铜族和锌族元素庞.pptx
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1、本章要求.掌握铜、银、锌、汞单质的性质和用途。.掌握铜、银、锌、汞的氧化物、氢氧化 物及其重要盐类的性质。.掌握Cu()、Cu()、Hg()、Hg()之 间的相互转化。.掌握A和B;A和B族元素的性质对比。第1页/共84页1-1 铜族元素的通性第一节 铜族元素铜族元素虽能形成与碱金属相同的+1氧化态的化合物,但它们却很少相似。碱金属在周期表中是最活泼的金属,尤其是铯、而铜族金属是不活泼的,且由CuAgAu活泼性递减。金是很 惰性的金属。铜族位于周期系的IB族,包括铜、银、金三种元素。第2页/共84页一、电子层结构和元素氧化态 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
2、的氧化数:铜为+2、银为+1、金为+3。Cu2O、CuO、KCuO2(铜酸钾)、AgNO3、AgF2、AgIAgO2等。而碱金属主要氧化态是+1。铜族:(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10 ns1碱金属:(n-1)s2(n-1)p6 ns1第3页/共84页原因是IB族的ns电子和次外层(n-1)d电子能量相差不大,在与其他元素化合时,不仅ns电子能参加反应,(n-1)d电子也能依反应条件的不同,可以部分参加反应,即表现出不同的氧化态。二、成键特征可以形成离子键它们的电离能不是很大,与变形性小电负性大的原子成键时,可以失去电子形成离子键CuSO4AgNO3AgF第4页/共84页由于18电
3、子结构的离子具有很强的极化力和明显的变形性,所以铜族元素一方面易形成共价化合物,另一方面由于它们离子的d、s、p轨道能量相差不大,能级较低的空轨道较多,所以铜族元素容易形成配合物。Cu(NH3)42+Cu2I2 AgIAuCl3容易形成共价键和配位键第5页/共84页 Cu Ag Au原子量 63.5 107.9 197.0价电子 3d104s1 4d105s1 5d106s1主要氧化态 +1,+2 +1 +1,+3原子金属半径/pm 127.8 144.4 144.2 第一电离势(kJmol-1)750 735 895 第二电离势(kJmol-1)1970 2083 1987M+水合热(kJm
4、ol-1)-582 -486 -644M2+离子水合热(kJmol-1)-2121 升华热(kJmol-1)340 285 385电负性 1.9 1.93 2.54表20-1 铜族元素的基本性质虽然铜的第二电离势较大,但铜的二价离子水合热的负值更大,因此铜在水溶液中的稳定价态是2同周期元素比较,铜族元素的原子半径比碱金属原子小得多。三、基本性质第6页/共84页化学活泼性远小于碱金属;从上到下,金属活泼性递减;与碱金属的变化规律相反。四、标准电极电势第7页/共84页同周期元素核电荷:碱金属 铜族由于上述两种因素,加上18电子层结构对核的屏蔽效应比8电子结构小得多,使铜族元素的有效核电荷较大,对最
5、外层s电子的吸引力比碱金属强。因此,与同周期的碱金属相比,铜族元素的第一电离势较高;标准电极电势的数值为正值;单质的熔沸点固体密度及硬度等均比碱金属的高,所以铜族元素的金属活泼性远小于碱金属。变化规律是:自上而下活泼性递减。这与主族元素的变化是不同的。五、性质变化特点第8页/共84页辉铜矿1-2 金属单质一、存在和冶炼1.存在闪银矿(Ag2S)银 矿主要以游态存在,岩脉金矿,冲积金金矿硫化物矿:辉铜矿(Cu2S),黄铜矿(CuFeS2),斑铜矿(Cu2FeS4)氧化物矿:赤铜矿(Cu2O),孔雀石(CuCO3Cu(OH)2)。铜 矿黄铜矿斑铜矿赤铜矿孔雀石闪银矿黄金第9页/共84页铜矿石富集沸
6、腾炉焙烧反射炉制冰铜转炉制粗铜电解精炼铜的冶炼富集用浮选法923-1073K1773-1823K高温吹入空气2.金属冶炼第10页/共84页有关的冶炼反应焙烧:2CuFeS2O2=Cu2S2FeSSO2制冰铜:2FeS3O2=2FeO2SO2 FeOSiO2=FeSiO3 mCu2SnFeS=Cu2SnFeS(冰铜)制粗铜:2Cu2S3O2=2Cu2O2SO2 2Cu2OCu2S=6CuSO2电解精炼 阳极(粗铜):CuCu2+2e 阴极(纯铜):Cu2+2eCu电解反应 Cu(粗铜)=Cu(纯铜)比铜活泼的金属杂质溶解于溶液中比铜不活泼的金属杂质沉于阳极泥中第11页/共84页浸取:4Au8Na
7、CN2H2OO24NaAu(CN)24NaOH 4Ag8NaCN2H2OO24NaAg(CN)24NaOH Ag2S4NaCN2NaAg(CN)2Na2S还原:2NaAu(CN)2Zn2AuNa2Zn(CN)4 2NaAg(CN)2Zn2AgNa2Zn(CN)4淘金法银 Ag 金Au湿法冶炼Ag和AuNaCN溶液浸取矿物往浸取液中加放锌粉还原锌粉有关反应:第12页/共84页三种金属的标准电极电势都在氢之下,它们不溶于稀盐酸及稀硫酸中。但当有空气或配位剂存在时,铜能溶于稀酸和浓盐酸:二、单质性质和用途2Cu+8HCl(浓)2H3CuCl4+H2 2Cu+2H2SO4+O22CuSO4+2H2O第
8、13页/共84页铜在常温下不与干燥空气中的氧化合,加热时能产生黑色的氧化铜。银、金在加热时也不与空气中的氧化合。在潮湿的空气中放久后铜的表面会慢慢生成一层铜绿。2Cu+O2+H2O+CO2Cu(OH)Cu(OH)2CuCO3银、金则不发生这个反应。铜、银能和H2S、S反应:4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O金则不能。第14页/共84页 铜与银很容易溶解在硝酸或热的浓硫酸中,而金只能溶于王水中。这时,硝酸作为氧化剂,盐酸作为配位剂:Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2+2H2O3Ag+4HNO3=3AgNO3+NO+2H2OAu+4HCl+HNO3HAuCl4+NO+2H2O第
9、15页/共84页近日,瑞士一家珠宝公司与MP3厂商合作推出一款全部机身(包括耳机在内)全部由24K黄金包裹的特别版MP3播放器,它由某品牌MP3播放器MP-400改制,在容量上也达到了目前市场上袖珍型闪存MP3的最高容量,1GB。第16页/共84页1-3 主要化合物一、铜的化合物1.氧化物Cu2O氧化亚铜CuO氧化铜Cu在空气中加热在氧气中燃烧1273K高温下稳定性:Cu2O CuO均难溶于水第17页/共84页在0.1 M CuSO4中加入6M NaOH至生成沉淀刚好溶解完,然后加入乙醛溶液1ml,加热。现象:溶液生成红色沉淀医生用此法可检验糖尿病溶液中Cu2O的制备Cu2+4OH-Cu(OH
10、)42-2Cu(OH)42-+CH2OH(CHOH)4CHOCu2O+4OH-+CH2OH(CHOH)4COOH2H2O第18页/共84页Cu2O是红色固体,不溶于水,溶于稀酸时岐化析出铜单质,溶于氨水生成不稳定的无色配合物,容易氧化为蓝色氨合物,对热稳定。4Cu(NH3)2+8NH3H2OO2 4Cu(NH3)42+蓝色4OH-6H2OCu2O性质Cu2OH2SO4 Cu2SO4H2OCu2SO4 CuSO4CuCu2OH2SO4 CuSO4Cu+H2OCu2O4NH3H2O=2Cu(NH3)2+无色2OH-3H2O第19页/共84页醋酸二氨合铜()是可溶性配合物,合成氨工业常用它来吸收对催
11、化剂有毒的CO气体:Cu(NH3)2AcCONH3 Cu(NH3)3AcCO加压降温2.卤化物 CuCl CuBr CuI CuF2 CuCl2 CuBr2 颜色 白 白 白 白 黄氯 棕黑溶解性 不溶 不溶 不溶 微溶 溶 溶第20页/共84页制 备卤化亚铜由+2价铜盐还原制备Cu2+4I-2CuII2生成的I2可用硫代硫酸钠除去:I22S2O32-2I-S4O62-2CuCl2SO22H2O2CuClH2SO42HCl或:CuCuCl26HCl(浓)=2H3CuCl4(也存在配位数为2和3的配合物)2H3CuCl4=2CuCl6HCl稀释第21页/共84页想一想:用此法能否制得碘化铜?为什
12、么?氧化铜或氢氧化铜与氢卤酸反应可得到卤化铜。Cu(OH)2+2HCl=CuCl2+2H2OCuO+2HCl=CuCl2+H2O解释见P348第22页/共84页卤化铜的性质4Cu(NH3)2+8NH3H2OO2 4Cu(NH3)42+4OH-6H2O无水盐强热分解为氯化亚铜:2CuCl2=2CuClCl2773KCuCl2NH3H2O=Cu(NH3)2+Cl-2H2O第23页/共84页Cl Cl Cl Cl Cl Cu Cu Cu CuCl Cl Cl Cl Cl在过量Cl-存在下可形成配合离子:Cu(H2O)62+蓝色4Cl-CuCl42-(黄色)6H2OCuCl2为链状共价物,溶于水、乙醇
13、和丙酮溶液中结晶出来的氯化铜含有两个结晶水,加热分解成为碱式盐,所以无水物应在氯化氢气流中干燥 2CuCl22H2O=Cu(OH)2CuCl22HCl773K第24页/共84页铜与硫加热反应或用硫代硫酸钠还原Cu2+在Cu2+溶液中通入H2SCu2SCuS高温黑色3.硫化物2CuS=Cu2S2Cu2+2S2O32-Cu2SS2SO42-4H+Cu2+H2S=CuS+2H+第25页/共84页Ksp(Cu2S)=210-47Ksp(CuS)=8.510-452CuS10CN-2Cu(CN)43(CN)2S2-硫化物均不溶于水和稀酸,可溶于硝酸或王水,也溶于氰化物3CuS8HNO33Cu(NO3)2
14、2NO3S4H2O第26页/共84页4.硫酸铜CuSO4 为蓝色,味苦,俗称蓝矾或苦矾,是重要的试剂和杀菌剂。铜与浓硫酸反应氧化铜或氢氧化铜与稀硫酸反应CuSO4铜与稀硫酸在充足的氧气中反应第27页/共84页CuSO45H2O的结构第28页/共84页CuSO45H2O受热失水分解第29页/共84页无水硫酸铜是白色粉末,不溶于乙醇和乙醚,具有很强的吸水性,吸水后显特征的蓝色,可利用这一性质检验乙醚、乙醇等有机溶剂中的微量水分,也可用作干燥剂。硫酸铜在水溶液中会发生水解而显酸性:2CuSO4+H2O Cu2(OH)SO4+HSO4-因此配制硫酸铜溶液必须加酸抑制水解。第30页/共84页硫酸铜的用途
15、工业农业电镀、电池、印染、染色木材保存、制颜料等制“波尔多”溶液,用于杀虫灭菌,加入贮水池中可防止藻类生长波尔多液配方:CuSO45H2O:CaO:H2O=1:1:100第31页/共84页加硫酸铜的游泳池第32页/共84页5.铜配合物一价铜配合物一般是无色的,配位数为2-4,卤素、氨的配合物稳定性较差,但四氰合铜()非常稳定。Cu(CN)43-CuCl42-Cu(H2O)42+2CuS+10CN-=2Cu(CN)43-+2S2-+(CN)2Cu(OH)42-第33页/共84页Cu(NH3)42+由于Cu2+离子的轨道未占满电子,因而它比Cu+更容易形成配合物,并且呈现较深的颜色。它的配位数为4
16、。纤维素纤维素溶液水或酸铜氨溶液可溶解纤维素第34页/共84页6.铜()铜()的相互转化根据铜的电极电势可知,在溶液中,Cu+总是要发生岐化。因此一价铜化合物只存在于较稳定的配合物中或者是存在于难溶物中。Cu电极电势 0.158V 0.522VE(A)Cu2+Cu+Cu 0.34V -第35页/共84页在高温下,由于铜的第一电离势较低,第二电离势很大,所以容易形成一价铜的化合物,如在高温下可发生下列反应:4CuO2Cu2OO22CuCl2=2CuCl+Cl22CuBr2=2CuBr+Br22CuS=Cu2S+S第36页/共84页想一想:CuSO4溶液过一会后开始有什么现象?加入过量NaCN溶液
17、有什么变化?加入NaCN溶液最终产物是什么?生成棕黄色的Cu(CN)2最终产物是无色的Na3Cu(CN)4棕黄色沉淀很快分解为白色CuCN并放出(CN)2气体第37页/共84页二、银的化合物1.氧化银AgNO3AgOH白Ag2CO3白Ag2O暗棕色NaOHNa2CO3-H2O-CO2极不稳定第38页/共84页有关反应:AgNO3+NaOH=AgOH+NaNO32AgOH=Ag2O+H2O2AgNO3+Na2CO3=Ag2CO3+2NaNO3Ag2CO3=Ag2O+CO2 第39页/共84页Ag2O的性质Ag2O极易溶于硝酸或氨水溶液生成硝酸盐或银氨离子。氧化银不溶于水,呈暗棕色,由于它的生成热
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