副族元素性质归纳及解题分析(1)

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ds区金属
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+
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
铜的冶炼(黄铜矿) 1、富集:将硫化物矿进行浮选; 2、焙烧:除去部分的硫和挥发性杂质如As2O3等,并使部分硫化 物转化成氧化物。2CuFeS2+O2=Cu2S+2FeS+SO2↑ 3、制粗铜:把焙烧过的矿石与砂子混合,在反射炉中加热到 1273K左右,FeS氧化成FeO以后,FeO又和SiO2形成熔渣 (FeSiO3) FeO+SiO2=FeSiO3 mCu2S+nFeS=冰铜 4、制泡铜:把冰铜放入转炉,鼓风熔炼,得到大约含铜98%左 右的粗铜。2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2↑ 2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑ 5、精练:为了获得高导电性的更纯的铜和提取贵重金属(金、 银等),进行电解精练铜。纯度可达99.95%-99.98%。 阳极(氧化反应):Cu(粗铜)-2e-=Cu2+ 阴极(还原反应):Cu2++2e-=Cu(精铜)
(3)卤化银 氟化银可溶,可由氢氟酸和氧化银或碳酸银反应而得: Ag2O+2HF=2AgF+H2O 氯化银、溴化银和碘化银都不溶于稀硝酸。 氯化银、溴化银和碘化银都具有感光性,常用于照相术。 如照相底片、印相纸上涂有一薄层含有细小溴化银的明胶。 感光过程:2AgBr=2Ag+Br2(光照) 显影过程:有机还原剂如对苯二酚、米吐尔(硫酸对甲 胺基苯酚)等将含有银核的溴化银还原,银核在反应中起 催化作用,含有的银核越多,溴化银被还原得越快,直到 出现清晰的图象。 对苯二酚(HO-C6H4-OH)+2AgBr=对苯二醌+2Ag+2HBr 定影过程:将未感光的溴化银全部溶解掉 2Na2S2O3+AgBr=Na3[Ag(S2O3)2]+NaBr AgI人工降雨。
金、银的提炼: 氰化法提炼含量很低的银矿和金矿。 1、用稀的氰化钾或氰化钠溶液处理粉碎的矿石: 4Ag+8NaCN+2H2O+O2=4Na[Ag(CN)2]+4NaOH Ag2S+4NaCN=2Na[Ag(CN)2]+Na2S 4Au+8NaCN+2H2O+O2=4Na[Au(CN)2]+4NaOH 2、用锌进行置换 2Na[Ag(CN)2] +Zn=2Ag+2Na2[Zn(CN)4] 2Na[Au(CN)2] +Zn=2Au+2Na2[Zn(CN)4]
Cl Cl Cl Cl
(3)硫酸铜 五水硫酸铜俗称胆矾或蓝矾,是蓝色斜方晶体。 分解温度:
CuSO4 5H2O 375K 923K 531K 386K CuO CuSO4 CuSO4 H2O CuSO4 3H2O
波尔多液: (4)硝酸铜 (5)硫化铜 在硫酸铜溶液中通入硫化氢,即有黑色的硫化铜沉淀析出: CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4 硫化铜不溶于热水和稀酸,但溶于热的稀硝酸: 3CuS+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+3S↓+4H2O 硫化铜也溶于氰化钾溶液中生成配离子: 2CuS+10CN=2[Cu(CN)4]3+(CN)2↑+2S2
(c)银镜反应:取一支洁净的试管,注入2毫升0.1 mol.L1的硝酸 银溶液,滴入2 mol.L1氨水至起初生成的沉淀恰好溶解为止,再 多滴两滴。然后滴入数滴10%葡萄糖溶液,摇匀后放置在8090℃热水浴中。 • 2[Ag(NH3)2]++RCHO+2OH=RCOONH4+2Ag↓+3NH3+H2O 注意:渡银后的银氨溶液不能放置过久,否则会析出强爆炸性的 氮化银Ag3N沉淀。可加盐酸转化为氯化银回收。
化合物键型 有明显的共价性,多数化合物有颜色; 及盐的水解 盐在溶液中都有一定程度的水解
离子形成配 强烈 合物的能力
大多是离子型的无色 物质;盐一般不水解
极少,仅能同极强的 配位剂生成配合物
氢氧化物碱 碱性弱,本族元素从上到下金属性减弱, 强碱,从上到下金属 性及规律 氢氧化物碱性却增强。 性和碱性增强
二、银的化合物 主要+I,盐大多数不溶于水,只有硝酸银、硫酸银、高氯酸银 和氟化银等少数溶于水。 +II的化合物:AgO、AgF2,不稳定,强氧化剂。 +III的化合物更少,如Ag2O3。 (1)氧化银和氢氧化银 颜色:氢氧化银白色;Ag2O暗红色 分解:如果用溶于90%酒精的硝酸银和氢氧化钾在低于228K 下小心操作,可得到白色氢氧化银AgOH沉淀。氧化银不稳 定,加热到573K时,就完全分解。 Ag2O=2Ag+0.5O2↑ 氧化性:Ag2O+CO=2Ag+CO2↑; Ag2O+H2O2= 2Ag+O2↑+H2O 可用于防毒面具 配位性:
二、化学性质 1、锌与空气生成碱式碳酸锌,这层薄膜比较紧密,可作保 护膜。4Zn+2O2+3H2O+CO2=ZnCO3.3Zn(OH) 2 2、锌与稀的非氧化性酸(盐酸、硫酸)发应较快,与氧化 性酸(硝酸)反应产物较复杂。 4Zn+10HNO3(稀)=4Zn(NO3)2+N2O↑+5H2O; 4Zn+10HNO3(极稀)=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O 3、锌与镉、汞不同,具有两性,可溶于强碱溶液。 Zn+2NaOH+2H2O=Na2[Zn(OH)4]+H2↑ 4、锌与铝不同,可溶于氨水,形成配离子。 Zn+4NH3+2H2O=[Zn(NH3)4]2++H2↑+2OH5、镉与稀非氧化性酸反应较慢,汞不反应。但它们都溶于 硝酸。 硝酸过量:3Hg+8HNO3=3Hg(NO3)2+2NO↑+4H2O 汞过量:6Hg+8HNO3=3Hg2(NO3)2+2NO↑+4H2O
(6)配合物 Cu2+离子的外层电子构型为3s2 3p6 3d9,该离子带两个正电荷, 因此,比Cu+更容易形成配合物。 Cu2+离子的配位数一般为4 和6,配位数为2的很少见。
H2 O
2+
H2 O
2+
H2O
OH2
H3N
NH3
Cu
H2O OH2
Cu
H3N NH3
O H2
O H2
[Cu(NH3)4]2+ [Cu(P2O7)]2[Cu(P2O7)2]6-
(2)硝酸银 制备与纯化:Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2↑+H2O 3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO↑+2H2O 原料银是从阳极泥得到的,其中含有杂质铜,因此,产品中含 有硝酸铜,根据硝酸盐的热分解条件: 2AgNO3=2Ag+2NO2↑+O2↑(713K) 2Cu(NO3)2=2CuO+4NO2↑+O2↑(473K) 将粗产品加热到473-713 K之间,这时硝酸铜分解为黑色不溶于 水的氧化铜,而硝酸银没有分解,将混合物中的硝酸银溶解后 过滤、重结晶即可得到纯的硝酸银。 分解性:晶体或溶液应保存在棕色玻璃瓶中。 沉淀性与配位性: 杀菌性: 硝酸银遇到蛋白质即生成蛋白银,使用时请勿接触。
物理性质
化学性质及 不活泼,随原子序数增加活泼性降 变化规律 低 氧化态 +I, +II, +III
化合物键型 有明显的共价性,化合物有颜色, 和还原性 金属离子易还原 离子形成配 强烈 合物的能力 氢氧化物碱 碱性弱,易脱水形成氧化物 性及稳定性
12 金属单质 一、存在与冶炼 铜矿:辉铜矿(Cu2S)、黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿 (Cu3FeS4)、赤铜矿(Cu2O)、蓝铜矿 (2CuCO3· Cu(OH)2)和孔雀石( CuCO3· Cu(OH)2 )。 闪银矿:(Ag2S) 金单质:
二、化学性质 1、与氧气反应:2Cu+O2=2CuO(黑色) 2Cu+H2O+CO2+O2=2Cu(OH)2.CuCO3。(铜绿) 2Ag+H2S=Ag2S+H2 2、与卤素的反应:Cu+Cl2=CuCl2 2Ag+Cl2=2AgCl; 2Au+3Cl2=2AuCl3。 3、与酸的反应:非氧化性酸,必须在有氧气存在下或能形成配离 子时才能反应,如:2Cu+4HCl+O2=2CuCl2+2H2O; 2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O; 2Cu+8HCl(浓)=2H3[CuCl4]+H2↑ 氧化性的酸可以与铜、银反应:Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2↑ +2H2O;2Ag+2H2SO4(浓)=Ag2SO4+SO2↑+2H2O; 金只能溶于王水:Au+4HCl+HNO3=HAuCl4+NO↑+2H2O
2-2 金属单质 一、存在与冶炼 锌和汞的矿石:闪锌矿ZnS、菱锌矿ZnCO3和辰砂(又名 朱砂)HgS, 锌的冶炼:2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2↑ ZnO+CO=Zn(g)+CO2↑
汞的冶炼:辰砂在空气中焙烧或与石灰共热,得到汞;然 后蒸馏;再用5%的硝酸除掉铅、镉、铜等杂质,减压 蒸馏得到纯汞。 HgS+O2=Hg+SO2↑ 4HgS+4CaO=4Hg+3CaS+CaSO4
Cu+也可以形成配合物,其配位数可以是2、3、4。配位 数为2的配离子用sp杂化轨道成键,几何构型为直线型; 配位数为四的配合物用sp3杂化轨道成键,几何构型为 四面体。
2X X
Cu
X X
NC
Cu
CN
-
CN
3-
Cu
CN NC CN
3、Cu2+与Cu+的相互转化 在气态时Cu(I)的化合物是稳定的。 4CuO=2Cu2O+O2 溶液中Cu(II)的化合物更稳定。 2Cu+=Cu2++Cu。K=1.4×106 Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O Cu2O与氨水反应
2、氧化态为+II的化合物 (1)氧化铜和氢氧化铜 温度:Cu(OH)2CuOCu2O 氧化性:可被H2、C、CO、NH3等还原为金属铜: 3CuO+2NH3=3Cu+3H2O+N2 两性: Cu(OH)2+2NaOH=Na2[Cu(OH)4]四羟基合铜酸钠,蓝色 配位性:Cu2(OH)2SO4+8NH3=2[Cu(NH3)4]2++SO42+2OH (2)卤化铜 除碘化铜(II)不存在外,其他卤化铜都可以通过氧化铜与氢卤酸 反应制得:CuO+2HX=CuX2+H2O(X=Cl, Br, F) 颜色:CuCl2在稀溶液中为蓝色(六水合铜(II)离子的颜色),在浓 溶液中显绿色,在很浓的溶液中显黄绿色(四氯化铜(II)离子为 黄色)。 Cl Cl Cl Cl CuCl2是链状结构: Cu Cu Cu 水解
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