【冶金精品文档】ds区元素(铜、锌)

第十七章ds区元素第一节铜族元素第二节锌族元素第一节铜族元素一、铜族元素概述二、铜的重要化合物三、银的重要化合物无机化学一、铜族元素概述(一)铜族元素的通性铜族元素的外层电子组态为(n-1)d10ns1。由于18电子层组态对原子核的屏蔽效应比8电子层组态要小，因此铜族元素原子作用在最外层电子上的有效核电荷较多，最外层的s电子受原子核的吸引比碱金属元素原子要强得多，所以铜族元素的电离能比同周期碱金属元素显著增大，原子半径也显著减小，铜族元素单质的化学性质远不如相应的碱金属元素的单质活泼。第11族元素包括铜、银、金三种元素，通常称为铜族元素。无机化学铜族元素的基本性质铜银金元素符号CuAgAu原子序数294779相对原子质量63.55107.9197.0价电子层组态3d104s14d105s15d106s1常见氧化值+1,+2+1+1,+3r(M)/pm127.8144.4144.2r(M+)/pm96126137r(M2+)/pm728985(M3+)Ei,1/(kJ·mol-1)750735895Ei,2/(kJ·mol-1)197020831987-582-485-644-2121──340285约385电负性1.91.92.4+1hm(M,g)/(kJmol)H2+1hm(M,g)/(kJmol)H1subm/(kJmol)H无机化学铜族元素的氧化值有+1、+2、+3，这是由于铜族元素原子的最外层s电子的能量与外次层d电子的能量相差较小，在反应中不仅能失去s电子，在一定条件下还可以失去一个或两个次外层的d电子。铜族元素离子具有18电子组态或9~17电子组态，具有较强的极化力和明显的变形性，所以本族元素容易形成共价化合物。本族元素离子形成配合物的倾向也很显著。铜族元素单质在水溶液中较不活泼，金属活泼性按铜、银、金的顺序降低。在酸性溶液中，Cu+和Au+均不稳定，容易发生歧化反应。无机化学(二)铜族元素的单质纯铜为红色，银为银白色，金为黄色。它们的密度大于5g·cm-3，都属于重金属，其中金的密度最大，为19.3g·cm-3。与d区元素相比，铜族元素单质的熔点、沸点相对较低，硬度较小，有极好的延展性和可塑性。铜、银、金的导热、导电能力极强，尤以银为最强，铜是最常用的导体。铜、银、金能与许多金属形成合金，其中铜的合金品种最多。银表面反射光线能力强，过去用作银镜、保温瓶、太阳能反射镜。无机化学铜、银、金的化学性质比较稳定。在干燥空气中不易被氧化，有二氧化碳及湿气存在时，则在表面上生成绿色的碱式碳酸铜：2222232Cu+O+HO+COCu(OH)CO金是在高温下惟一不与氧气反应的金属，在自然界中仅与碲形成碲化金。银的活泼性介于铜和金之间。银在室温下不与氧气和水反应，即使在高温下也不与氢气、氮气或炭作用，与卤素反应较慢，在室温下与含有硫化氢的空气接触时，表面生成一层黑色的硫化银：22224Ag+2HS+O2AgS+2HO铜、银不溶于非氧化性稀酸溶液，但溶于硝酸和热的浓硫酸溶液中。金不溶于硝酸，但溶于王水中。银不溶于王水，是由于银在王水中表面生成AgCl薄膜而阻止反应进行。无机化学铜和银的用途很广，除用作钱币、饰物外，铜大量用来制造电线、电缆，广泛用于电子工业和航天工业及各种化工设备。铜合金主要用于制造齿轮等机械零件、热电偶、刀具等。铜还是生命必需的微量元素,有“生命元素”之称。银主要用于电镀、制镜、感光材料等。金主要作为黄金储备、铸币、电子工业及制造首饰。为使金饰品变得坚硬且价格便宜，常把金与适量银、铜熔炼成合金，其中金的质量分数用“K”表示，1K表示金的质量分数为4.166%，纯金为24K金。无机化学二、铜的重要化合物(一)氧化物和氢氧化物CuO为黑色晶体，不溶于水，但可溶于酸。CuO的热稳定性很高，加热到1000℃才分解为Cu2O和O2。在Cu2+溶液中加入强碱溶液，析出浅蓝色的Cu(OH)2沉淀。Cu2(OH)2受热脱水生成CuO。Cu2(OH)2为两性氢氧化物，但碱性强于酸性，易溶于强酸溶液，也能溶于浓的强碱溶液中。Cu(OH)2可溶于过量氨水中，生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2+。无机化学+23232CuO+4NH+HO2[Cu(NH)]+2OH[Cu(NH3)2]+不稳定，在空气中被氧化为深蓝色的[Cu(NH3)4]2+:+2+32232344[Cu(NH)]+O+8NH+2HO4[Cu(NH)]+4OHCu2O主要用作玻璃、搪瓷工业的红色颜料。CuOH极不稳定，至今尚未制得CuOH。Cu2O对热很稳定，在1235℃熔化也不分解。Cu2O难溶于水，但易溶于酸溶液，并立即歧化为Cu和Cu2+。Cu2O与盐酸反应形成难溶于水的CuCl白色沉淀。Cu2O还能溶于过量氨水中，形成无色配离子[Cu(NH3)2]+：无机化学(二)盐类1.氯化亚铜氯化亚铜是一种白色晶体，熔点为430℃，难溶于水，吸湿后变为绿色，溶于氨水。在热的浓盐酸溶液中，用铜粉还原CuCl2，生成无色的[CuCl2]-，用水稀释即可得到难溶于水的CuCl白色沉淀：CuCl的盐酸溶液能吸收CO，形成氯化羰基铜(Ⅰ)[CuCl(CO)]·H2O，此反应在气体中用于测定混合气体中CO的含量。2+Cu+Cu+2Cl2CuCl△↓无机化学2.氯化铜无水氯化铜为棕黄色晶体，在空气中潮解，它易溶于水，也易溶于乙醇和丙酮。从溶液中结晶出的二水合氯化铜为蓝色晶体。CuCl2溶液浓度不同时，溶液呈现的颜色也不同。很浓的CuCl2溶液呈黄绿色，浓溶液呈绿色，稀溶液呈蓝色。[CuCl4]2-呈黄色，[Cu(H2O)4]2-呈蓝色，当两种配离子共存时溶液呈黄绿色或绿色。氯化铜可用氧化铜与盐酸反应制得。CuCl2是共价化合物，与碱金属卤化物或盐酸发生反应，生成[CuCl4]2-配离子。由于[CuCl4]2-不够稳定，只能在Cl-过量时形成。CuCl2加热至773K时，分解为CuCl和Cl2。无机化学3.硫酸铜五水合硫酸铜俗称胆矾或蓝矾。CuSO4·5H2O是蓝色晶体，受热后逐步脱水，最后生成无水硫酸铜：4242424CuSO5HOCuSO3HOCuSOHOCuSO375K386K531K无机化学在CuSO4·5H2O中，五个H2O的结合力是不同的。其中四个H2O和两个位于变形八面体的六个顶点，四个H2O处于平面正方形的四个角上，两个位于平面正方形的上方和下方，第五个H2O以氢键与两个配位H2O和两个结合。加热时，先失去两个非氢键水分子，再失去另外两个氢键水分子，最后失去以氢键与结合的水分子。24SO24SO24SO24SO无机化学CuSO4·5H2O的几何构型SOCu2+H无机化学无水硫酸铜为白色粉末，难溶于乙醇或乙醚，具有很强的吸水性，吸水后呈现蓝色。当硫酸铜加热到923K时，发生分解反应：43923KCuSOCuO+SO↑硫酸铜具有杀菌能力，用作蓄水池、游泳池净化水的除藻剂；在医学上用作收敛剂、防腐剂和催吐剂；在农业上，硫酸铜与石灰乳的混合液用作果树和农作物的杀虫剂和杀菌剂。无机化学(三)配合物1.Cu+的配合物Cu+形成的配离子有[CuCl2]-、[Cu(SCN)2]-、[Cu(NH3)2]+、[Cu(CN)2]-、[Cu(S2O3)2]3-。大多数Cu+的配合物溶液具有吸收烯烃、炔烃和一氧化碳的能力。例如：++3232[Cu(NH)]+CO[Cu(NH)(CO)]上述反应是可逆反应，受热时放出CO。无机化学Cu2+与单齿配体一般形成配位数为4的配位个体。Cu2+是交界酸，它与OH-、Cl-等硬碱离子形成的配位个体的稳定性较差。Cu2+还能与一些有机配体形成稳定的螯合物。2.Cu2+的配合物无机化学(四)Cu2+与Cu+的相互转化Cu+的组态是3d10，Cu2+的组态是3d9，Cu+应该比Cu2+稳定。铜元素的第二电离能(1970kJ·mol-1)较高，因此在气态时Cu+的化合物是稳定的。由于Cu2+的电荷数大、半径小，标准摩尔水合焓(-2100kJ·mol-1)比Cu+的(-513kJ·mol-1)小得多，因此在水溶液中Cu+没有Cu2+稳定，它将歧化为Cu2+和Cu：hmHhmH2+2CuCu+Cu无机化学只有当Cu+生成沉淀或配位个体时，Cu+浓度非常低，反歧化反应才能进行。例如:22Cu+CuCl+2HCl2H[CuCl]Cu2+的极化作用比Cu+强，在高温下，Cu2+的化合物不稳定，转变为稳定的Cu+的化合物。例如：224CuO2CuO+O↑其他Cu2+化合物加热至高温都有分解为相应的亚铜化合物的现象。甚至有些化合物在常温下就不能存在，分解为Cu+的化合物。1273K无机化学三、银的重要化合物(一)氧化银在AgNO3溶液中加入NaOH溶液，先析出白色AgOH沉淀，它极不稳定，立即脱水生成暗棕色Ag2O沉淀。Ag2O微溶于水，其溶液呈弱碱性。氧化银的稳定性较差，573K时分解。氧化银具有较强氧化性，容易被CO或H2O2还原。22AgO+CO2Ag+CO22222AgO+HO2Ag+HO+O↑Ag2O和MnO2、Co2O3、CuO的混合物在室温下就能将CO迅速氧化成CO2，因此常用于防毒面具中。无机化学(二)硝酸银硝酸银是最重要的可溶性银盐。将银溶于硝酸溶液中，蒸发、结晶，得到硝酸银晶体。AgNO3加热到713K时，按下式分解：3222AgNO2Ag+NO+O△↑↑在日光照射下，AgNO3也会按上式缓慢分解，因此AgNO3晶体或溶液应装在棕色试剂瓶中。硝酸银具有氧化性，遇微量的有机化合物即被还原为黑色的单质银。AgNO3主要用于制造照相底片所需的溴化银乳剂，它还是一种重要的分析试剂。医药上常用它作消毒剂和腐蚀剂。无机化学(三)卤化银卤化银中只有AgF易溶于水，其他卤化银均难溶于水。卤化银的颜色依AgCl、AgBr、AgI的顺序加深，其溶解度也依次降低。卤化银有感光性，在光照下分解为单质：22AgX2Ag+X日光基于卤化银的感光性，常用作照相底片上的感光物质。无机化学(四)配合物Ag+常见的配离子有[Ag(NH3)2]+、[Ag(SCN)2]-、[Ag(S2O3)2]3-、[Ag(CN2)-]等,它们的稳定性依次增强。[Ag(NH3)2]+具有弱氧化性，工业上利用它与甲醛或葡萄糖反应在玻璃或暖水瓶胆上镀银：+322[Ag(NH)]+HCHO+2OH4322Ag+HCOONH+3NH+HO↓[Ag(CN2)-]作为镀银电解液的主要成分，电镀效果很好，但因氰化物有剧毒，近年来逐渐被无毒镀银液所代替。第二节锌族元素一、锌族元素概述二、锌的重要化合物三、汞的重要化合物Cd无机化学一、锌族元素(一)锌族元素的通性锌族元素的价层电子组态为(n-1)d10ns2。锌族元素与碱土金属元素在性质上有很大差别，但比起铜族元素与碱金属元素之间的差别要小一些。由于18电子组态对原子核的屏蔽作用较小，因此锌族元素原子作用在最外层s电子上的有效核电荷较大，原子核对最外层电子吸引力较强。与同周期碱金属元素相比较，锌族元素的原子半径和离子半径都较小，所以锌族元素的电负性和电离能都比碱土金属元素大，锌族元素的活泼性比碱土金属元素差。第12族元素包括锌、镉、汞三种元素，通常称为锌族元素。无机化学锌族元素的基本性质锌镉汞元素符号ZnCdHg原子序数304880相对原子质量65.38112.4200.6价电子层组态3d104s24d105s25d106s2r(M)/pm125141144r(M2+)/pm7497110Ei,1/(kJ·mol-1)9158731013Ei,2/(kJ·mol-1)173416411820Ei,3/(kJ·mol-1)383736163299-2054-1816-18331261126211511059电负性1.91.71.92+1hm(M,g)/(kJmol)H1subm/(kJmol)H1vapm/(kJmol)H无机化学锌族元素单质的熔点、沸点、熔化热和气化热不仅比碱土金属单质低，而且也比铜族元