第21章p区金属教学要求：1、掌握铝、锡、铅单质及其重要化合物的性质和用途。2、掌握锗分族元素及其化合物性质变化规律低价锡盐的还原性和常见铅盐的性质和用途本章重点：单质和化合物的化学性质及性质变化规律。本章难点：化合物的性质变化规律及理论解释
第21章 p区金属 教学要求： １、掌握铝、锡、铅单质及其重要化合物的性质和用 途。 ２、掌握锗分族元素及其化合物性质变化规律。 低价锡盐的还原性和常见铅盐的性质和用途 本章重点：单质和化合物的化学性质及性质变化规律。 本章难点：化合物的性质变化规律及理论解释
21--1 p区金属概述铝族和锗族元素的基本性质元素PbAlT1GeSnGaIn性质ns'npns'np?价电子层结构+3+1+3+1 +3+4 +2(+4)+2+1(+3)+4 +2主要氧化态125125150155122140154共价半径/pm第一电离势577.4578.8558.1589.1762.2708.4715.4kJ : mol第一电离势1979182019701816.11537.41411.31449.9kJ · mol-l1. 782. 01电负性1. 611. 812. 041. 962. 33
21-1 p区金属概述 元素 性质 Al Ga In Tl Ge Sn Pb 价电子层结构 ns2np1 ns2np2 主要氧化态 +3 +1+3 +1 +3 +1(+3) +4 +2 +4 +2 (+4)+2 共价半径/pm 125 125 150 155 122 140 154 第一电离势 kJ·mol-1 577.4 578.8 558.1 589.1 762.2 708.4 715.4 第一电离势 kJ·mol-1 1816．1 1979 1820 1970 1537．4 1411．3 1449．9 电负性 1．61 1．81 1．78 2．04 2．01 1．96 2．33 铝族和锗族元素的基本性质
单质的熔点、沸点、硬度和密度单质AlPbSnGaInTlGe性质933.5302.9429.81210600.7熔点/K576.7505.0沸点/K2740267623531730310325332013莫氏硬1.5-1.2-1.5-1.26.252-2.91.52.51.31.8度密度2.7027.3011.855.3811.345.9047.285g : cm-3
单质 性质 Al Ga In Tl Ge Sn Pb 熔点/K 933.5 302.9 429.8 576.7 1210 505.0 600.7 沸点/K 2740 2676 2353 1730 3103 2533 2013 莫氏硬 度 2-2.9 1.5- 2.5 1.2 1.2- 1.3 6.25 1.5- 1.8 1.5 密度 g·cm-3 2.702 5.904 7.30 11.85 5.38 7.285 11.34 单质的熔点、沸点、硬度和密度
21—2铝镓分族铝分族元素(Al、Ga、In、TI)的价电子层结构为ns2npl。都是金属，所以在铝族的化合物中，其元素的最高氧化态为+III，最低的为+ I。从A1到Tl，低氧化态趋向稳定由于铝分族元素的价电子层结构为ns2npl，似都能失去外层3个价电子变成M3+，从而构成离子键，但实际上由于由中性M原子变成M3+离子需要吸收的能量相当的多(电离能)，并且M3+离子的半径很小，表面电荷密度很高，易使与之成键的负离子发生强烈的变形(极化)使键具有明显的共价性。从铝到铊，随着半径的增加其化合物的共价性减弱，离子性逐渐增强
铝分族元素(Al、Ga、In、Tl)的价电子层结构为 ns2np1 。都是金属，所以在铝族的化合物中，其元素的 最高氧化态为+Ⅲ，最低的为+Ⅰ。从Al到Tl，低氧化态 趋向稳定。 由于铝分族元素的价电子层结构为ns2np1 ，似都能失 去外层3个价电子变成M3+ ，从而构成离子键，但实际上， 由于由中性M原子变成M3+离子需要吸收的能量相当的 多(电离能)，并且M3+离子的半径很小，表面电荷密度 很高，易使与之 成键的负离子发生强烈的变形(极化)， 使键具有明显的共价性。从铝到铊，随着半径的增加， 其化合物的共价性减弱，离子性逐渐增强。 21—2 铝 镓分族
2一1 铝及其化合物一、单质铝的冶炼及性质1、铝的冶炼铝是活泼金属，它的离子有很高的水合能，因此不能从水溶液中提取这个金属。但从于态的化合物制备铝又需要更活泼的金属如钠作还原剂，在经济上和操作上都是不利的。近代工业是用电解熔融氧化物的方法制备金属铝从铝矾土矿(Al,O)冶炼金属铝的步骤：碱溶铝矾土矿→过滤→通CO,于滤液析出Al(OH)3→灼烧→纯氧化铝Al,O→加冰晶石NaAIF→电解混合熔液→金属铝A1,03+2Na0H+3H,0=2NaA1 (0H)2NaA1 (OH) 4+CO,=2A1 (OH)3 +Na,CO,+H,0A1 (0H) 3====A1203+H,0
一、单质铝的冶炼及性质 1、铝的冶炼 铝是活泼金属，它的离子有很高的水合能，因此不能从 水溶液中提取这个金属。但从干态的化合物制备铝又需要更 活泼的金属如钠作还原剂，在经济上和操作上都是不利的。 近代工业是用电解熔融氧化物的方法制备金属铝。 从铝矾土矿(Al2O3)冶炼金属铝的步骤：碱溶铝矾土矿过 滤通CO2于滤液析出Al(OH)3 灼烧纯氧化铝Al2O3加 冰晶石Na3AlF6 电解混合熔液金属铝。 2—1 铝及其化合物 Al2O3＋2NaOH＋3H2O＝2NaAl(OH)4 2NaAl(OH)4+CO2＝2Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O Al(OH)3====Al2O3+H2O
2、铝的性质铝的化学性质比较活泼，(o°AI3+/AI=-1.662V，但常温下在空气和水中都是很稳定的，这是由于铝具有很强的亲氧能力，它的氧化物(Al,O,)的 △H=-1669kJ/mol，这使纯净的铝一经接触空气，其表面就立即生成一层致密而牢固的氧化膜：2A1 + 3/202 = Al203△H9= -1669kJ/mol由于氧化铝的生成烩相当大，故可以用铝来还原某些金属的氧化物，称为铝热法：Al+3MnO,= 2 Al,O, +3Mn2Al+Cr203 = Al,03 +2Cr铝族元素变为+III氧化态的趋势是从铝到铠减弱的。即+III氧化态的稳定性从铝到铊减弱，铊3+离子最不稳定，它是较强的氧化剂，还原为TI+离子
铝的化学性质比较活泼，Al3+/Al= -1.662V，但常温下在空 气和水中都是很稳定的，这是由于铝具有很强的亲氧能力，它 的氧化物(Al2O3)的H f= -1669kJ/mol，这使纯净的铝一经接触 空气，其表面就立即生成一层致密而牢固的氧化膜： 2Al + 3/2O2 = Al2O3 H f= -1669kJ/mol 由于氧化铝的生成焓相当大，故可以用铝来还原 某些金属的氧化物，称为铝热法： Al+3MnO2＝ 2 Al2O3 ＋3Mn 2Al+Cr2O3 = Al2O3 +2Cr 铝族元素变为+Ⅲ氧化态的趋势是从铝到铊减弱的。即+Ⅲ 氧化态的稳定性从铝到铊减弱，铊3+离子最不稳定，它是较强的 氧化剂，还原为Tl+离子 2、铝的性质
通常情况下，由于铝的表面被一层牢固的氧化膜所覆盖，因此不易与水或空气反应，但如果用氯化汞处理它的表面，则在空气中迅速长出铝毛（氧化铝），在水中激烈反应放出氢气：2A1+6H,0=2A1(0H)3+3H2 ↑铝族元素在不同温度下还能与卤素、O2,C,S,N,等到非金属单质反应，生成相应的化合物：2AI+ N, = 2AIN2Al+3F, = 2A1F除了氟化物和氧化物为离子型外，铝的很多的化合物都是共价型的。铝是典型的两性元素，既能溶于盐酸和稀硫酸，又能溶于强碱性溶液中(氧化铝，氢氧化铝)：2A1+HCl = 2A1Cl+3H22Al+2NaOH+6H,O = 2Na[A1(OH)4l+3H
通常情况下，由于铝的表面被一层牢固的氧化膜所覆盖， 因此不易与水或空气反应，但如果用氯化汞处理它的表面， 则在空气中迅速长出铝毛（氧化铝），在水中激烈反应放出氢 气： 2Al＋6H2O＝2Al(OH)3＋3H2↑ 铝族元素在不同温度下还能与卤素、O2 , C, S, N2等到非 金属单质反应，生成相应的化合物： 2Al+ N2 = 2AlN 2Al+3F2 = 2AlF3 除了氟化物和氧化物为离子型外，铝的很多的化合物都 是共价型的。 铝是典型的两性元素，既能溶于盐酸和稀硫酸，又能溶 于强碱性溶液中(氧化铝，氢氧化铝)： 2Al+HCl = 2AlCl3+3H2 2Al+2NaOH+6H2O = 2Na[Al(OH)4]+3H2
铝比镓更易溶于酸，表现出它的碱性比镓强在浓的、冷的硝酸或硫酸中，铝发生钝化，Ga和In也有钝化作用铝离子的高电荷密度（电荷高，离子半径小）还能增强其同极性分子(或离子)间的相互作用，从而有利于某些稳定配离子的形成。如：AIF,+3HF = H,[AIF]
铝比镓更易溶于酸，表现出它的碱性比镓强。 在浓的、冷的硝酸或硫酸中，铝发生钝化，Ga和In 也有钝化作用 铝离子的高电荷密度（电荷高，离子半径小）还 能增强其同极性分子(或离子)间的相互作用，从而 有利于某些稳定配离子的形成。如： AlF3+3HF = H3[AlF6]
二、铝的氧化物及其水合物氧化铝有三种：α-Al,O,、β-Al,O,和-Al,O3。α-Al,O3晶体具有六方密堆积结构，其中正、负离子半径小，电荷密度高，使晶体有很大的晶格能，所以α-Al,O,具有很高的熔点和硬度(2290K，8.8)。由铝和氧气燃烧或高温灼烧A1（OH)3得到。不溶于水，也不溶于酸和碱，化学性质很稳定。故称这“刚玉”，如含有不同的其它金属杂质，则是不同颜色的宝石：红宝石(Cr3+）蓝宝石(Fe3+,Cr3+）黄玉/黄晶(Fe3+)
氧化铝有三种：_Al2O3、β-Al2O3和 _Al2O3。 _Al2O3晶体具有六方密堆积结构，其中正、负离子半径 小，电荷密度高，使晶体有很大的晶格能，所以_Al2O3具有 很高的熔点和硬度(2290K，8.8)。由铝和氧气燃烧或高温灼 烧Al(OH)3得到。不溶于水，也不溶于酸和碱，化学性质很稳 定 。故称这“刚玉”，如含有不同的其它金属杂质，则是不同 颜色的宝石：红宝石(Cr3+) 蓝宝石(Fe3+,Cr3+) 黄玉/黄 晶(Fe3+)。 二、铝的氧化物及其水合物
刚玉，英文名称：CORUNDUM莫氏硬度：8.8比重：3.99折射率：1.762-1.77颜色：红色，蓝色，黄色，褐色，以及其间过渡色等多种包裹体：金红石,刚玉，尖晶石，锆石，负晶等。主要产地：缅甸,泰国,斯里兰卡,印度,坦桑尼亚,越南,尼日利亚澳大利亚.中国等简易鉴定方法(1)硬度法：用宝石的棱角在黄玉(托帕斯)的表面轻轻划过，如能在黄玉表面轻易划出痕迹的是刚玉，反之则是品。(2)放大观测法：在放大镜下仔细观察，发现有平行的或以120度折角的生长色带是真品，若发现弧形生长纹色带的一定是质品。(3)观色法：由于刚玉(红宝石，蓝宝石)的二色性比较明显，故从不同的角度观察宝石会发现宝石的颜色有不同的变化，如蓝色的变化成蓝绿色，红色的变化成玫瑰红或粉红色等等
刚玉，英文名称：CORUNDUM 莫氏硬度：8.8 比重：3.99 折射率：1.762-1.77 颜色：红色，蓝色，黄色，褐色，以及其间过渡色等多种。 包裹体：金红石,刚玉，尖晶石，锆石，负晶等。 主要产地：缅甸,泰国,斯里兰卡,印度,坦桑尼亚,越南,尼日利亚, 澳大利亚,中国等. 简易鉴定方法: (1)硬度法：用宝石的棱角在黄玉(托帕斯)的表面轻轻划过，如 能在黄玉表面轻易划出痕迹的是刚玉，反之则是赝品。 (2)放大观测法：在放大镜下仔细观察，发现有平行的或以120 度折角的生长色带是真品，若发现弧形生长纹色带的一定是 赝品。 (3)观色法：由于刚玉(红宝石，蓝宝石)的二色性比较明显，故 从不同的角度观察宝石会发现宝石的颜色有不同的变化，如 蓝色的变化成蓝绿色，红色的变化成玫瑰红或粉红色等等