_铜族元素
第二十章 铜族和锌族综述
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（2）、硫化物 Cu2S和Ag2S两种黑色化合物溶解度很 小，不溶于水和非氧化性酸。如可溶于氧 化性的硝酸： Cu2S+HNO3===？ Ag2S+HNO3===？ Cu2S可溶于KCN生成[Cu(CN)4]3-
（3）、AgNO3 Cu(I)不形成硝酸盐，AgNO3是一种重 要试剂。
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1、活泼性 IB族的最外层电子的Z*（有效核电荷 Z-）高，故第一电离势比碱金属的高。
由于d电子也包含在金属键中，故它 们的升华热和熔点也比碱金属的高得多。 其较惰性的特点与这些因素有关。结果是 其化合物有较多的共价性和较高的晶格能。
2、氧化数 铜、银、金三个元素，每一个元素都 有+1、+2和+3三种氧化数。最常见的氧化 数：铜为+2、银为+1、金为+3。
（5）、配合物 二价铜离子有较强的配合性。 [Cu(H2O)4]2+、[Cu(NH3)4]2+等，但实际上它们的 应该是[Cu(H2O)6]2+、[Cu(NH3)4(H2O)2]2+离子，原因 是因它们的结构是一种特殊的变形八面体结构。
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二价铜离子与CN-形成配合物时比较特殊： 2Cu2++4CN-===(CN)2↑+2CuCN↓(白色) 继续加入CN-则有： CuCN+3CN-===[Cu(CN)4]3用此方法可分离Cu2+和Cd2+离子，也说明Cu2+与 CN-不能共存。另外Cu2+还能形成螯合物。
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3、标准电极电势 Zn2++2e-==Zn =-0.786V Cd2++2e-==Cd =-0.4026V Hg22++2e-==2Hg =0.7986V 2Hg2++2e-==2Hg22+ =0.905V Ca2++2e-==Ca =-2.76V 化学活泼性远于碱土金属； 从上到下，金属活泼性递减；与碱土 金属的变化规律相反。 4、氢氧化物的碱性和稳定性 IIB族氢氧化物属弱碱，且易脱水形成 氧化物。 Be(OH)2和Zn(OH)2为两性氢氧化物。
知识总结——铜族元素和锌族元素
第七节铜族元素和锌族元素．知识梳理1．铜族元素1•1单质的化学性质(1)在空气中：Cu：2Cu+O2+H2O+CO2=Cu(OH)2CuCO3Ag：#H2S空气中久置变黑：Ag+H2S+1/2O2=Ag2s+H2OAu：不与空气作用(2)与酸反应：Cu+4HC1(浓)-H3[CuCl4]+1/2H2TAg+HI-Agl；+1/2H2TAu+4HCl+HNO3=H[AuCl4]+NO T+2H2O1•2铜族元素的重要化合物1．氧化数为+1的化合物(2)硝酸银[Cu(I)无硝酸盐]制备：3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO T+2H2OAg+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2f+H2O遇蛋白质生成黑色蛋白银，对有机组织有破坏作用，使用时勿使皮肤接触，在医药上用作消毒剂和腐蚀剂。
大量AgNO3用于制造照相底片上的卤化银，是重要的化学试剂。
(3)卤化物：①CuX2Cu2++2X-+SO2+2H2O-CuX；+4H++SO42-Cu2++2Cl-+Cu-2CuCl-2H[CuCl2]2Cu2++4I-=2CuI；+I2；CuX主要性质：在潮湿含氧环境下稳定性差：4CuCl+O2+4H2O=3CuOCuCl2^3H2O+2HCl8CuCl+O2=2Cu2O+4Cu2++8Cl-在相应卤化物中形成较稳定的卤配离子：CuX+X-=^CuX2-(无色)有一定氧化性：4CuI+Hg=Cu2[HgI4]+2Cu白暗红此反应用于检验实验室空气中的汞含量。
②AgX性质：见光分解：AgBr-Ag+Br因此AgBr用作感光材料。
(4)硫化物：Cu2S,Ag2S：黑色；难溶于水；溶于热浓硝酸3Cu2s+16HNO3(浓)一6Cu(NO3)2+3s；+4NO f+8H2O3Ag2s+8HNO3(浓)一6Ag(NO3)2+3S；+2NO f+4H2O2．氧化数为+2的化合物(1)氢氧化铜和氧化铜CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2J+Na2SO4Cu(OH)2O①氧化铜热稳定性：在高温时明显分解2CuO1237K>Cu2O+1/2O2加热可被H2、CO、NH3还原3CuO+2NH3=3Cu+3H2O+N2②氢氧化铜(浅蓝色)微显两性(以碱性为主)，可溶于浓强碱：Cu(OH)2+2OH-[Cu(OH)4]2-溶于氨水Cu(OH)2+4NH3^^[Cu(NH3)4](OH)2(2)氯化铜CuCl2无水CuCl2为共价化合物，结构为链状，其中Cu采取dsp2杂化方式。
ds 区 元 素
ds 区 元 素
2. 锌族元素的重要化合物
（1）锌的化合物。 锌的化合物主要有锌的氧化物、 氢氧化物和卤化物等。
①氧化锌（ZnO）。ZnO是白色粉末状不溶于水的两性 化合物，它既能溶于酸，又能溶于碱：
ZnO+2HCl →ZnCl2+H2O ZnO+2NaOH →Na2ZnO2+H2O
ds 区 元 素
由表可知，卤化银中只有AgF易溶于水，其余 均微溶于水，且溶解度按AgCl→AgBr→AgI的顺序 降低，它们的颜色也依此顺序加深。这种变化趋势 与从AgF到AgI键型的变化有关，即以离子键为主变 成以共价键为主结合。
ds 区 元 素
（2）二价化合物。 铜族元素中氧化态为+2的 只有铜，铜的化合物最重要的有CuO、Cu(OH)2、 CuSO4·5H2O等。
ds 区 元 素
氧化亚铜(Cu2O)是红色固体，很稳定，在自然界中以赤铜 矿形式存在，当灼烧氧化铜达1273~1473 K时，分解出氧，生 成氧化亚铜：
ds 区 元 素
因此，AgNO3晶体或溶液都应在棕色玻璃瓶内保存。AgNO3可溶 于水，其水溶液与卤化物作用，生成卤化银。固体AgNO3或其溶液都是 氧化剂，即使在室温下，许多的有机物都能将它还原成黑色的银粉。
2Cu+H2O+CO2+O2 → Cu2(OH)2CO3
ds 区 元 素
2. 铜族元素的重要化合物
铜、银、金都可以形成氧化数为+1、+2、+3的化合 物，其中，Cu(+2)、Ag(+1) Au(+1) 态。不同氧化数的铜族元素离子能与CN-等简单配体形成稳 定配合物。
第八章 Cu Zn族元素
(3) 除渣 形成熔渣FeSiO3,因其密度小而浮在上层，而Cu2S和 剩余的FeS熔在一起生成所谓“冰铜”，并沉于熔体下层：
FeO + SiO2 ─→ FeSiO3(渣) mCu2S + nFeS ─→ 冰铜
+1、+2、+3 IA＜＜ IB
密度大、熔沸点较高
导电、导热性很好
延展性好
二、铜族元素的单质
1.物理性质
(1) 特征颜色：Cu(紫红)，Ag(白)，Au(黄)
(2) 它们的密度都大于5，都是重金属，其中金的 密度最大，为19.3g·cm-3。
(3) 溶、沸点较其它过渡金属低
(4) 导电性、导热性好，且Ag>Cu>Au
(5) 延展性好：1g金可以拉成长达3.4km的金线， 也能碾压成0.0001mm厚的金箔。
(6) 能与许多金属形成合金，其中铜的合金品种最 多，金易生成汞齐。
2.化学性质 (1) 与O2作用
2Cu O2 2CuO(黑) 2Cu O2 H2O CO2
Cu 2 (OH) 2 CO3 (绿)
Ag 2HNO3(浓) AgNO3 NO2 H2O Cu 2H2SO4 (浓) CuSO 4 SO2 2H2O 2Ag 2H2SO4 (浓) Ag2SO4 (s) SO2 2H2O Au 4HCl(浓) HNO3(浓)
H[AuCl 4 ] NO H2O
铜的冶炼、金的提取、银的回收
3. 银的回收 仍用氰化法浸取，然后用Zn或Al将Ag置换出来，反应如下：
4Ag + 8CN- + O2 + 2H2O → 4[Ag(CN)2]- + 4OHAg2S + 4CN- → 2[Ag(CN)2]- + S2-
副族元素性质归纳及解题分析(1)
1 铜族元素
11 铜族元素的通性
IB族：铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）。 价电子构型: (n1)d10 ns1, 靠近d区。
氧化态+I、+II、+III
铜族元素 金属键较强，具有较高的熔沸点， 升华热，导电、导热性能好，密度 大
碱金属元素 金属键较弱，熔沸点 低，硬度、密度小 极活泼，随原子序数 增加而活泼性增加 +I 大多是离子型的无色 物质，正离子难还原 极少，仅能同极强的 配位剂生成配合物 强碱，热稳定性高
Cl Cl Cl
2、锌族元素 2-1 锌族元素的通性
锌族元素 物理性质 碱土金属元素
熔沸点、熔化热、气化热比碱土金属和 熔沸点较锌族元素高 铜族元素低（s电子成对后稳定性增加）
化学性质及 较不活泼，随原子序数增加活泼性降低， 较活泼，随原子序数 变化规律 锌溶于稀酸、镉较慢、汞不溶 增加活泼性增加
三、三氯化金 金在473K下同氯气作用，可得到褐红色的晶体三氯化金。在金 的化合物中，氧化态为+III的化合物最稳定，氧化态为+I的化合 物很容易转化成氧化态为+III的化合物。 Cl Cl 3Au+=Au3++2Au K=[Au3+]/[Au+]=1013。 Cl 三氯化金在固态和气态时为二聚体结构。 Au Au
13 铜族元素的主要化合物 一、铜的化合物 1、氧化态为+I的化合物 （1）氧化物 硫酸铜碱性溶液用葡萄糖还原，可以制得Cu2O： 其化学反应方程式为： 2[Cu(OH)4]2+CH2OH(CHOH)4CHO== 3OH+CH2OH(CHOH)4COO+3H2O+Cu2O↓ （2）卤化物 2Cu2++4I=2CuI↓+I2；定量测定铜。 I2+SO2+2H2O=H2SO4+2HI 2CuCl2+SO2+2H2O=2CuCl↓+H2SO4+2HCl Cu+CuCl2=2CuCl CuCl在不同浓度的KCl溶液中，可以形成配离子[CuCl2]、 [CuCl3]2、 [CuCl4]3。 （3）硫化亚铜：Ksp=2×1047，2Cu+S=Cu2S 2Cu2++2S2O32+2H2O=Cu2S↓+S↓+2SO42+4H+
无机化学反应式-铜族元素
Cu(OH)2 + 2HNO3 Cu(OH)2 + 2H+ 3Cu(OH)2 + 2KBr 2K2O2·H2O 2Cu(OH)2 + (NH4)2SO4 Cu(OH)2 + (NH4)2SO4 + 2NH3 2Cu(OH)2 + (NH2OH)·H2SO4
Cu(NO3)2 + 2H2O Cu2+ + 2H2O Cu2Br2·Cu(OH)2·H2O + K2O2·H2O 4KOH + O2 Cu2(OH)2SO4 + 2NH3 + 2H2O CuSO4·4NH3 + 2H2O Cu2OSO4·2NH4OH + 3H2O Cu2O(红色) + C6H12O7(葡萄糖酸) +
CuO
4CuO CuO + H2 2CuO + C CuO + Fe 2CuO + Fe CuO + Cu 2CuO + Zn(粉,小量) + 4HCl(浓) 2CuO + 2SO2 + O2 CuO + CO 2CuO + 3FeO CuO + 2H+ CuO + 2HCl CuO + H2SO4 CuO + 2HNO3 CuO + 2CH3COOH 3CuO + FeCl3 CuO + 2FeCl3 + H2O 3CuO + Fe2(SO4)3 CuO + Na2B4O7 2Cu2O + O2↑(Cu2O 在干态时稳定) Cu + H2O 2Cu + CO2 FeO + Cu FeO + Cu Cu2O Cu2Cl2 + ZnCl2 + 2H2O 2CuSO4(用 SO2 制取 CuSO4 的反应) Cu + CO2↑ Cu2O + Fe3O4 Cu2+ + H2O CuCl2 + H2O CuSO4 + H2O Cu(NO3)2 + H2O Cu(CH3COO)2 + H2O Fe2O3 + 3CuCl2 CuSO4 + Fe2O3 + SO3 + H2 3CuSO4 + Fe2O3 2NaBO2 + Cu(BO2)2
元素的反应周期表中的催化剂元素
元素的反应周期表中的催化剂元素元素是构成物质的基本单位，而催化剂元素则是在化学反应中起到促进反应速率的作用。
在元素的反应周期表中，存在着一些具有催化剂性质的元素，它们可以加速化学反应的进行，降低能量激活要求，提高反应的效率。
本文将会介绍一些常见的催化剂元素，并探讨它们在化学反应中的作用机制。
第一组：铂族元素铂族元素包括铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）、钌（Ru）、铱（Ir）和锇（Os），它们在化学反应中常被用作催化剂。
铂族元素具有良好的催化活性和稳定性，能够参与氧化还原反应、氢化反应、加氢反应等多种反应。
以铂为例，它常被用作汽车尾气中的催化转化剂，将有害的尾气中的氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳转化为无害的氮、水和二氧化碳。
铂能够吸附氮氧化物和碳氢化合物分子，使其发生反应，并在反应过程中不发生氧化还原。
第二组：镍族元素镍族元素包括镍（Ni）、钯（Pd）、铂（Pt）、钴（Co）、铁（Fe）和钌（Ru）。
这些元素在催化剂中常常起到氢化和脱氢反应的催化作用。
以镍为例，它在加氢反应中有着广泛的应用，能够加速烯烃和脂肪酸的加氢，将其转化为饱和烃。
镍的催化作用是通过吸附氢气和底物分子，使底物分子与氢气发生反应，并在反应后释放出反应产物。
第三组：铜族元素铜族元素包括铜（Cu）、银（Ag）和金（Au），它们在化学反应中常被用作催化剂。
铜族元素具有良好的电子传导性能，在电化学反应中能够提供电子传递的通道。
以铜为例，它在有机合成反应中广泛应用，能够参与氧化和加氢反应，促进有机物的转化。
铜的催化作用是通过吸附底物分子和提供电子，使底物分子与其他反应物或氧气发生反应，并加速反应进程。
第四组：铁族元素铁族元素包括铁（Fe）、钌（Ru）、钴（Co）、铑（Rh）、铑（Ir）和镍（Ni）。
这些元素在化学反应中常被用作氧化还原反应和氢化反应的催化剂。
以铁为例，它在催化剂中有着广泛的应用，能够参与合成氨、甲醇和合成气等反应。
铁的催化作用是通过吸附底物分子并与其他反应物发生反应，转化为反应产物。
元素化学—s区、d区、ds区元素及其重要化合物
锌盐
与S2-的作用 Zn2+ + H2S → ZnS(s,白) ，氨碱性条件下沉淀完全，溶于0.3 mol-1的HCl ZnSO4(aq) BaS(aq) ZnSBaSO4(s,白) 锌钡白(立德粉)
汞盐
为什么氯化亚汞分子式要写成 Hg2Cl2而不能写成 HgCl ？
汞除了形成氧化数为＋2的化合物外，还有氧化数为＋1的化合物。在氧 化数为＋1的汞的化合物中，汞以（—Hg—Hg—）形式存在。Hg（Ⅰ） 的化合物叫亚汞化合物。试验证明其中的汞离子是{Hg-Hg}2+，而不是 Hg+。
2Cd O2 2CdO(s,红棕色)
2Hg O2
360 2HgO(s,红、黄)
470
ห้องสมุดไป่ตู้
潮湿
4Zn 2O2 CO2 3H2O ZnCO3 3Zn(OH)2 碱式碳酸锌
单质的化学性质
(2) 与S的 作用
溶
ZnS(白)
解
度
M+S
MS
CdS(黄)
依 次
HgS (红、黑）
减 小
氧化物与氢氧化物
铜盐
CuSO4·5H2O称为胆矾，呈蓝色
CuSO 4 5H 2O 102C CuSO 4 3H 2O 113C CuSO 4 H 2O 258C CuSO 4
无水CuSO4为白色粉末，易溶于水，吸水性强，吸水后呈蓝色， 可检验有机液体中的微量水分
铜盐
CuSO4溶液中加入氨水，先生成浅蓝色的碱式硫酸铜沉淀： 2Cu2+ + SO42-+ 2NH3∙H2O = Cu2(OH)2SO4(s) + 2NH4+
基 础 化 学
ds区元素
1_第22章 ds区金属预习提纲
第二十二章ds区金属预习提纲第22章ds区金属第一节铜族元素（ds区）I B II B价电子结构(n-1)d10ns1(n-1)d10ns2第四周期Cu (copper)Zn (zinc)第五周期Ag (silver）Cd (cadmium)第六周期Au (Aurum)Hg (mercur)(n-1)d10ns1。
2.铜族元素在水溶液中的金属活泼性远小于碱金属，而且按铜-银-金的顺序降低。
碱金属是非常活泼的，铜族金属是不活泼的。
值都比氢从电势图可以看出，铜、银、金的的大，所以铜族元素在水溶液中的金属活泼性远小于碱金属，而且金属活泼性按铜、银、金的顺序降低。
这与碱金属从钠到铯金属活泼性增强恰好相反。
问题1：铜族元素的金属活泼性远小于碱金属，而且按铜-银-金的顺序降低原因: 铜族与碱金属元素性质不同的内在原因在于它们电子构型的不同。
铜族元素次外层比碱金属多10个d电子。
由于d电子屏蔽核电荷的作用较小，致使铜族元素的有效核电荷比相应的碱金属元素增大，核对价电子吸引力增强，第一电离能增大，活泼性比碱金属差。
铜族金属是不活泼的，且由Cu→Ag→Au活泼性递减。
热力学角度从固体金属形成一价水合阳离子全部过程的能量变化来解释.该过程的能量包括：升华能是由固体金属升华为气体原子所吸收的能量；电离能是由气态原子电离为气态M+所吸收的能量；水化能是气态M+与水结合成水合离子M+(aq)所释放出的能量。
应用玻恩一哈伯循环计算得到整个过程所需的总能量见表22－2。
从总能量看出，由M(s)→M+(aq)所需总能量按铜、银、金顺序越来越大，即单质形成M+(aq)的活性依次降低，所以铜、银、金的金属性质愈来愈不活泼。
3、铜族元素其价电子构型为(n-1)d10ns1。
铜族元素的氧化态有+I、+II、+III三种。
常见的是：Cu为+II、Ag为+I、Au为+III。
Cu、Ag、Au的氧化态的变化趋势没有规律性问题2：Cu、Ag、Au的氧化态的变化趋势为什么没有规律性？b. 金比铜和银更易实现高氧化态，如：AuF5和AuF74、铜族元素容易形成共价化合物，形成配合物的倾向也很显著。
无机化学-铜族元素
Cu(OH)2 ·CuCl2+2HCl+2H2O
所以制备无水CuCl2时，要在HCl气流中加热脱水， 无水CuCl2进一步受热分解为CuCl和Cl2
卤化铜是 共价化合物
卤化亚铜都是白色的难溶化物，其溶解度依Cl、Br 、I顺序减小。
拟卤化铜也是难溶物，如： CuCN的Ksp = 3.2×10–20 CuSCN的Ksp = 4.8×10–15
(6) 硝酸银
AgNO3见光分解 ，痕量有机物促进其分解，因 此把AgNO3保存在棕色瓶中。
AgNO3是一种氧化剂，即使室温下，许多有机物 都能将它还原成黑色的银粉。
AgNO3和某些试剂反应，得到难溶的化合物，如： 白色Ag2CO3、黄色Ag3PO4、浅黄色Ag4[Fe(CN)6]、 桔黄色Ag3[Fe(CN)6]、砖红色Ag2CrO4。
第十章、铜族与锌族元素(ds区)
10.1 铜族元素
10.1.1 铜族元素通性
性质
元素 符号
价电子 构型
常见氧 化态
第一电离能 /(kJ ·mol–1)
第二电离能 /(kJ ·mol–1)
铜 Cu 3d104s1 +1, +2
750
1970
银 Ag 4d105s1 +1
735
2083
金 Au 5d106s1 +1, +3
10.1.5 Cu(I)与Cu(II)的相互转化
铜的常见氧化态为+1和+2，同一元素不同氧化态 之间可以相互转化。这种转化是有条件的、相对的 ，这与它们存在的状态、阴离子的特性、反应介质 等有关。
1. 气态时，Cu+(g)比Cu2+(g)稳定，由△rGm的大小可以 看出这种热力学的倾向。
铜族元素
4CuI+Hg＝Cu2HgI4（黄）+2Cu（红）
（2）卤化银 可溶性银盐分别和Cl-、Br-、I-离子作用得到难溶 的AgCl、AgBr、AgI，由于AgF易溶，所以要用Ag2O 和HF反应来制取。 Ag++X-＝AgX↓（X=Cl、Br、I） Ag2O+2HF＝2AgF+H2O AgCl、AgBr、AgI都不溶于稀硝酸。
CuX（s）+X-（aq）＝[CuX2]-（aq） 表19-4 [CuX2]-的平衡常数
平衡常数
[CuCl2]6.6×10-2
[CuBr2]4.6×10-3
[CuI2]6.3×10-4
实验室中可悬挂涂有CuI的纸条来检测空气 中Hg的含量。如在288K经三小时，白色CuI不变 色，表示空气中的Hg含量低于允许量；在三小时 以内，如变为亮黄至暗红色可根据变色的时间判 断空气中含Hg量。
Cu 天然铜
Ag
Au
孔雀石 Cu(OH矿 FeS2 赤铁矿 Fe2O3 水锰矿 MnO、 MnO2
辉锑矿 Sb2S3
1. 铜族元素的存在和冶炼
1-1 存在 铜主要以硫化物形式存在。主要铜矿有辉铜矿 （Cu2S）、黄铜矿（CuFeS2）、赤铜矿（Cu2O）、蓝 铜矿（2CuCO3· Cu(OH)2）和孔雀石（CuCO3· Cu(OH)2） 等。
铜易为硝酸，热浓硫酸等氧化性酸氧化而溶解：
Cu+4HNO3（浓）══Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3（稀══3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Δ Cu+2H2SO4（浓）===CuSO4+SO2↑+2H2O 银与酸的反应与铜相似，但更困难一些： Ag+2HNO3（浓）══AgNO3+NO2↑+H2O 3Ag+4HNO3（稀）══3AgNO3+NO↑+2H2O Δ 2Ag（粉）+2H2SO4（浓）===Ag2SO4+SO2↑+2H2O
常见金属元素及其化合物—铜族和锌族元素及其化合物的性质识用
它们都可形成许金多合金。
2. 物理性质
(1) 特征颜色：Cu(紫红)，Ag(白)， Au(黄) (2) 溶、沸点较其它过渡金属低 (3) 导电性、导热性良好，且Ag>Cu>Au (4) 延展性良好
3.化学性质
铜族元素的化学活性从Cu至Au降低，主要表现 在与空气中氧的反应和与酸的反应。
425℃熔化约 1000℃沸腾
1.5（25℃），难溶 于水。在空气中吸 湿后变绿，溶于氨
水
(1) Cu(Ⅰ)的化合物： 通常为无色。 Cu(Ⅰ)的化合物在固态时稳定性高于Cu(Ⅱ)，但在溶液
中容易被氧化为Cu(Ⅱ)。 几乎所有的Cu(Ⅰ)化合物都难溶于水，其溶解度顺序为：
CuCl＞CuBr＞CuI＞CuSCN＞CuCN＞Cu2S
2Cu + 2H2SO4(浓) 2Ag + 2H2SO4(浓) 金只能与王水作用：
2CuSO4 + SO2↑+ 2H2O Ag2SO4 + SO2↑+ 2H2O
Au + 4HCl + HNO3 HAuCl4 + NO↑+ 2H2O
(5)Cu、Ag、Au溶于含氧的碱性氰化物中。
4Au+O2+8CN-+2H2O
Cr
3d54s1
Mn
3d54s2
Fe
3d64s2
Co
3d74s2
Ni
3d84s2
Cu
3d104s1
Zn
3d104s2
表3-3 过渡元素的一般性质
熔点 /℃
沸点 /℃
原子半 径
pm
第一离解 能
kJ·mol-1
第18章-铜族元素 锌族元素
第18章铜族元素锌族元素18.1 铜族元素18.1.1通性铜族元素：周期表ds区，第IB副族，包括铜(c opper)、银(s ilver)、金(g old)三种元素。
价电子构型为(n-1)d10ns1，最外电子层只有一个s电子，次外层为18个电子。
铜族元素与碱金属元素的性质差异主要体现在以下三点：●铜族元素的最外层电子受到的有效核电荷较大，使铜族元素的电离能高，原子半径小，密度大，化学活性差。
●铜族元素有多种氧化态，主要有+Ⅰ、+Ⅱ、+Ⅲ三种，而碱金属的氧化态只有+Ⅰ。
●碱金属从Na到Cs，金属活泼性增高；铜族元素恰恰相反，从铜到金化学活性逐渐降低。
从Cu到Au，原子半径增加不大，而核电荷却有明显增加，次外层18电子的屏蔽效应又小，使核对电子的吸引力增大，因而金属活泼性依次减弱。
铜族元素通性及变化规律：●从Cu到Au形成一价水合离子的活性越来越弱，金属的活泼性减弱。
●Cu+在高温和固态时很稳定--- ①d10全充满的稳定构型电子；②铜的第二电离能比第一过渡系任何元素都大的缘故。
但在溶液中Cu+不稳定，易歧化成Cu2+和Cu----Cu2+的水和热很大。
●一价离子具有18电子构型，有很强的极化能力和明显的变形性，本族元素易形成共价化合物；●原子中(n-1)d、n s、n p轨道的能量相差不大，有能级较低的空轨道，所以有很强的形成配合物的倾向。
18.1.2单质的物理性质和化学性质1．物理性质铜族元素单质的密度较大，熔沸点较高，但硬度较小。
它们都有很好的延展性，特别是金，1克金能抽成长达3 km的金丝或压成厚约0.0001mm的金箔，500 张的总厚度比头发丝的直径还薄些。
铜族元素都有良好的导电性和导热性。
银的导电性在金属中位居首位，铜列次席。
铜族金属之间以及和其它金属之间，都很容易形成合金，其中铜合金种类很多，历史也最久远，如青铜（80%Cu,15%Sn, 5%Zn）质地坚韧、易铸；黄铜（60%Cu、40%Zn）广泛用于制作仪器零件；白铜（50～70%Cu,18～20%Ni,13～15%Zn）主要用作刀具等。
铜族元素
3.化学性质 •与O2作用
2Cu O2 2CuO(黑)
2Cu O 2 H 2O CO 2 Cu 2 (OH)2 CO3 (绿)
碱式碳酸铜 Au，Ag不与O2发生反应， 当有沉淀剂或配合剂存在时，可反应。
2013-7-14 铜族元素 L.Z.X.X 10
M Cu, Ag, Au
4M O2 2H2O 8CN 4[M(CN) ] 4OH 2
4Cu O 2 2H2O 8NH3 4[Cu(NH3 ) 2 ] (无色) 4OH
O2
[Cu(NH 3 ) 4 ]2 (蓝)
所以不可用铜器盛氨水。
3. 铜族元素的标准电极电势比碱金属的正，所以铜族元素在水溶液中的化学活泼性远小于碱 金属，且活泼性从铜到银降低。
2013-7-14
铜族元素 L.Z.X.X
5
铜族元素的基本性质
性质 元素符号 铜 Cu 银 Ag 金 Au
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
原子序数
相对原子质量 价电子结构
29
63.546
47
107.868
1
79
196.9665
1
3d 4s
+1，+2
745.3 1957.3
10
4d 5s
+1
730.8 2072.6
10
5d 6s
+1，+3
889.9 1973.3
10
1
常见氧化态
第一电离能/KJ.mol-1 第二电离能/KJ.mol-1
第三电离能/KJ.mol-1
电负性
铜族元素
第二十二章ds 区元素本章要求：1,掌握铜族和锌族元素单质的性质及用途。
2,掌握铜、银、锌、汞的氧化物、氢氧化物、重要盐类以及配合物的生成与性质。
3,掌握Cu(I)、Cu(II)、Hg(I)、Hg(II)之间的相互转化。
4，掌握IA和IB；IIA和IIB族元素的性质对比。
22-1 铜族元素22-1-1 铜族元素的通性：周期系第一副族元素(也称为铜族元素)包括铜、银、金三个元素, 它们的价电子层结构为(n-1)d10ns1。
从最外电子层来看它们和碱金属一样,都只有一个s 电子。
但是次外层的电子数不相同，铜族元亲次外层为18个电子，碱金属次外层为8个电子(锂只有2个电子)。
由于18电子层结构对核的屏蔽效应比8电子结构小得多，即铜族元素助原子的有效核电荷较多，所以本族金属原子最外层的一个s 电子受核心荷的吸引比碱金属要强得多，因而相应的电离能高得多，原子半径小得多，密度大得多等等。
表22-1 汇列了铜族元素的基本性质：从表中可以看出铜族元素的氧化数有+1、+2 、+3 三种，而碱金属的氧化数只有+1 一种，这是由于铜族元素最外层的ns电子和次外层的(n-1)d电子的能量相差不大的缘故，如铜的第一电离能为750kJ/mol，第二电离能为1970kJ/mol，它与其它元素反应时，不仅s电子能参加反应，n-1)d电子在一定条件下还可以失去一个到二个，所以呈现变价。
碱金属如钠的第一电商能为499kJ/mol，第二电离能为4591kJ/mol，ns与次外层(n-1)d能量差很大，在一般条件下很难失去第二个电子，氧化数只能为+1。
铜族元素的第一电离势比碱金属高得多，铜族元素的标准电极电势比碱金属的数值大。
由电极电势图可见，铜、银、金的电极电势比氢大，所以铜族元素的金属活泼性远小于碱金属。
本族元素性质变化的规律和所有副族元素一样，从上到下即按Cu、Ag、Au 的顺序金属活泼性递减，与碱金属从Na 到Cs 的顺序恰好相反。
铜族元素
铜族元素1铜族元素简介周期系第ⅠB元素，包括铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)3种元素，通常称为铜族元素。
价电子构型为(n-1)d10n s1。
电负性分别为：1.9，1.93，2.54。
在自然界中，铜族元素除了以矿物形式存在外，还以单质（Au、Ag）形式存在。
常见的矿物有辉铜矿(Cu2S)、铜蓝（CuS）、黄铜矿（CuFeS2）、赤铜矿（Cu2O）、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]、辉银矿(Ag2S)、碲金矿(AuTe2)等。
2铜族元素的单质在冰铜（Cu2S·FeS）转化为粗铜的过程中，有如下反应：2Cu2S+3O2==2Cu2O+2SO2 2Cu2O+Cu2S==6Cu+SO2。
则其中的氧化剂为：Cu2S、O2 ；若反应中，Cu2S为6mol，O27.5mol，则Cu的产率为50% 。
2.1物理性质★铜、银、金都有特征颜色（金属中少见）：Cu(紫红)、Ag(白)、Au(黄)。
★铜、银、金的熔沸点不太高。
★它们的导电性、导热性、延展性特别突出。
它们的导电性顺序为：Ag＞Cu＞Au。
由于铜的价格较低，所以，铜在电器工业上得到了广泛的应用。
2.2化学性质铜、银、金的化学活泼性较差(货币金属)，在室温下看不出它们与氧或水作用。
在含有CO2的潮湿空气中，铜的表面会逐渐蒙上绿色的铜锈(铜绿—碳酸羟铜Cu2(OH)2CO3)。
2Cu + O2 + H2O + CO2→ Cu2(OH)2CO3在加热条件下，铜与氧化合成CuO,而银、金不发生变化。
此所谓“真金不怕火炼”！注意：当沉淀剂或配合剂存在时，铜、银、金也可与氧发生作用：铜和银不与非氧化性酸反应，都可溶于硝酸和热的浓硫酸中。
金只溶于王水。
Au+4HCl+HNO3==HAuCl4+NO↑+2H2O3铜族元素的化合物3.1铜的化合物铜的常见化合物的氧化值为+1和+2。
Cu(Ⅰ)为d10构型，没有d—d跃迁，Cu(Ⅰ)的化合物一般是白色或无色的。
Cu(Ⅱ)为d9构型，它们的化合物中常因Cu2+发生d—d跃迁而呈现颜色。
11.1铜族单质的性质
E (Cu2 / Cu) 0.337V E ( Ag / Ag) 0.799V
E ( Au3 / Au) 1.50V
5
对比同周期碱金属元素，铜族元素的原子半径显著减小；电离能显 著增大； 单质的活泼性远不如相应的碱金属元素单质。 18 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。 Cu的最后一个电子填到3d层（次外层），屏蔽常数较小，导致 有效核电荷较大
6
铜族元素的单质
1）纯铜为红色，银为银白色，金为黄色。 2）重金属，其中金的密度最大，为 19.3 g·cm-3。 3）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。 4）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。 5）铜、银、金能与许多金属形成合金。
7
10
当有空气或配位剂存在时，铜能溶于稀硫酸和浓盐酸
2Cu + 2H2SO4 + O2 = 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + 8HCl（浓）= 2H3[CuCl4] + H2↑
2Ag+ 2H2SO4(浓) = Ag2SO4 + SO2↑+2H2O Ag + 2HNO3(65%) = AgNO3 + NO2↑+ H2O
鼎 古代原是饪食器，后来变为统治阶级政治权利 的重要象征，视为镇国之宝和传国之宝
9
2 化学性质
三种金属都不能置换出氢气；
Cu与Ag不溶于非氧化性酸，能与硝酸、热浓硫酸作用。 Au只能 溶于王水中。 Au + 4HCl + HNO3 = H[AuCl4] + NO + 2H2O Cu+4HNO3(浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu + 2H2SO4(浓) = CuSO4+ SO2↑+ 2H2O 在酸性溶液中，Cu+ 和 Au+ 均不稳定，容易发生歧化反应。
元素周期表族的划分
元素周期表族的划分
元素周期表族的划分是根据元素的化学性质和电子结构进行的。
目前元素周期表主要分为8个族，分别是碱金属族、碱土金属族、过渡金属族、稀土族、铜族、银族、铂族和卤族。
碱金属族元素具有较小的电负性和相对较大的原子半径，易失去外层电子形成+1价阳离子，具有良好的还原性和活泼性。
其中最具代表性的元素是钾、钠和锂。
碱土金属族元素具有较小的电负性和相对较大的离子半径，易失去2个外层电子形成+2价阳离子，具有较强的还原性和活泼性。
其中最具代表性的元素是钙、镁和锶。
过渡金属族元素具有较高的电子亲和能力和较小的离子半径，能够形成多种价态离子，具有良好的催化性和稳定性。
其中最具代表性的元素是铁、铜和铬。
稀土族元素具有较大的原子半径和较高的电子亲和能力，能够形成多种价态离子，具有较强的磁性和发光性。
其中最具代表性的元素是钕、镝和铕。
铜族元素具有较小的原子半径和较高的电子亲和能力，易失去2个外层电子形成+2价阳离子，具有良好的导电性和热传导性。
其中最具代表性的元素是铜、银和金。
银族元素具有较小的原子半径和较高的电子亲和能力，易失去1个外层电子形成+1价阳离子，具有良好的催化性和稳定性。
其中最具代表性的元素是银、铑和铂。
铂族元素具有较小的原子半径和较高的电子亲和能力，能够形成多种价态离子，具有良好的催化性和稳定性。
其中最具代表性的元素是铂、钯和铱。
卤族元素具有较大的电子亲和能力和较小的离子半径，易得到1个外层电子形成-1价阴离子，具有良好的氧化性和还原性。
其中最具代表性的元素是氯、溴和碘。
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氯化铜(CuCl2)
盐类
无水CuCl2为棕黄色固体, 是共价化合物
易溶于水和有机溶剂(如乙醇、丙酮) CuCl2溶液随c(Cl-)不同而呈不同颜色★ [CuCl4]2-+ 4H2O [Cu(H2O)4]2+ + 4Cl(黄色) (浅蓝色)
硫酸铜(CuSO4)
盐类
无水CuSO4为白色粉末，易溶于水，吸 水性强，吸水后呈蓝色，可检验有机液 体中的微量水分
单质 Cu+4HNO3(浓) → Cu(NO3)2+2NO2 +2H2O Cu ：干燥空气中稳定，在含有CO2的 3Cu+8HNO3(稀) → 3Cu(NO3)2+2NO +4H2O 潮湿空气中表面生成铜绿 Cu + 2H2SO4(浓) → CuSO4+ SO2 + 2H2O Ag ：室温时不与氧气和水作用，若与 2Ag+ 2H22SO 浓) → Ag SO42(OH) + SO22CO +2H O 2Cu+O +H 4( 2O+CO2 → 2 Cu 32 含 H S 空气接触，表面蒙上一层 Ag S 2 2 Ag + 2HNO3(65%) → AgNO3 + NO2 + H2O 4Ag + 2H Cu、 Ag ：不溶于非氧化性酸，能与硝 2S + O2 → 2Ag2S + H2O 酸、热浓硫酸作用
氢氧化物 CuOH不稳定，至今尚未制得 2-+C H O (葡萄糖) 2[Cu(OH) ] (CuOH) 为浅蓝色，难溶于水 6 12 6 2 4 -+2H O → Cu O +C H O +4OH 1. 受热易脱水 2 6 12 7 2 C 80~90 ( 葡萄糖酸 Cu(OH)2 CuO) + H2O 用此反应可检查尿糖 2. 两性：以碱性为主 (演示实验) Cu(OH)2 + 2H+ → Cu2+ + H2O (浅兰色) Cu(OH)2 + 2OH- → [Cu(OH)4]2-(亮兰色) 3. 溶于氨水 (演示实验) Cu(OH)2+4NH3 → [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-
Ag+的鉴定
KCl、NH3、HNO3 Ag+ + Cl- → AgCl (白色) AgCl+2NH3· H2O → [Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O [Ag(NH3)2]++Cl-+2H+ → AgCl +2NH4+ (白色) K2CrO4
2Ag+ + CrO42- → Ag2CrO4 (砖红色)
Au 金
主要 矿物
放 岩石 闪银矿 射 ( 岩脉金 ) 性 (Ag2S) 砂砾 元 角银矿 素 ( 冲积金 ) (AgCl)
通性 ds 区
ⅠB族
Cu 铜
Ag 银
4d105s1
、 、
Au 金
5d106s1
、 、
价层电子构型 3d104s1
、 、
主要氧化数 +3 +2 +1 +3 +2 +1 +3 +2 +1 离子有较强的极化力，变形性大，其化合 物有一定的共价性。
CuSO4· 5H2O称为胆矾，呈蓝色
Cu2+易水解，水溶液呈酸性 Cu2++ H2O Cu(OH)+ + H+
配合物
Cu(I) Cu(II)
常见配位数 主要配合物
2
4
[CuCl2]- [Cu(H2O)4]2+ [Cu(SCN)2][CuCl4]2[Cu(NH3)2]+ [Cu(NH3)4]2+ [Cu(S2O3)2]3[Cu(CN)2]-
共价
r(X-)增大,变形性增大,共价性增强,溶 解度减小 卤化银具有感光性，可作感光物质 2AgX
日光
2Ag + X2
卤化银
敷有AgBr 曝光 (亮)感光多 (暗)感光少 照相底片
曝 发生反应：AgBr 光子 Ag(银核) + Br 光
亮，感光多，产生Ag 核多 暗，感光少，产生Ag 核少
卤化银
配合物 过量NH 具有弱氧化性 3 过量Na2S2O3 过量KCN ++RCHO+3OH-→ 2[Ag(NH ) ] 3 2 AgCl 溶 溶 溶 2Ag +RCOO-+4NH3 +2H2O AgBr 微溶 溶 溶 用于在玻璃、暖水瓶胆上的镀银 AgI 不溶 微溶 溶 溶解 [Ag(NH3)2]+ [Ag(S2O3)2]3- [Ag(CN)2]产物 Kf 1.12×107 2.88×1013 1.26×1021 配离子稳定性增大
盐类 氯化亚铜(CuCl) 制取: 1. 在热、浓HCl溶液中, 用Cu粉还原CuCl2 Cu2+ + Cu + 4Cl- → 2[CuCl2]2. 用水稀释 2[CuCl2]- → 2CuCl (白色) + 2Cl总反应：Cu2+ + Cu + 2Cl- → 2CuCl CuCl盐酸溶液可用作测定气体中CO含量 CuCl +CO+H2O → [CuCl(CO)]· H2O (氯化羰基亚铜)
13-6-2铜的重要化合物
Cu2O CuO 颜色 暗红色 黑色 溶解性 难溶于水，易溶于酸 热稳定性 稳定,1235 C 熔化也不分解 高 +(无色) [Cu(NH ) ] 加入氨水 微溶 + 2+ 3 2 Cu O + 2H → Cu + Cu + H O Cu2O + 2HCl → 2CuCl + H2O 1000 C (白色) 4CuO Cu2O + O2 + 2+ CuO + 2H → Cu + H2O
Cu2+的鉴定
—— 在酸性或中性溶液中，
用K4[Fe(CN)6]试剂 2Cu2+ +[Fe(CN)6]4- → Cu2[Fe(CN)6]
红褐色
13-6-3银的重要化合物
颜色 溶解性 溶于水
键型 离子
13-6-3 银的重要化合物 AgX AgF AgCl AgBr AgI
白 浅黄 黄 难溶于水
卤化银
配合物 过量 NH3 过量Na2S2O3 过量KCN 为电镀液的主要成分 - + e- → Ag + 2CN[Ag(CN) ] AgCl 溶2 溶 溶 电镀效果好，但有剧毒，现逐渐用 AgBr 微溶 不溶 不溶 - 代替 [Ag(SCN) ] 2 AgI 不溶 微溶 溶 溶解 [Ag(NH3)2]+ [Ag(S2O3)2]3- [Ag(CN)2]产物 Kf 1.12×107 2.88×1013 1.99×1038 配离子稳定性增大
再进行曝光、显影、定影，即得照片。
硝酸银
1. 制取： Ag+2HNO3(65%)→ AgNO3+NO2 +H2O 2. 性质： 为易溶于水的无色菱形片状晶体 不稳定，受热或见光易分解 Δ 2AgNO3 2Ag + 2NO2 + O2 AgNO3 应保存在棕色瓶中 具有氧化性，遇微量有机物被还原为Ag 3. 用途：主要用于照相制造溴化银乳剂、 分析试剂
定 影
用定影剂(主要Na2S2O3)处理
AgBr + 2S2O32- → [Ag(S2O3)2]3- + Br亮，Ag 多，底片黑 暗，Ag 少，底片亮
卤化银
敷有AgBr 曝光 (物亮)感光多 显影 Ag多 定影 黑 AgBr多 亮 (物暗)感光少 照相底片
说 明
以上得到的是“底片” 洗相时，将“底片”放在照相纸上
无机化学多媒体电子教案
第十三章 过渡元素
第六节铜族元素
第六节
铜族元素
13-6-1铜族元素概述 13-6-1铜族元素概述
ds ⅠB 区 族 Cu 铜
辉铜矿(Cu2S) 黄铜矿(CuFeS2) 赤铜矿(Cu2O) 孔雀石 (Cu2(OH)2CO3) 蓝铜矿 (Cu3(OH)2(CO3)2
通性 Unn
Ag 银
物理性质
单质
Cu 红色 Ag 银白色 Au 黄色 密度大, 为重金属, 其中金的密度最大。 延展性好。 1g Au 能抽成长 3.4km 的丝, 如黄铜 ——60%Cu 、40%Zn 压成 0.0001mm 厚的薄片 青铜 ——80%Cu 、15%Sn、5%Zn 白铜——50~70%Cu、13~15%Ni、 导电性居金属前列， 13~25%Zn Ag 第一, Cu 第二，Au 第三。 能与许多金属形成合金。
Cu(Ⅱ)与Cu(Ⅰ)的相互转化
Cu(Ⅱ)与Cu(Ⅰ)的稳定性比较 Cu(Ⅰ) Cu(Ⅱ) 价层电子构型 3d10 3d9 固态稳定性 > + 2+ 离子 Cu Cu 由于Cu(Ⅰ)固态稳定 电荷 +1 < +2 所以存在有CuCl、Cu2S、Cu2O 等化合物 半径/pm 96 > 72 水合焓/(kJ· mol-1) -593 > -2100 溶液中稳定性 <
化学性质——化学活泼性差
化学性质——化学活泼性差
单质
Cu ：干燥空气中稳定，在含有CO2的 潮湿空气中表面生成铜绿 Ag ：室温时不与氧气和水作用，若与 含H2S空气接触，表面蒙上一层Ag2S Cu、Ag ：不溶于非氧化性酸，能与硝 酸、热浓硫酸作用 Au：溶于王水 Au+HNO3+4HCl →H[AuCl4]+NO +2H2O
Cu(Ⅱ)与Cu(Ⅰ)的相互转化 在酸性溶液中，Cu+易发生歧化 2Cu+ Cu2+ + Cu K =1.2×106 使Cu(Ⅱ) Cu(Ⅰ) 1. 有还原剂存在 2. 生成Cu(Ⅰ)的难溶物或配离子 2Cu2++SO2+2Cl-+2H2O → 2CuCl +SO42-+4H+ 2Cu2+ + 4I- → 2CuI (白色) + I2 ★ 2Cu2++4CN- → 2CuCN (白色) + (CN)2 KCN过量 CuCN+(x-1)CN-→Cu(CN)x]1-X (x=2~4)