质焊接钢铁。2Al+Fe2O3 Al2O3+2Al
对角线规则是指周期表中相邻两族位于左上到右 对角线规则是指周期表中相邻两族位于左上到右 下的对角线上的元素的具有相似性。 内容 下的对角线上的元素的具有相似性。 第 2 周期的 Li
、Be、B 3元素和其右下脚第 3 周期的 Mg、Al、Si 3元素及 、 元素和其右下脚第 、 、 元素及 其化合物的性质有许多相似之处. 其化合物的性质有许多相似之处
12
锂与镁的相似性
① 单质与氧作用生成正常氧化物 氢氧化物均为中强碱， ② 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大 加热分解为正常氧化物 氟化物、碳酸盐、 ③ 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水 氯化物共价性较强， ④ 氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中 碳酸盐受热分解， ⑤ 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物 ⑥ Li+和Mg2+的水合能力较强
第二十一章 p 区金属
§18-2 锗分族 ⅣA族 Ge Sn Pb
2-1 通性 电子层构型为ns2np2，常见价态为： +4，+2 在锗、锡、铅中随着原子序数的增 大，稳定氧化态逐渐由+4变为+2。这种 递变规律在其它几个主族中也同样存在， 这是由于ns2电子对逐渐稳定的结果。 从电势图中也可反映出这个规律：
A
Al O
Al O
种变体。
2、Al(OH)3, Al2O3的水合物 Al(OH)3两性，其碱性略强于酸性。
结晶的正氢氧化铝与无定性水合氧化 铝不同，它难溶于酸，加热到373K也不 脱水。
1-5 铝盐和铝酸盐
弱酸的铝盐在水中大部分电离，制 备无水铝盐不能用湿法。
Al 2 O3 2 NaOH
2Pb O2 2H 2O 2Pb(OH )2
3H 2
铝能溶于强碱中 2 Al 2NaOH 6H 2O 2NaAl(OH ) 4 3H 2
1-3 镓，铟，铊 1、镓：熔点为302.8K，放在人的手 掌上就能使之熔化，而沸点为2343K， 其熔沸点相差之大是所有金属中独一无
二的。凝固时体积膨胀，这一点也是异
常的，硬度与铝相近。
Cl
Cl
5、氧化物，氢氧化物的酸碱性：
Tl2O,TlOH——碱性，易溶于水。
其它都是难溶于水的两性物质，
Ga(OH)3的酸性比 Al(OH)3, In(OH)3都强；
TlOH不稳定，易分解为Tl2O （黑色）。
当Al2Cl6溶于水中时，它立即解离为 Al(H2O)63+和Cl-离子并强烈地水解。AlCl3还容易 与电子对给予体形成配离子(如AlCl4-)和加合物 (如AlCl3· NH3)。这一性质使它成为有机合成中常 用的催化剂。 AlBr3和AlI3往在结构和性质上与AlCl3相似。
第21章p区金属
O C C Fe SnO2 Sn； PbS PbO Pb 或 PbS Pb
2
Ge 由于可作半导体材料，制备工艺较复杂。 GeS
O2
GeO2
HCl
GeCl4
2O H
GeO2 · xH2O
H2
Ge
区域熔融 Ge(超纯)
过程中经历 Al(OH)Cl2 、Al(OH) 2Cl、Al(OH)3 ， 其分解历程与 PCl3 水解历程相似。 b、硫酸铝和明矾 制备：见书 675 页的反应，分别得到纯净和含杂质的有 18 个结晶水的硫酸 盐。 硫酸铝是最常见的铝盐，它的最重要的性质就是形成明矾。矾的通式之一：
2
M 2SO4· M 2(SO4)3·24H2O（或： M M (SO4) 2·12H2O） ，当 M 是 Al3+、 M
三、硫化物
四、铅的一些含氧酸盐
（自学）
6
Ⅰ Ⅲ Ⅰ Ⅲ Ⅲ
Ⅰ
是 K+时，称为铝钾矾，俗称明矾。 21-2-2、周期表中的对角线关系（自学） 21-3 锗分族 由于锗、锡、铅的离子是 18 或 18+2 电子构性的离子，锗、锡、铅的化合物 中，极化作用显著，难溶、有颜色。铅受惰性电子对效应影响显著。 21-3-1、锗、锡、铅的冶炼、性质和用途 锗、锡、铅在自然界的存在形式主要为氧化物和硫化物。 制备：Sn、Pb 由氧化物还原得到：
θ
利用该反应的高反应热， Al 可以在高温下从其它金属氧化物中夺取氧并置换出 金属单质，因高热使金属熔化而达到分离。如： Fe2O3 + 2Al = Al2 O3 + 2Fe 这种制备金属单质的方法称为铝热还原法。 Al 显两性。由此导致其单质、氧化物、氢氧化物都可溶于酸、碱。 Ga 作为非本征半导体具有一定的应用。 二、氧化铝和氢氧化铝 1、氧化铝 Al2 O3 为白色固体，约有八种变体：α （六方） 、 γ （立方） 、ρ （无定形） 、 χ （立方） 、η （立方尖晶石） 、 δ （正交） 、κ （正交） 、θ （单斜） 。最常见的 是α - Al2O3、 γ - Al2O3。 制备： 工业：水铝矿（ Al(OH)3 ） 、铝土矿（ AlO(OH) ） 、水铝石（ AlO(OH) ）等在 一定条件下受热脱水即得α - Al2O3 或γ - Al2O 3。 实验室： 铝盐转变成氢氧化铝， 后者受热分解得γ - Al2O3 。 γ - Al2O3 在 1120K 时受热转变成α - Al2O 3。 结构：α - Al2O3 是致密的，属六方紧密堆积构型，对化学反应呈高度惰性，
2
Ge 由于可作半导体材料，制备工艺较复杂。 GeS
O2
GeO2
HCl
GeCl4
2O H
GeO2 · xH2O
H2
Ge
区域熔融 Ge(超纯)
过程中经历 Al(OH)Cl2 、Al(OH) 2Cl、Al(OH)3 ， 其分解历程与 PCl3 水解历程相似。 b、硫酸铝和明矾 制备：见书 675 页的反应，分别得到纯净和含杂质的有 18 个结晶水的硫酸 盐。 硫酸铝是最常见的铝盐，它的最重要的性质就是形成明矾。矾的通式之一：
2
M 2SO4· M 2(SO4)3·24H2O（或： M M (SO4) 2·12H2O） ，当 M 是 Al3+、 M
三、硫化物
四、铅的一些含氧酸盐
（自学）
6
Ⅰ Ⅲ Ⅰ Ⅲ Ⅲ
Ⅰ
是 K+时，称为铝钾矾，俗称明矾。 21-2-2、周期表中的对角线关系（自学） 21-3 锗分族 由于锗、锡、铅的离子是 18 或 18+2 电子构性的离子，锗、锡、铅的化合物 中，极化作用显著，难溶、有颜色。铅受惰性电子对效应影响显著。 21-3-1、锗、锡、铅的冶炼、性质和用途 锗、锡、铅在自然界的存在形式主要为氧化物和硫化物。 制备：Sn、Pb 由氧化物还原得到：
θ
利用该反应的高反应热， Al 可以在高温下从其它金属氧化物中夺取氧并置换出 金属单质，因高热使金属熔化而达到分离。如： Fe2O3 + 2Al = Al2 O3 + 2Fe 这种制备金属单质的方法称为铝热还原法。 Al 显两性。由此导致其单质、氧化物、氢氧化物都可溶于酸、碱。 Ga 作为非本征半导体具有一定的应用。 二、氧化铝和氢氧化铝 1、氧化铝 Al2 O3 为白色固体，约有八种变体：α （六方） 、 γ （立方） 、ρ （无定形） 、 χ （立方） 、η （立方尖晶石） 、 δ （正交） 、κ （正交） 、θ （单斜） 。最常见的 是α - Al2O3、 γ - Al2O3。 制备： 工业：水铝矿（ Al(OH)3 ） 、铝土矿（ AlO(OH) ） 、水铝石（ AlO(OH) ）等在 一定条件下受热脱水即得α - Al2O3 或γ - Al2O 3。 实验室： 铝盐转变成氢氧化铝， 后者受热分解得γ - Al2O3 。 γ - Al2O3 在 1120K 时受热转变成α - Al2O 3。 结构：α - Al2O3 是致密的，属六方紧密堆积构型，对化学反应呈高度惰性，
二十一章p区金属
铅白 CO2 (g)
•溶解性：
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：PbCl2，PbI2，PbSO4，PbCO3，
PbCrO4等。
PbCl2溶于热水，也溶于盐酸：
PbCl2 2HCl H2[PbCl4] PbSO4溶于浓硫酸，生成Pb(HSO 4 )2。
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。
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。
I-
HNO3
Pb(HSO4)2 PbI42- Pb2++Cr2O72-
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
21-4-2 砷、锑、铋的 化合物
常温为 对应水合物
As4O6
As(OH)3 H3AsO3 两性偏酸
Sb4O6
Sb(OH)3 两性偏碱
Bi(OH)3 碱性
(微两性)
两性
M2O3 6H 2M3 3H2O M2O3 6OH- 2MO33- 3H2O
M = As、Sb
•溶解性：
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：PbCl2，PbI2，PbSO4，PbCO3，
PbCrO4等。
PbCl2溶于热水，也溶于盐酸：
PbCl2 2HCl H2[PbCl4] PbSO4溶于浓硫酸，生成Pb(HSO 4 )2。
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。
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。
I-
HNO3
Pb(HSO4)2 PbI42- Pb2++Cr2O72-
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
21-4-2 砷、锑、铋的 化合物
常温为 对应水合物
As4O6
As(OH)3 H3AsO3 两性偏酸
Sb4O6
Sb(OH)3 两性偏碱
Bi(OH)3 碱性
(微两性)
两性
M2O3 6H 2M3 3H2O M2O3 6OH- 2MO33- 3H2O
M = As、Sb
p区金属
2、化学性质 、
• （浓HCl） （－） SnCl2 H2 [PbCl4] • （稀H2SO4） （－） （－） PbSO4↓+H2↑ • （浓H2SO4） Ge(SO4)2 SnSO4 Sn(SO4)2 Pb (H SO4)2 • （稀HNO3） （－） Sn(NO3)2 Pb(NO3)2 • （浓HNO3）xGeO2•yH2O↓xSnO2•yH2O↓Pb(NO3)2
对角线规则
• 一、 单质 • 1、锡的同素异形体 • α-Sn→(>286K)β-Sn→(>434K)γ-Sn • 灰锡（立方） 白锡（四方） 脆锡（正交） • 原子晶体，键能小，易粉碎 金属晶体（常见） • 锡制品若长期处在低温（＜286K）会自行毁坏，由 于一旦开始毁坏，迅速蔓延，称为“锡疫”。
∆ Al2O3 + 3C + 3Cl2 → 2AlCl3 + 3CO
2Al + 6HCl (g) ∆ 2AlCl3 + 3H2 (g) →
潮湿空气中的 AlCl3
路易斯酸性： ● 路易斯酸性：以氧为给予原子时 BCl3 >AlCl3 >GaCl3 以硫为给予原子时GaX3 >AlX3 >BX3 为给予原子时 (X=Cl, Br)
• 锡：银白色金属，质软，延性不佳但展性好（锡箔），作包 装材料（在空气中不易被氧化，能长期保存其光泽；价格便 宜，又无毒） • 铅：很软的重金属，易形成一层碱式碳酸铅，保护其内层金 属不被氧化，主要用作X射线、原子能工业用的防护材料 （能挡住X射线）；用于制合金特别是低溶点合金。 • 焊锡：67%Sn 33%Pb—450K/bp 铅字合金：82%Pb 15%Sb 3%Sn 青铜：78%Cu 22%Sn用于制日用器材、工具。
第二十一章 p区金属概论
a-Al2O3
刚玉，硬度
低温、快速下加热
γ -Al2O3
活性氧化铝，可溶于 酸、碱，可作为催化 剂载体.
大，不溶于
水、酸、碱
22
Al2O3 有离子传导能力允许Na+通过以铝矾
土为电解质制成钠-硫蓄电池.由于这种蓄电池
单位重量的蓄电量大能进行大电流放电因而具
有广阔的应用前景这种蓄电池使用温度范围可
25
3)、铝盐和铝酸盐
金属铝 +酸 +碱 铝盐 铝酸盐
氧化铝
氢氧化铝
铝酸盐水解使溶液显碱性
[Al(OH)4]Al(OH)3+OH-
溶液中通入CO2,将促进水解的进行而得到真正的氢 氧化铝沉淀。
26
4）、硫酸铝和明矾
无水硫酸铝Al2(SO4)3为白色粉末。 从水溶液中得到的为Al2(SO4)3· 2O。 18H 纯Al(OH)3+热的浓H2SO4 或用H2SO4直接处理铝土矿或粘土 硫酸铝钾KAl(SO4)2· 2O叫做铝钾矾，俗称明矾， 12H 它是无色晶体。 Al2(SO4)3
准金属:既有金属性又有非金属性。
包括B、Si、As、Se、Te等。
两性金属都是金属,甚至是典型的金属，两性之意仅
指金属或其氧化物或氢氧化物既溶于酸又溶于碱。 包括Be、Zn、Cr、Al、Ga、Sn、Pb等
9
21-1 铝族 21-2 锗分族
10
21-1 铝族
Al、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，一般用电解法制取。 铝族元素的固态化合物，只有少数为离子型的， 大部分属共价型的。 从铝到铊，其化合物的共价性逐渐减弱,离子性逐 渐增强。铝和镓化合物的共价性比较显著,而铟和铊化 合物的离子性则比较显著。
第21章 P区金属
PbCO3 ↓(白)
PbO2(棕黑) 强氧化剂
能氧化HCl,H2SO4,Mn2+ Pb3O4 红色
铅丹(2PbO· PbO2)
Pb3O4 + HNO3 == Pb(NO3)2 + PbO2 + H2O
K2CrO4
沉淀分离出来: PbO2+HCl(浓) PbO2 + Mn2+ + H+
PbCrO4↓
△ △
PbCl2 + Cl2↑ MnO42－ + Pb2+ + H2O
(砷、)锑、铋
存在及成键特征
自然界以硫化物形式存在
(雄黄 As4S4) （雌黄 As2S3） 辉锑矿 Sb2S3 ＋5氧化态化合物是强氧化剂。 （ 砷、）锑、铋能与碱金属和碱土金属组成氧化态为－ 3 的化合物（有的类似合金）。 （ 砷、）锑、铋可以生成一系列簇状离子，如Bi53＋、Bi42
• 2Al3++3CO32-+XH2O
• 2Al(OH)3 +12HF +3Na2CO3
Al2O3xH2O + 3CO2
2Na3AlF6 +3CO2 +9H2O
几种重要的铝盐
• 卤化物 • 只有AlF3有明显的离子性，其它均有不同程 度的共价性。 • AlCl3、 AlBr3、 AlI3的蒸汽状态均为双聚分 子； • 有缺电子性、桥键、存在3中心4电子（3C4e)键。
H+
SnS2
Na2S
Na2SnS3
SnS2 +H2S↑
HCl
[SnCl6]2－+H2S↑
SnS32－
S22－
21章 P区金属
2Al3++3CO32-+3H2O ==2Al(OH)3↓ + 3CO2↑ 2Al3+ + 3S2- + 6H2O ==2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ CO32- + 2H+ == H2O +CO2↑ － S2－ + 2H＋ == H2 S
2, 铝酸盐 铝酸盐中含Al(OH)4 等配离子 拉曼光谱已证实行 等配离子,拉曼光谱已证实行 铝酸盐中含 A1(OH)4 离子存在 离子存在. 铝酸盐水解使溶液显碱性水解反应式如下: 铝酸盐水解使溶液显碱性水解反应式如下 A1(OH)4 == A1(OH)3 + OH
2. 氢氧化铝 (Al(OH)3)
Al 2O3难溶于水，它的氢氧化物只能通过其它方法 难溶于水， 制得， 制得，加氨水或碱于铝盐溶液中得种白色无定形凝 胶沉淀,它的含水量不定组成也不均匀统称为水合氧 胶沉淀 它的含水量不定组成也不均匀统称为水合氧 化铝。 化铝。A12O3 的水合物般都通称为氢氧化铝 。
金属铝或氧化铝或氢氧化铝与碱反应而得到铝酸盐 Al Al 2O3 Al(OH) 3 ＋ NaOH Na[Al(OH)4]
1, 铝盐 铝盐都含有A1 离子,在水溶液中 在水溶液中A1 铝盐都含有 3+离子 在水溶液中 3+离子实际上以 八面体的水和配离子[A1(H 2O) 6]3+而存在 它在水中解 而存在,它在水中解 八面体的水和配离子 离而使溶液显酸性 这也就是铝盐的水解作用. 溶液显酸性,这也就是铝盐的水解作用 离而使溶液显酸性 这也就是铝盐的水解作用 [Al(H2O) 6]3+ + H 2O [Al(H 2O)5OH]2+ + H3+O
第21章 P区铝族元素
第21章 P区金属元素
第21章 P区元素
P区十种金属元素
Al Ga In Tl
Ge Sn Pb
Sb Bi
Po
电子层结构 ns2np1~4 内层为饱和结构，它们在化 合物中常有两种氧化态，氧化值相差为2。 大部分P区金属元素在化合物中，电荷较高，半径较 小，其盐类在水中极易水解
§21-1
一 、铝的发展简史
所以，弱酸的铝盐不能用湿法制得。
（4）铝的鉴定
Al3+ 的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素，生成红色沉淀。
§21-2 镓（Ga）
1871年，元素周期系的发现者门捷列夫曾预言“类铝”（镓） 元素的存在。 1875 年 ， 法 国 化 学 家 布 瓦 博 德 朗 （ Boisbaudran L.de. ， 1839—1912）在用光谱法分析从比利牛斯的闪锌矿得到的提取 物时，发现两条从未见过的新谱线，其波长在 417nm的地方。 进一步后确定为一新元素。他用电解的方法得到了金属镓。 布瓦博得朗为了纪念自己的祖国法兰西，把新发现的元素 命名为“Gallium”(镓)，就是法国的古名“家里亚”，它源自 于法国的拉丁名称：Gallia。中文根据音译成“镓”，元素符 号为Ga。 镓在地壳中的含量为5×10-4% ，以很低的含量分布于铝 矾土矿和某些硫化物矿中，含量最富的锗石中也只含0.1% 镓。 镓还容易和锗共存于煤中，所以燃烧后剩下的煤道灰中就含有 微量的镓和锗。
镓与砷、锑、磷等生成的砷化镓、锑化镓、磷化镓等都是优良 的半导体材料。磷化镓还是一种半导体发光材料，能够发射出红光 或绿光。 低温时镓有良好的超导性，在接近绝对零度即0K时，电阻几乎 为零。钒三镓（一个镓原子和三个钒原子形成的合金）是超导材料。
应当注意的是，镓及其化合物都有毒。其毒性远远超过汞和砷！镓 可以伤肾，破坏骨髓，沉积在软组织中，造成神经、肌肉中毒。它 可以与引起肿瘤、抑制正常生长有关。
第21章 P区元素
P区十种金属元素
Al Ga In Tl
Ge Sn Pb
Sb Bi
Po
电子层结构 ns2np1~4 内层为饱和结构，它们在化 合物中常有两种氧化态，氧化值相差为2。 大部分P区金属元素在化合物中，电荷较高，半径较 小，其盐类在水中极易水解
§21-1
一 、铝的发展简史
所以，弱酸的铝盐不能用湿法制得。
（4）铝的鉴定
Al3+ 的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素，生成红色沉淀。
§21-2 镓（Ga）
1871年，元素周期系的发现者门捷列夫曾预言“类铝”（镓） 元素的存在。 1875 年 ， 法 国 化 学 家 布 瓦 博 德 朗 （ Boisbaudran L.de. ， 1839—1912）在用光谱法分析从比利牛斯的闪锌矿得到的提取 物时，发现两条从未见过的新谱线，其波长在 417nm的地方。 进一步后确定为一新元素。他用电解的方法得到了金属镓。 布瓦博得朗为了纪念自己的祖国法兰西，把新发现的元素 命名为“Gallium”(镓)，就是法国的古名“家里亚”，它源自 于法国的拉丁名称：Gallia。中文根据音译成“镓”，元素符 号为Ga。 镓在地壳中的含量为5×10-4% ，以很低的含量分布于铝 矾土矿和某些硫化物矿中，含量最富的锗石中也只含0.1% 镓。 镓还容易和锗共存于煤中，所以燃烧后剩下的煤道灰中就含有 微量的镓和锗。
镓与砷、锑、磷等生成的砷化镓、锑化镓、磷化镓等都是优良 的半导体材料。磷化镓还是一种半导体发光材料，能够发射出红光 或绿光。 低温时镓有良好的超导性，在接近绝对零度即0K时，电阻几乎 为零。钒三镓（一个镓原子和三个钒原子形成的合金）是超导材料。
应当注意的是，镓及其化合物都有毒。其毒性远远超过汞和砷！镓 可以伤肾，破坏骨髓，沉积在软组织中，造成神经、肌肉中毒。它 可以与引起肿瘤、抑制正常生长有关。
课件无机化学21 P区金属
4． SnO2有何用途？铅有几种常见氧化物？ 请设计一实验证明铅丹的组成为Pb3O4(即含 1个Pb(Ⅳ)，2个Pb（Ⅱ）)？锗分族氢氧化 物的酸碱性变化有何规律？
SnO2用途：用于制造半导体气敏元件，不
透明玻璃，珐琅和陶瓷
SnO2为非整比化合物，其晶体中锡的比例较
大，从而形成n型半导体。
当该半导体吸附象H2、CO、CH4等具有
(3) 在形成化合物时表现出明显的共价性。 p区金属元素的高价氧化态化合物多数为共 价化合物，低氧化态的化合物中部分离子性 较强。
21-1 P区金属概述
2． P区金属在在氧化态表现和变化规律上有
何特征？
由于ns、np电子可同时成键，也可仅由
np电子参与成键，因此它们在化合物中常
有两种氧化态，且其氧化值相差为2。
21-3
问题：
锗分族
4． SnO2有何用途？铅有几种常见的氧化物？ 请设计一实验证明铅丹的组成为Pb3O4(即含1 个Pb(Ⅳ)，2个Pb（Ⅱ）)？锗分族氢氧化物的 酸碱性变化有何规律？
5．如何配制SnCl2溶液？如何鉴定Sn2+ ？ 6．了解锗分族的硫化物并与砷分族对比。了解 铅的重要含氧酸盐。
立方晶系
四方晶系 正交晶系 286K 434K
常见的锡制品为白锡，286－434K时白锡 稳定，低于286K转变为粉末状的灰锡，温度 越低，转变越快，所以锡制品在低温下会自 行毁灭。
（1）与氧反应：在通常条件下，空气中铅 能被氧化，在铅表面生成一层氧化铅或碱式 碳酸铅，且形成保护膜。空气中的氧对锗和 锡都无影响。这三种金属在高温下能与氧反 应而生成氧化物。
21-1 P区金属概述
1．P区金属在价层电子结构上与S区金属有何 不同？P区金属的价层电子结构使P区金属在 金属性和形成化合物时的化学键上与S区金属 有何不同？
SnO2用途：用于制造半导体气敏元件，不
透明玻璃，珐琅和陶瓷
SnO2为非整比化合物，其晶体中锡的比例较
大，从而形成n型半导体。
当该半导体吸附象H2、CO、CH4等具有
(3) 在形成化合物时表现出明显的共价性。 p区金属元素的高价氧化态化合物多数为共 价化合物，低氧化态的化合物中部分离子性 较强。
21-1 P区金属概述
2． P区金属在在氧化态表现和变化规律上有
何特征？
由于ns、np电子可同时成键，也可仅由
np电子参与成键，因此它们在化合物中常
有两种氧化态，且其氧化值相差为2。
21-3
问题：
锗分族
4． SnO2有何用途？铅有几种常见的氧化物？ 请设计一实验证明铅丹的组成为Pb3O4(即含1 个Pb(Ⅳ)，2个Pb（Ⅱ）)？锗分族氢氧化物的 酸碱性变化有何规律？
5．如何配制SnCl2溶液？如何鉴定Sn2+ ？ 6．了解锗分族的硫化物并与砷分族对比。了解 铅的重要含氧酸盐。
立方晶系
四方晶系 正交晶系 286K 434K
常见的锡制品为白锡，286－434K时白锡 稳定，低于286K转变为粉末状的灰锡，温度 越低，转变越快，所以锡制品在低温下会自 行毁灭。
（1）与氧反应：在通常条件下，空气中铅 能被氧化，在铅表面生成一层氧化铅或碱式 碳酸铅，且形成保护膜。空气中的氧对锗和 锡都无影响。这三种金属在高温下能与氧反 应而生成氧化物。
21-1 P区金属概述
1．P区金属在价层电子结构上与S区金属有何 不同？P区金属的价层电子结构使P区金属在 金属性和形成化合物时的化学键上与S区金属 有何不同？
Chapter21 P区金属
②第四周期元素表现出异样性(d区插入) 第四周期元素表现出异样性( 区插入) 周期元素表现出异样性 例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸 例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸(HClO3 ， HIO3)、高卤酸 、高卤酸(HClO4，H5IO6)强。 强 ϕθClO3-/Cl2 =1.47 v ϕθ BrO3-/Br2= 1.48v ϕθ IO3-/I2= 1.195v ϕθ ClO4-/ClO3- = 1.19v ϕθ BrO4-/BrO3-= 1.763v ϕθ H5IO6/IO3- = 1.70v
三.铝盐和铝酸盐 1.铝盐和铝酸盐的形成及水解性 [Al，Al2O3或Al(OH)3]+HCl AlCl3 （铝盐） 铝盐） ， [Al，Al2O3或Al(OH)3]+NaOH NaAl(OH)4 （铝酸盐） 铝酸盐） ， ①铝盐溶液由于水解均呈酸性： 铝盐溶液由于水解均呈酸性： Al(H2O)63+ + H2O Al(H2O)5(OH)2+ + H3+O { [Al(H2O)5(OH)]2+还将逐级水解 } 向铝盐中加入碳酸钠不能得到碳酸铝，水解反应如下： ②向铝盐中加入碳酸钠不能得到碳酸铝，水解反应如下： 2Al3+ + 3CO32-+ xH2O Al2O3·xH2O↓ +3CO2↑ 铝酸盐水解使水溶液呈弱碱性： ③铝酸盐水解使水溶液呈弱碱性： Al(OH)4Al(OH)3 + OH冰晶石Na 的制取： ④冰晶石 3AlF6的制取： 2Al(OH)3+12HF +3Na2CO3 2Na3AlF6 + 3CO2↑+ 9H2O 电解法制铝所需要的助熔剂） （2Na3AlF6电解法制铝所需要的助熔剂）
PPTp区金属概述
2Al(s)+6H+(aq)==2Al3+(aq)+3H2(s) 2Al(s)+2OH-(aq)+6H2O(l)==2Al(OH)-(aq)+3H2(g)
铝及其化合物
二、铝的氧化物及其水合物
（1）、三氧化二铝
Al2O3有多种变体，其中最为人们所熟悉的是－ Al2O3和－Al2O3它们是白色晶形粉末。 自然界存在的刚玉为－Al2O3。它也可以由金属铝 在O2中燃烧或者灼烧Al(OH)3和某些铝盐[Al(NO3)3、 AlCl3]而得到。
铝及其化合物
（3）、硫酸铝和明矾 无水硫酸铝Al2(SO4)3为白色粉末。从水溶液 中得到的为Al2(SO4)3· 18H2O。将纯Al(OH)3溶 于热的浓H2SO4或者用H2SO4直接处理铝土矿 或粘土都可以制得Al2(SO4)3。 硫酸铝易与K+、Rb+、Cs+、NH4+和Ag+等的 硫酸盐结合形成矾，其通式为 MAl(SO4)2· 12H2O(M表示一价金属离子)。 硫酸铝钾KAl(SO4)2· 12H2O叫做铝钾矾，俗 称明矾，它是无色晶体。
589.1 1970 2875
762.2
708.4
715.4 1449.9 3081
KJ/ mol
1816.1 1979 2744.8 2963
1537. 4
3301. 9
1411. 3
2942
电负性
标准 电极 电势 M3++3e-M
1.61
-1.076
1.81
1.78
2.04
+0.72
2.01
1.96
2.33
-0.56 -0.338
21 第21章 p区金属
GeO2 (白色) SnO2(白，难溶于酸或碱) PbO2 (棕黑，两性偏酸)
Ge(OH)2(白色) Ge(OH)4(棕色)
Sn(OH)2(白色) Sn(OH)4(白色) Pb(OH)2(白色) Pb(OH)4(棕色)
稳定性： Sn(II)还原性 <
Sn(IV)
Pb(II)
>
Pb(IV)氧化性
高价体现氧化性， 低价体现还原性
3）单质的化学性质：
M2O3
O
2
S
M2S3
MX3
X2
H2SO4(热浓) Sb2(SO4)3
Sb
Bi2(SO4)3
Bi
HNO3
Sb2O5 ·xH2O
Bi(NO3)3
21-4-2 锑和铋的化合物
1、氧化物和氢氧化物
锑、铋氧化物及其氢氧化物的酸碱性
锑
Sb4O6
+III
Sb(OH)3
两性偏碱性
Sb2O5
+V
4. 铝的卤化物
AlF3
AlCl3 AlBr3
AlI3
离子晶体
共价键(分子晶体) 熔点低，易挥发，易溶于有机溶剂
气态时形成二聚体Al2Cl6。 Cl
Cl Al
Cl Al
Cl
Cl
Cl
3p1
3s2
sp3 杂化
AlCl3的激烈水解：
A3 l C 32 lH O水 ( 或潮 ) A 湿 l(3空 O 3H H 气 C ) l
3. Al2O3和Al(OH)3
723K Al(OH)3 －Al2O3 活性氧化铝(可作为催化剂载体)
1273K
a－Al2O3
刚玉
红宝石(Cr3+) 蓝宝石(Ti4+, Fe2+) 黄玉 (Fe3+)
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水解激烈：
A3 l C 32 H lO Al(3 O 3H HC)l
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10
潮湿空气中的
AlCl3，遇NH3生成 NH4Cl。
用干法合成AlCl3：
白烟为NH4Cl
2Al3C2(lg ) 2A3lCl
2 A 6lH C l2(A g 3 )3 lC 2H (g l ) 2021/3/A 7 2 O 3 l 3 C 32 C l 2A 3 3 lC C1O 1 l
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
2021/3/7
1
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。
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14
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。
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）。
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12
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：
1 ． 两 者 都 是 活 泼 金 属 ， 它 们 的 电 极 电 势 值 很 相 近 ， E0 （Be2+／Be）＝-1.85伏、E0（A13+/Al）＝-1.706伏)。2．两者 都是两性元素，氢氧化物也属两性。
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
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15
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。
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16
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。
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。
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4
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
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2
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 。
3．两者氧化物的熔点和硬度都很高。
4．两者都是共价型的卤化物。
5．铍盐、铝盐都易水解。
6．Be2C象A14C3与水反应而生成甲烷：
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13
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。
在碱性溶液中存在[Al(OH)4]-或[Al(OH)6]3简便书写为 AlO2或AlO33
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7
21-2-3.铝盐和铝酸盐 硫酸铝：Al2(SO4)3
铝钾矾(明矾)：KA4 l)(2S 1H O 22O
Al3+易水解：
[Al(H2O)6]3+ [Al(OH)(H2O)5]2+ + H+
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
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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 。
Al(OH)3(s) 3NH4
Al(OH) 3 3C14H6O2 (OH)2
茜素
Al(C14H7O4 )3(红色) 3H2O
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9
21-2-5 铝的卤化物和硫酸盐
AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3
离子键
共价键
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。
K =10-5.03
23 A 22 l-S 62 O H 2A3 (ls (3 O )2 S H H (
23 A 3 C l3 2 - O 3 H 2 O 2A3 (l s (3 ) O C 2 (H g O
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8
Al3+的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素
Al3 3NH3 H2O
于酸、碱，可作为催化铝晶体透明，因含有杂质 而呈现鲜明颜色。
红宝石(Cr3+) 蓝宝石(Fe3+,Cr3+) 黄玉/黄晶(Fe3+)
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6
二 氢氧化铝：Al(OH)3
两性： Al(OH)3+ 3H+ Al(OH)3+ OH-
Al3+ + 3H2O [Al(OH)4]-