无机化学第二十一章铝族锗分族精品文稿.ppt
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1、无机化学第二十一章铝族锗分族第1页,本讲稿共39页21-2 铝镓分族n n21-2-1 铝及其化合物n n21-2-2 周期表中的对角线关系n n21-2-3 镓分族第2页,本讲稿共39页21-3 锗分族n n21-3-1 锗、硒、铅的存在和冶炼(自学)n n21-3-2 锗、硒、铅的单质n n21-3-3 锗、硒、铅的化合物第3页,本讲稿共39页21-4 锑和铋n n21-4-1 锑、铋的单质n n21-4-2 锑、铋的化合物第4页,本讲稿共39页21-6 p区元素6s2电子的稳定性p p区各主族元素由上至下与族数相同的高氧化态区各主族元素由上至下与族数相同的高氧化态区各主族元素由上至下与族
2、数相同的高氧化态区各主族元素由上至下与族数相同的高氧化态的稳定性依次减小,比族数小的稳定性依次减小,比族数小的稳定性依次减小,比族数小的稳定性依次减小,比族数小2 2的低氧化态最为稳的低氧化态最为稳的低氧化态最为稳的低氧化态最为稳定。定。定。定。一般认为是由于一般认为是由于一般认为是由于一般认为是由于nsns2 2电子对不易参加成键,特别不电子对不易参加成键,特别不电子对不易参加成键,特别不电子对不易参加成键,特别不活泼,常称为活泼,常称为活泼,常称为活泼,常称为“惰性电子对效应惰性电子对效应惰性电子对效应惰性电子对效应”。如:如:如:如:Bi(V)Bi(V)、Pb(IV)Pb(IV)、Tl(
3、III)Tl(III)、Hg(II)Hg(II)的氧化性比其相的氧化性比其相的氧化性比其相的氧化性比其相应的:应的:应的:应的:Bi(III)Bi(III)、Pb(II)Pb(II)、Tl(I)Tl(I)、Hg(0)Hg(0)要强得要强得要强得要强得多。多。多。多。如:如:NaBiO3、PbO2能把能把Mn2+、氧化为氧化为MnO4-,Tl2O3能把能把HCl氧化成氧化成Cl2,Hg2+能把能把Sn2+氧化成氧化成Sn4+。关于原因有现在有好多方面的讨论,对于我们现关于原因有现在有好多方面的讨论,对于我们现在来说并非重点,因此不做讲述。在来说并非重点,因此不做讲述。第5页,本讲稿共39页p区金
4、属概论 p p区金属包括区金属包括区金属包括区金属包括AlAl、GaGa、InIn、TlTl、GeGe、SnSn、PbPb、SbSb、BiBi和和和和PoPo。与与与与s s区金属元素相似,区金属元素相似,区金属元素相似,区金属元素相似,p p区同族金属元素从上区同族金属元素从上区同族金属元素从上区同族金属元素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。但总的看来,渐增强。但总的看来,渐增强。但总的看来,
5、渐增强。但总的看来,p p区金属元素的金属性较弱,部分金属区金属元素的金属性较弱,部分金属区金属元素的金属性较弱,部分金属区金属元素的金属性较弱,部分金属如如如如AlAl、GaGa、InIn、Ge Ge、SnSn和和和和PbPb的单质、氧化物及其水的单质、氧化物及其水的单质、氧化物及其水的单质、氧化物及其水合物均表现出两性,它们在化合物中还往往表现出明显合物均表现出两性,它们在化合物中还往往表现出明显合物均表现出两性,它们在化合物中还往往表现出明显合物均表现出两性,它们在化合物中还往往表现出明显的共价性。相对而言,的共价性。相对而言,的共价性。相对而言,的共价性。相对而言,TlTl、PbPb和
6、和和和BiBi的金属性较强。十种元的金属性较强。十种元的金属性较强。十种元的金属性较强。十种元素中,素中,素中,素中,PoPo为放射性元素。为放射性元素。为放射性元素。为放射性元素。p p区金属元素的价电子构型为区金属元素的价电子构型为区金属元素的价电子构型为区金属元素的价电子构型为nsns2 2npnp1414 ,内层为饱和结内层为饱和结内层为饱和结内层为饱和结构。由于构。由于构。由于构。由于nsns、npnp电子可同时成键,也可仅由电子参与成键,电子可同时成键,也可仅由电子参与成键,电子可同时成键,也可仅由电子参与成键,电子可同时成键,也可仅由电子参与成键,因此它们在化合物中常有两种氧化态
7、,且其氧化值相差因此它们在化合物中常有两种氧化态,且其氧化值相差因此它们在化合物中常有两种氧化态,且其氧化值相差因此它们在化合物中常有两种氧化态,且其氧化值相差为为为为2 2。p p区金属元素的高价氧化态化合物多数为共价化合物,区金属元素的高价氧化态化合物多数为共价化合物,区金属元素的高价氧化态化合物多数为共价化合物,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。另外,大部分低氧化态的化合物中部分离子性较强。另外,大部分低氧化态的化合物中部分离子性较强。另外,大部分低氧化态的化合物中部分离子性较强。另外,大部分p p区金区金区金区金属元素在化合物中,电荷较高,
8、半径较小,其盐类在水属元素在化合物中,电荷较高,半径较小,其盐类在水属元素在化合物中,电荷较高,半径较小,其盐类在水属元素在化合物中,电荷较高,半径较小,其盐类在水中极易水解。中极易水解。中极易水解。中极易水解。第6页,本讲稿共39页p区金属概论 元素元素元素元素性质性质性质性质AlAlGaGaInInTlTlGeGeSnSnPbPb原子半径原子半径原子半径原子半径/pmpm125125125125150150155155122122140140154154离子半径离子半径离子半径离子半径/pmpmMM4+4+535371718484MM3+3+5151626281819595MM+81811
9、47147第一电离势第一电离势第一电离势第一电离势KJ/KJ/molmol577.577.4 4578.578.8 8588.588.1 1589.589.1 1762.762.2 2708.708.4 4715.4715.4第二电离势第二电离势第二电离势第二电离势1816.1816.1 11971979 918201820197019701537.1537.4 41411.1411.3 31449.1449.9 9第三电离势第三电离势第三电离势第三电离势2744.2744.8 82962963 327042704287528753301.3301.9 92942294230813081电负性
10、电负性电负性电负性1.611.611.81.81 11.781.782.042.042.012.011.961.962.332.33标准标准标准标准电极电极电极电极电势电势电势电势MM3+3+3e+3e-MM-1.071.076 6-0.50.56 6-0.330.338 8+0.7+0.72 2MM+e+e-MM-0.330.336 6MM2+2+2e+2e-MM-0.15-0.15-0.130.136 6-0.1260.126第7页,本讲稿共39页p区金属概论元素的氧化态元素的氧化态元素的氧化态元素的氧化态电子构型电子构型电子构型电子构型氧化态氧化态氧化态氧化态AlAl He3sHe3s2
11、 23p3p1 1+3+3GaGa He4sHe4s2 24p4p1 1+1,+1,+3+3InIn He5sHe5s2 25p5p1 1+1,+3+1,+3TlTl He6sHe6s2 26p6p1 1+1+1,+3,+3GeGe He4sHe4s2 24p4p2 2+2,+2,+4+4SnSn He5sHe5s2 25p5p2 2+2,+4+2,+4PbPb He6sHe6s2 26p6p2 2+2+2,+4,+4第8页,本讲稿共39页铝及其化合物一、单质铝的冶炼及性质一、单质铝的冶炼及性质一、单质铝的冶炼及性质一、单质铝的冶炼及性质1.1.铝的冶炼铝的冶炼铝的冶炼铝的冶炼 从铝土矿出发制
12、取金属铝,一般要经过从铝土矿出发制取金属铝,一般要经过从铝土矿出发制取金属铝,一般要经过从铝土矿出发制取金属铝,一般要经过AlAl2 2OO3 3的纯制和的纯制和的纯制和的纯制和AlAl2 2OO3 3的熔融电解两步。的熔融电解两步。的熔融电解两步。的熔融电解两步。2.2.铝的性质铝的性质铝的性质铝的性质 AlAl为为为为银白色,质软、轻而富有延展性的金属银白色,质软、轻而富有延展性的金属银白色,质软、轻而富有延展性的金属银白色,质软、轻而富有延展性的金属。铝的密度小,。铝的密度小,。铝的密度小,。铝的密度小,延展性、导电性、导热性好,有一定的强度,又能大规模地生延展性、导电性、导热性好,有一
13、定的强度,又能大规模地生延展性、导电性、导热性好,有一定的强度,又能大规模地生延展性、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、电器产,所以铝及其合金被广泛地用于电讯器材、建筑设备、电器产,所以铝及其合金被广泛地用于电讯器材、建筑设备、电器产,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。设备的制造以及机械、化工和食品工业中。设备的制造以及机械、化工和食品工业中。设备的制造以及机械、化工和食品工业中。大量铝用于制造轻质合金或新的金属复合材料,用于汽车、大量铝用于制造轻质合金或新的金属复合材料,用于汽
14、车、大量铝用于制造轻质合金或新的金属复合材料,用于汽车、大量铝用于制造轻质合金或新的金属复合材料,用于汽车、飞飞飞飞机机机机、火箭以及宇航飞行器的制造。由于铝是光和热的良好、火箭以及宇航飞行器的制造。由于铝是光和热的良好、火箭以及宇航飞行器的制造。由于铝是光和热的良好、火箭以及宇航飞行器的制造。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,反射体,可以用它制反射望远镜中的镜子。铝粉用于冶金,反射体,可以用它制反射望远镜中的镜子。铝粉用于冶金,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。制油漆、涂料和焰火等。制油漆、涂料和焰火等。制油漆、涂
15、料和焰火等。第9页,本讲稿共39页铝及其化合物(1 1)铝的亲氧性)铝的亲氧性)铝的亲氧性)铝的亲氧性 铝与氧反应的自发性程度很大,铝一接触空气表面立即氧化,铝与氧反应的自发性程度很大,铝一接触空气表面立即氧化,铝与氧反应的自发性程度很大,铝一接触空气表面立即氧化,铝与氧反应的自发性程度很大,铝一接触空气表面立即氧化,生成一层牢固的氧化膜而耐腐蚀。铝能夺取化合物中的氧且放生成一层牢固的氧化膜而耐腐蚀。铝能夺取化合物中的氧且放生成一层牢固的氧化膜而耐腐蚀。铝能夺取化合物中的氧且放生成一层牢固的氧化膜而耐腐蚀。铝能夺取化合物中的氧且放出大量的热,致使反应时不必向体系供热。如出大量的热,致使反应时不
16、必向体系供热。如出大量的热,致使反应时不必向体系供热。如出大量的热,致使反应时不必向体系供热。如AlAl2 2OO3 3粉与铝粉的粉与铝粉的粉与铝粉的粉与铝粉的反应,用引燃剂点燃后,反应即猛烈进行,放出的热可使铁熔化。故反应,用引燃剂点燃后,反应即猛烈进行,放出的热可使铁熔化。故反应,用引燃剂点燃后,反应即猛烈进行,放出的热可使铁熔化。故反应,用引燃剂点燃后,反应即猛烈进行,放出的热可使铁熔化。故铝是冶金上常用的还原剂,在冶金学上称为铝是冶金上常用的还原剂,在冶金学上称为铝是冶金上常用的还原剂,在冶金学上称为铝是冶金上常用的还原剂,在冶金学上称为铝热法铝热法铝热法铝热法。(2 2)铝的两性)铝
17、的两性)铝的两性)铝的两性 铝既能溶于稀盐酸和稀硫酸中,也易溶于强碱中:铝既能溶于稀盐酸和稀硫酸中,也易溶于强碱中:铝既能溶于稀盐酸和稀硫酸中,也易溶于强碱中:铝既能溶于稀盐酸和稀硫酸中,也易溶于强碱中:2 2Al(s)+6HAl(s)+6H+(aq)=2Al(aq)=2Al3+3+(aq)+3H(aq)+3H2 2(s)(s)2Al(s)+2OH2Al(s)+2OH-(aq)+6H(aq)+6H2 2O(l)=2Al(OH)O(l)=2Al(OH)4 4-(aq)+3H(aq)+3H2 2(g)(g)第10页,本讲稿共39页铝及其化合物二、铝的氧化物及其水合物二、铝的氧化物及其水合物二、铝的
18、氧化物及其水合物二、铝的氧化物及其水合物(1)、三氧化二铝)、三氧化二铝Al2O3有多种变体,其中最为人们所熟悉的是有多种变体,其中最为人们所熟悉的是 Al2O3和和 Al2O3它们是白色晶形粉末。它们是白色晶形粉末。自然界存在的自然界存在的刚玉刚玉为为 Al2O3。它也可以由金属铝在它也可以由金属铝在O2中燃烧或者灼烧中燃烧或者灼烧Al(OH)3和某些铝盐和某些铝盐Al(NO3)3、AlCl3而得到。而得到。Al2O3的晶体属于六方紧密堆积构型,由于这种紧密堆积结的晶体属于六方紧密堆积构型,由于这种紧密堆积结构,加上晶体中构,加上晶体中Al3+离子与离子与O2-离子之间的吸引力强,晶格能大,
19、离子之间的吸引力强,晶格能大,所以所以 Al2O3的熔点的熔点(2288 15K)和硬度和硬度(8.8)都很高。都很高。它不溶于水,它不溶于水,也不溶于酸或碱,耐腐蚀且电绝缘性。也不溶于酸或碱,耐腐蚀且电绝缘性。无定型无定型Al2O3则具有两性。则具有两性。第11页,本讲稿共39页铝及其化合物(2 2)、氢氧化铝)、氢氧化铝)、氢氧化铝)、氢氧化铝AlAl2 2OO3 3的水合物一般都称为氢氧化铝。加氨水的水合物一般都称为氢氧化铝。加氨水的水合物一般都称为氢氧化铝。加氨水的水合物一般都称为氢氧化铝。加氨水或碱于铝盐溶液中,得一种或碱于铝盐溶液中,得一种或碱于铝盐溶液中,得一种或碱于铝盐溶液中,
20、得一种白色无定形凝胶沉淀白色无定形凝胶沉淀白色无定形凝胶沉淀白色无定形凝胶沉淀。它的含水量不定,组成也不均匀,统称为它的含水量不定,组成也不均匀,统称为它的含水量不定,组成也不均匀,统称为它的含水量不定,组成也不均匀,统称为水合氧水合氧水合氧水合氧化铝化铝化铝化铝。若只有在铝酸盐溶液中通人若只有在铝酸盐溶液中通人若只有在铝酸盐溶液中通人若只有在铝酸盐溶液中通人COCO2 2,才能得到真正的才能得到真正的才能得到真正的才能得到真正的氢氧化铝白色沉淀,称为正氢氧化铝。结晶的正氢氧氢氧化铝白色沉淀,称为正氢氧化铝。结晶的正氢氧氢氧化铝白色沉淀,称为正氢氧化铝。结晶的正氢氧氢氧化铝白色沉淀,称为正氢氧
21、化铝。结晶的正氢氧化铝与无定形水合氧化铝不同,它难溶于酸,而且加化铝与无定形水合氧化铝不同,它难溶于酸,而且加化铝与无定形水合氧化铝不同,它难溶于酸,而且加化铝与无定形水合氧化铝不同,它难溶于酸,而且加热到热到热到热到373373KK也不脱水;在也不脱水;在也不脱水;在也不脱水;在573573KK下,加热两小时,才能下,加热两小时,才能下,加热两小时,才能下,加热两小时,才能变为变为变为变为AlO(OH)AlO(OH)。氢氧化铝是典型的氢氧化铝是典型的氢氧化铝是典型的氢氧化铝是典型的两性化合物两性化合物两性化合物两性化合物。新鲜制备的氢氧。新鲜制备的氢氧。新鲜制备的氢氧。新鲜制备的氢氧化铝易溶
22、于酸也易溶于碱化铝易溶于酸也易溶于碱化铝易溶于酸也易溶于碱化铝易溶于酸也易溶于碱例如:例如:例如:例如:Al(OH)Al(OH)3 3+3HNO+3HNO3 3=Al(NO=Al(NO3 3)3 3+3H+3H2 2OOAl(OH)Al(OH)3 3+KOH=KAl(OH)+KOH=KAl(OH)4 4 第12页,本讲稿共39页铝及其化合物三、铝盐和铝酸盐三、铝盐和铝酸盐三、铝盐和铝酸盐三、铝盐和铝酸盐1.1.铝盐和铝酸盐的形成及水解性铝盐和铝酸盐的形成及水解性铝盐和铝酸盐的形成及水解性铝盐和铝酸盐的形成及水解性金属铝或氧化铝或氢氧化铝与酸反应得到铝盐,与碱反应金属铝或氧化铝或氢氧化铝与酸反应
23、得到铝盐,与碱反应生成铝酸盐。生成铝酸盐。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:Al(OH)4-Al(OH)3+OH-在这溶液中通人在这溶液中通人CO2,将促进水解的进行而得到真正的氢氧化铝沉将促进水解的进行而得到真正的氢氧化铝沉淀。淀。工业上利用此反应从铝土矿制取纯工业上利用此反应从铝土矿制取纯Al(OH)3和和Al2O3。方法是:方法是:先将铝土矿与烧碱共热,使矿石中的先将铝土矿与烧碱共热,使矿石中的Al2O3转变为可溶性的偏铝酸钠转变为可溶性的偏铝酸钠NaAl(OH)4而溶于永,然后通人而溶于永,然后通人CO2,即得到即得到Al(OH)3沉淀,滤
24、出沉淀,滤出沉淀,经过煅烧即成沉淀,经过煅烧即成Al2O3。第13页,本讲稿共39页铝及其化合物2.2.几种重要的盐几种重要的盐几种重要的盐几种重要的盐(1)、卤化物)、卤化物除除Tl(III)价碘化物尚未发现外,其余每一个元素的四种卤化价碘化物尚未发现外,其余每一个元素的四种卤化物均都知道。物均都知道。TlI+I2=TlI3不是不是Tl的三价化合物的三价化合物,而是而是Tl(I)的三碘化物的三碘化物TlI(I3),有意思的是有意思的是Tl(I)、Tl(III)的碘化物的化学计量正好相同。的碘化物的化学计量正好相同。三氯化铝的结构与性质:三氯化铝的结构与性质:三氯化铝溶于有机溶剂或处于熔融状态
25、时都以共价的二聚分子三氯化铝溶于有机溶剂或处于熔融状态时都以共价的二聚分子Al2Cl6形式形式存在存在。在这种分子中有。在这种分子中有氯桥键氯桥键(三中心四电子键三中心四电子键),与),与B2H6的桥式结构形式上相似,但本质不同。的桥式结构形式上相似,但本质不同。因为因为AlCl3为缺电子分子,为缺电子分子,Al倾向于接受电子对形成倾向于接受电子对形成sp3杂化杂化轨道。两个轨道。两个AlCl3分子间发生分子间发生ClAl的电子对授予而配位,形成的电子对授予而配位,形成Al2Cl6分子。分子。氯化铝中有氯桥键氯化铝中有氯桥键(三中心四电子键)(三中心四电子键)第14页,本讲稿共39页铝及其化合
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- 无机化学 第二十一 章铝族锗分族 精品 文稿
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