第 10章 主族金属元素(二)铝锡铅砷锑铋.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑第 10章 主族金属元素(二)铝锡铅砷锑铋 第10章 主族金属元素（二）铝锡铅砷锑铋 【内容】 10.1 P区元素概述 10.2 铝 10.3 锡铅 10.4 砷锑铋 10.5 专题议论 惰性电子对效应 【要求】 1.了解P区元素的特点、共性和递变规律； 2.掌管铝及其重要化合物的性质和用途； 3.掌管锡和铅及其重要化合物的性质和用途； 4.了解砷锑铋及其重要化合物的性质和用途； 5.能用惰性电子对效应解释P区金属元素性质的递变规律； 10.1 P区元素概述 p区元素是指元素周期表中ⅢA?ⅧA族的全体元素，分为金属元素(左下角)和非金属元素(右上角)两片面见表10-1 表10–1 元素周期表中的p区元素 族 周期 IA IIA B～Ⅷ Ⅲ s 区 d区 IB IIB ⅢA ⅣA ⅤA C Si Ge Sn Pb P区 N P As Sb Bi ⅥA ⅦA ⅧA He 1 2 3 4 5 6 B Al Ga In O S Se Te Po F Cl Br I At Ne Ar Kr Xe Rn ds区 Tl 1. p区元素原子价层电子构型及性质递变规律 p区元素原子的价层电子构型为ns2np1? 6，价层除有2个s电子外，还有1?6 1 个p电子，He只有2个s电子。

p区元素全属于主族元素，每一族自上而下，原子半径逐步增大，金属性逐步巩固，非金属性逐步减弱，第ⅢA、ⅣA、ⅤA主族元素都是从非金属过渡到金属p区元素从左到右原子半径逐步减小，金属性逐步减弱，非金属性逐步巩固（稀有气体除外），F是最强的非金属元素 2. p区元素氧化数 p区元素除F外，一般都有多种氧化数；除F和O外，其最高正氧化数均等于最外层电子数，即所在族序数，见表10-2 表10 - 2 元素周期表中p区元素的氧化数 族 价层电子构型 氧化数 最高氧化数例如 ⅢA 硼族 ns2np1 +3,(+1) B2O3 ⅣA 碳族 ns2np2 +4,+2 CO2 ⅤA 氮族 ns2np3 +5,+3, (+1) N2O5 ⅥA 氧族 ns2np4 +6,+4, (+2),-2 SO3 ⅦA 卤族 ns2np5 +7,+5,+3, +1,-1 Cl2O7 ⅧA 稀有气体 ns2np6 +8 Na4XeO6 过渡元素后的p区金属元素，由于ns2惰性电子对效应，使其低氧化态自上而下趋于稳定，ⅢA，ⅣA，ⅤA三族表现得更加突出，尤其是第6周期的Tl(﹢1)，Pb(﹢2)，Bi(﹢3)均很稳定，而其最高正氧化态Tl(﹢3)，Pb(﹢4)，Bi(﹢5)不稳定，具有较强的氧化性。

3. p区金属元素的特性 ①熔点低 表10 - 3 p区金属的熔点 金属 tm /℃ Al Ga In 156.6 Tl 303.5 Ge 973.4 Sn Pb Sb 630.5 Bi 271.3 660.37 29.78 231.88 327.5 周期表中的p区金属与ⅡB族的Zn(419.6℃)，Cd（320.9℃ ），Hg(-38.9℃)合称为低熔点元素区这些金属相互能形成多种重要的低熔点合金. ② p区准金属及其某些化合物具有半导体性质,其导电性介于金属和绝缘体之间，如硅、锗、硒、磷化铝、砷化镓等 2 ③ p区金属元素的金属性较弱，Al、Ga、In、Ge、Sn和Pb的单质、氧化物及其水合物均表现出两性，其化合物表现出明显的共价行 ④ p区金属在自然界都以化合态形式存在，除铝主要是氧化物矿外，其余多为硫化物矿 本章议论铝、锡、铅，砷、锑、铋其中砷不是金属，但砷、锑、铋通常称为砷分族元素，性质好像，且递变规律强，所以放在一起议论 10.2 铝 10.2.1 金属铝 铝是地壳中分布最广的金属元素（质量分数为8.3 %），在全体元素中仅次于O（45.5 %）和Si（25.7 % ）。

铝在自然界中以各种矿物存在，其中最重要的是铝土矿（矾土）Al2O3 · xH2O，冰晶石Na3AlF6和明矾石KAl(SO4)2 · 2Al(OH)3 1．铝的性质 铝是银白色的金属，最重要的性质是质轻，密度为2.7g · cm-3，属轻金属，质软，硬度为1.5，熔点为660.37℃，沸点为2467℃无毒，富有延展性（延性仅次于Au），具有很好的导电性、传热性（导电、导热才能仅次于Ag和Cu），抗氧化、抗酸碱（外观生成一层致密、惰性的氧化膜，最厚达10 nm），不发生火花放电，无磁性 铝及其合金能被铸、辗、挤、锻、拉或用机床加工，易于制成各种外形的用材，如电线、包装用薄膜、炊具、建筑材料、航空航天材料等等，使它在国民经济中占有重要地位铝外观有一层氧化物薄膜，经过阳极化处理，其具有更好的抗腐蚀性和抗磨损性 表10 - 4 常见铝制合金及其主要用途 成分 铝制合金 工业纯铝 硬铝 坚铝 镁铝 Al 99.7 95～96 93～95 70～90 Mg 0.2～0.8 0.5～2 10～30 Cu 2.0～3.5 2.5～5.5 Mn 0.2～0.8 0.5～1.2 Fe、Si 0.3 杂质≤1.3% 0.2～1 主要用途 铝箔、电缆、导电机件材料等 做管、棒、板、线材以及自由锻件等 飞机中仪器零件、航空发动机气缸等 飞机布局材料等 3 铝的化学性质活泼，具有较强的恢复性，??(Al3+/Al)= - 1.676 V，在不同温度下能与O2、Cl2、Br2、I2、N2、P等非金属直接化合。

根据铝的原子布局特点，铝的典型化学性质有缺电子性、亲氧性和两性 (1) 缺电子性：Al原子的价层电子布局是3s23p1, 价电子数少于价轨道数,为缺电子原子，其化合物具有缺电子性如三氯化铝在气态存在双聚分子Al2Cl6 在Al2Cl6中每个Al原子都是sp3杂化，其相邻的4个Cl-Al键，3个是共价键，1个是配位共价键，其几何构型为共用一条棱边的双周围体，表现出铝（Ⅲ）的化合物为缺电子化合物 (2) 亲氧性：铝的最突出的化学性质就是亲氧性，这可从Al2O3的生成焓很高得到说明： 2Al(s) + 3O2(g) === Al2O3 ；? f H?= - 1669.7 kJ·mol-1 m2Al与O2回响的自发性程度很大，Al 一接触空气，外观立刻被氧化，生成一层致密的氧化膜，此膜可阻拦铝持续被氧化，此膜不溶于水和酸，使铝在空气及水中都很稳定，故铝被广泛用来制造日用器皿一旦此膜被破坏，铝的化学活泼性就表现出来例如，将一条铝片外观用砂纸擦净，放入热稀NaOH溶液1～2分钟，取出后用水洗净，滤纸擦干在该铝片上滴入2滴HgCl2饱和溶液，待外观成灰色时（约3分钟），用滤纸擦干，放置，可查看到蓬松的胡须状 “白毛”不断长出，同时放出大量的热。

当放入一试管内的热水中，可看到长“白毛”处不断冒出气泡，阅历证是氢气相关化学方程式为： 3HgCl2 + 2Al == 2AlCl3 + 3Hg Hg + Al == Al（Hg） 4Al（Hg）+ 3O2 + 2xH2O == 2Al2O3 · xH2O +（Hg） (白毛) 2 Al（Hg）+ 6H2O == 2Al(OH)3 + 3H2↑ +（Hg） 由于生成Al-Hg齐，其中的Al对比疏松，不再形成致密的氧化铝薄膜，所以Al将不断地与外界的氧和水发生回响 4 Al2O3的生成焓比一般金属氧化物及SiO2、、B2O3 的大得多，见表10-5 表10 - 5 一些氧化物的标准摩尔生成焓 氧化物 ? f Hm/ kJ·mol-1 ?CaO -635.5 MgO -601.8 Fe2O3 -824.2 Cr2O3 -1129 NiO -240 SiO2 B2O3 Al2O3 -1669.7 -910.9 -1272.8 Al 的亲氧性还表现在Al 能夺取大量金属氧化物中的氧，在冶金工业上常用作恢复剂。

例如，将铝粉和Fe2O3 按确定比例混合，用引燃剂点燃，即强烈回响，同时放出大量的热，温度能达成3000℃，铁的熔点为1535℃，此时被恢复出来的铁呈熔化状态，常用于野外焊接铁轨 Fe2O3 + 2Al == Al2O3 + 2Fe； ? r H? = - 853.8 kJ · mol-1 m在冶金工业中，此法被称为铝热冶金法或铝热法，用来冶炼一些难熔金属，如Cr、Mn、V等 Al 的亲氧性还被广泛用来作炼钢的脱氧剂，还用于制取耐高温陶瓷：将Al粉、石墨、TiO2等高熔点金属氧化物按确定比例混合平匀，涂在金属外观，在高温下煅烧： 4 Al + 3TiO2 + 3C == 2 Al2O3 + 3TiC 留在金属外观的涂层是耐高温的物质，它们广泛应用于火箭和导弹技术中 (3) 两性：铝是典型的两性金属，普遍的铝既能溶于稀盐酸和稀硫酸，又能溶于强碱如 2 Al + 6HCl == 2 AlCl3 + 3H2↑ 2 Al + 2NaOH + 6H2O == 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ 铝还能溶于热的浓硫酸： 2 Al + 6H2SO4 (浓，热) == Al2(SO4 )3 + 3SO2↑ + 6 H2O 铝在冷的浓H2SO4、稀、浓HNO3中被钝化，所以常用铝桶装运这些酸。

高纯度的铝（99.95%）不与一般的酸作用，只溶于王水 2.铝的冶炼 从铝土矿制取金属铝，一般要经过两步：① Al2O3 的纯制 在加压下用碱液溶解铝土矿Al2O3 · xH2O，经过滤除去杂质，往滤液中通入CO2，析出Al(OH)3，灼烧得Al2O3，主要回响为： 5 — 8 —。