p区金属

第21章 p区金属

[教学要求]

1．掌握Al、Sn、Pb的单质及其化合物的性质，了解其用途。

2．了解锗分族、锑和铋单质及化合物的性质及变化规律。

3．了解铝的冶炼原理及方法。

[教学重点]

1．铝的氧化物、氢氧化物、铝盐、铝酸盐的性质。

2．Ge、Sn、Pb的单质、氧化物、氢氧化物、卤化物的性质。

3．锑和铋的单质、氢化物、氧化物、氢氧化物、卤化物、硫化物的性质。

[教学难点]

Al、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi的氢氧化物的性质。

[教学时数] 6学时

[主要内容]

1．p区金属概述。

2．单质铝的性质及冶炼，铝的氧化物、氢氧化物、铝盐、铝酸盐的性质。

3．Ge、Sn、Pb的冶炼、单质的性质、氧化物、氢氧化物、卤化物的性质。

4．锑和铋的单质、氢化物、氧化物、氢氧化物、卤化物、硫化物的性质。

[教学内容]

§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。

§21-2 铝镓分族

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。

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这些元素与非金属反应，易形成氧化物、硫化物、卤化物，并易溶于稀酸和碱溶液中。

2M(s) +2X2 == 2MX3(s)

4M(s) + O2(g) == 2M2O3(s)

2M(s) + S(l) == M2S3(s)

2M(s) + 6H+(aq) == 2M3+(aq) + 3H2(g)

2M(s) + 2OH-(aq) + 6H2O(l) == 2M(OH)4-(aq) + 3H2(g) M=Al,Ga

Al还与N2形成AlN，与碳形成Al4C3。

这些元素失去所有的价电子的电离势总和相当大，因此，在形成固态化合物时，只有少数离子型的，大部分属共价型的。例如在卤化物中，除氟化物为离子型的外，其它的都是共价型的。从铝到铊，随着半径的加大，其共价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。在水溶液中，处于+3氧化态的本族元素，由于电荷高、半径小，故它们的水合焓较大，因此它们很容易离子化，但这些离子平常皆为配离子，它们极易发生水解作用。

由标准电极电势数据可见，本族元素变为+3氧化态的趋势是从铝到铊递减。事实上，铊的三价离子很不稳定，它是较强的氧化剂，很易被还原为一价铊离子，因此一价铊离子在水溶液中是稳定的。铝、镓、铟也能形成为数很少的+1氧化态的化合物，但这些化合物在水溶液中的稳定性较差，很易歧化为母体金属和该金属的+3氧化态化合物。

这些元素的氧化物和氢氧化物除了低氧化态的Tl2O和TlOH是碱性、易溶于水以外，其他的都是难溶于水的两性氧化物质。Ga(OH)3的酸性比Al(OH)3或In(OH)3都强。Tl(OH)3或Tl2O3在373K即分解为黑色的Tl2O。

铝是亲氧元素，又是典型的两性元素。

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。例如，将铝粉和三氧化二铁（或四氧化三铁）粉末按一定比例混合，用引燃剂点燃，反应猛

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烈地进行，得到氧化铝和单质铁并放出大量的热，温度可达3273K，使生成的铁熔化。这个原理被用于冶炼镍、铬、锰、钒等难熔金属，称为铝还原法。

铝也是炼钢的脱氧剂。在钢水中投入铝块可以除去溶在钢水中的氧。另外，铝粉可以用作发射航天飞机的推进剂中的燃料。

铝的亲氧性还使它被用来制取耐高温金属陶瓷。

金属铝、氧化铝和氢氧化铝都能与酸、碱反应，相应的反应方程式如下：

2Al+6H+ == 2Al3+ + 3H2↑

2Al + 2OH- + 6 H2O ==2Al(OH)4- + 3H2↑

Al2O3 + 6H+ == 2Al3+ +3 H2O

Al2O3 + 2OH- +3H2O == 2Al(OH)4-

Al(OH)3 + 3H+ == Al3+ + 3H2O

Al(OH)3 + OH- == Al(OH)4-

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。所以常用铝桶装运浓硫酸、浓硝酸或某些化学试剂。但是铝能同热的浓硫酸反应。

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腐蚀。铝的密度小，延展性、导电性、导热性好，有一定的强度，又能大规模地生产，所以铝及其合金被广泛地用于电讯器材、建筑设备、电器设备的制造以及机械、化工和食品工业中。大量铝用于制造飞行器的制造。由于铝是光和热的良好反射体，可以用它制反射望远镜中的镜子。铝粉用于冶金，制油漆、涂料和焰火等。

镓、铟和铊这三种元素是研究光谱时发现的。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。镓和铟易于许多金属形成合金，常用于制易熔合金。铟在空气中不易被氧化，抗腐蚀。

Tl+离子的大小和性质与碱金属离子和Ag+离子相似。

2-2 氢化铝和氢氧化铝

一、三氧化二铝

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