碳族元素-备课笔记-锗、锡、铅及其化合物

13.4锗、锡、铅及其化合物

1、锗、锡、铅单质

（1）物理性质：

①Ge：锗晶格结构与金刚石相同，具有灰白色的金属光泽，粉末状呈暗蓝色,硬度比较大，熔点为1210K。高纯锗是一种良好的半导体材料。

②Sn：白锡是银白色金属，硬度低，熔点为505K。Sn有三种同素异形体：灰锡(α型)、白锡(β型) 和脆锡。

白锡是银白色略带蓝色的金属，有延展性，可以制成器皿。在常温下，锡是正方晶系的晶体结构，即为白锡。温度低于286K时，白锡将慢慢转换为粉末状地灰锡（无定形），温度越低，转化速度越快，在225K时转变速度最快，因此，锡制品长期处于低温状态会自行毁坏，变成一堆粉末。这种变化先是从某一点开始，然后迅速蔓延，这种锡的“疾病”还会传染给其他“健康”的锡器，被称为“锡疫”。

由于锡怕冷，因此在冬天要特别注意别使锡器受冻。有许多铁器常用锡焊接的，也不能受冻。1912年，斯科特、鲍尔斯、威尔逊、埃文斯、奥茨一行人登上冰天雪地的南极洲探险，他们带去的汽油全部奇迹般地漏光了，致使燃料短缺，探险队遭到了全军覆灭的灭顶之灾。原来汽油桶是用锡焊接的，一场锡疫使汽油漏得无影无踪，造成这样一场惨祸。

温度高于434K时，白锡可以转化为具有斜方晶系的晶体结构的斜方锡。斜方锡很脆，一敲就碎，展性很差，叫做“脆锡”。。

③Pb：铅是密度很大（11.35g·cm-3）、熔点低（601K）的金属，新切开为银白色，很快在表面生成碱式碳酸铅保护膜而呈暗灰色。铅是银白色的金属(与锡比较，铅略带一点浅蓝色)，十分柔软，用指甲便能在它的表面划出痕迹。用铅在纸上一划，会留下一条黑道道。在古代，人们曾用铅作笔。“铅笔”这名字，便是从这儿来的。

所有可溶铅盐和铅蒸气都有毒，一旦发生铅中毒，应注射EDTA-HAc的钠盐溶液，使Pb2+形成稳定的配离子从尿中排出解毒。

（2）化学性质：

①Ge：常温下不与空气中的氧反应，但高温下能被氧气氧化成GeO2,。

Ge不与稀盐酸、稀硫酸反应，但能被浓硫酸和浓硝酸氧化成水合二氧化锗（GeO2·nH2O）。在碱性溶液中能被过氧化氢氧化为锗酸盐。

Ge+4HNO3(浓) GeO2·H2O↓+4 NO2↑+H2O

②Sn：常温下由于锡表面有一层保护膜，所以在空气和水中能稳定存在。

Sn+O2SnO2

Sn +2X2SnX4（X=Cl、Br）

Sn在冷的稀盐酸中溶解缓慢，但迅速溶于热浓盐酸中：

Sn +2HCl SnCl2+H2↑

3Sn+8HNO3(极稀)3Sn(NO3)2↓+2NO ↑+4H2O

Sn+4HNO3(浓) H2SnO3(β)↓+4NO2↑+H2O

Sn+2OH-+4H2O Sn(OH) 2

6

+2H2

①Pb:

加热时Pb能与O2、S、Cl2等非金属单质反应生成相应的二元化合物。

Pb与非氧化性的酸反应产物为Pb（Ⅱ）：

Pb+2HCl PbCl2↓+H2↑(反应不易发生)

铅的电极电势E Pb2+/Pb=-0.126V，理论上Pb能从稀盐酸和稀硫酸中置换出H2，但由于PbCl2和PbSO4难溶于水，附着在Pb表面阻碍反应继续进行，并且H2在铅上的超电势较大，因此，铅难以与盐酸和稀硫酸反应。

Pb+4HCl(浓)H2[PbCl4]+H2↑

Pb+H2SO4(稀)PbSO4↓+H2↑(反应不易发生)

Pb+3H2SO4(浓)Pb(HSO4)2+SO2↑+2H2O

3Pb+8HNO3(稀)3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O

Pb+2HAc Pb(Ac)2+H2↑

在Pb(Ac)2溶液中除Pb(Ac)2还有PbAc+配离子。水中无氧时，Pb的溶解度很小；当有氧气时Pb在水中溶解度增大。

Pb是两性金属：

Pb+OH-+2H2O Pb(OH)3-+H2↑

（3）制备：

①Ge:锗属于稀有分散元素，在自然界中以锗石矿（Cu

2S·FeS·GeS

2

）形式存在，

提取锗的难度在于锗的富集。一般是通过焙烧将锗的硫化物转变为GeO

2

，再经盐

酸处理转化为 GeCl

4，经精馏提纯后，GeCl

4

水解成GeO

2

，再用H

2

在高温下

将GeO

2

还原为单质Ge。超纯锗的制备是用区域熔融法，制造半导体的超纯锗的纯度高于99.99999%。

②Sn：矿石经氧化焙烧，使矿石中所含S、As变成挥发性物质跑掉，其他杂质转化成金属氧化物。用酸溶解那些可和酸作用的金属氧化物，分离后得SnO2，再用C高温还原SnO2制备单质Sn：

△

SnO2（s）+ 2C(s) Sn（l）+ 2CO(g)

③Pb：方铅矿先经浮选，再在空气中焙烧转化成PbO，然后用CO高温还原制备Pb：

△

2PbS(s) + 3O2(g)2PbO(s) + 2SO2(g)

△

PbO（s）+CO（g）Pb（l）+CO2↑

粗铅经电解精制其纯度可达99.995%，高纯铅（99.9999%的）仍需用区域熔解获得。

（4）用途：

①Ge：高纯度的锗是半导体材料。从高纯度的氧化锗还原，再经熔炼可

提取而得。掺有微量特定杂质的锗单晶，可用于制各种晶体管、整流器及其他器件。锗的化合物用于制造荧光板及各种高折光率的玻璃。

锗单晶可作晶体管，是第一代晶体管材料。锗材用于辐射探测器及热电材料。高纯锗单晶具有高的折射系数，对红外线透明，不透过可见光和紫外线，可作专透红外光的锗窗、棱镜或透镜。锗和铌的化合物是超导材料。二氧化锗是聚合反应的催化剂，含二氧化锗的玻璃有较高的折射率和色散性能，可作广角照相机和显微镜镜头，三氯化锗还是新型光纤材料添加剂。

锗，具有半导体性质。对固体物理学和固体电子学的发展起过重要作用。锗的熔密度5.32克/厘米3,为银灰色脆性金属。锗可能性划归稀散金属，锗化学性质稳定，常温下不与空气或水蒸汽作用，但在600～700℃时，很快生成二氧化锗。与盐酸、稀硫酸不起作用。浓硫酸在加热时，锗会缓慢溶解。在硝酸、王水中，锗易溶解。碱溶液与锗的作用很弱，但熔融的碱在空气中，能使锗迅速溶解。锗与碳不起作用，所以在石墨坩埚中熔化，不会被碳所污染。锗有着良好的半导体性质，如电子迁移率、空穴迁移率等等。锗的发展仍具有很大的潜力。现代工业生产的锗，主要来自铜、铅、锌冶炼的副产品。

②Sn：镀锡的铁皮俗称马口铁，常用来制作水桶、烟筒等。Sn还常用来制造青铜（Cu-Sn合金）和焊锡（Pb-Sn合金）。锡与硫的化合物——硫化锡，它的颜色与金子相似，常用作金色颜料。

锡器历史悠久，可以追溯到公无前3700年，古时候，人们常在井底放上锡块，净化水质。在日本宫廷中，精心酿制的御酒都是用锡器作为盛酒的器皿。它具有储茶色不变，盛酒冬暖夏凉，淳厚清冽之传。锡茶壶泡茶特别清香，用锡杯喝酒石酸清冽爽口，锡瓶插花不易枯萎。

锡器的材质是一种合金，其中纯锡含量在97%以上，不含铅的成份，适合日常使用。锡器平和柔滑的特性，高贵典雅的造型，历久常新光泽，历来深受贵族人士的青睐，在欧洲更成为古典文化的一种象征。

锡是排列在白金，黄金及银后面的第四种贵金属，它富有光泽、无毒、不易氧化变色，具有很好的杀菌、净化、保鲜效用。生活中常用于食品保鲜、罐头内层的防腐膜等。

锡是一种质地较软的金属，熔点较低，可塑性强。它可以有各种表面处理工艺，能制成多种款式的产品，有传统典雅的欧式酒具、烛台、高贵大方的茶具，以至令人一见倾心的花瓶和精致夺目的桌上饰品，式式具全媲美熠熠生辉的银器。锡器以其典雅的外观造型和独特的功能效用早已风靡世界各国，成为人们的日常用品和馈赠亲友的佳品。

锡在我国古代常被用来制作青铜。锡和铜的比例为3：7。

③Pb：铅常用于制造低熔点合金，如焊锡、保险丝等；铅能抵挡X射线辐射，常用来制作X射线防护品；铅锑合金用作铅蓄电池的极板。