第二十二章ds区金属
第二十二章 ds区金属
22-1铜族元素 22-1-1铜族元素的通性 。 铜族元素的氧化数有+1、+2、+3三种， 而碱金属的氧 化数只有十1一种。这是由于铜族元素最外层的s电子和 次外层的(1)d电子的能量相差不大的缘故，如铜的第 一 电离能为750kJ/mol,第二电离能为1970k灯/mol, 它与其它元素反应时，不仅s电子能参加反应，(n-1)d电 在二定条件下还可以失去一个到二个，所以呈现变价。 碱金属如钠的第一电商能499/mol,第二电离能为 4591灯/mol,.ns与次外层(n-1)d能量差很大，在二 条件下很难失去第二个电字，氧化数能为+1
22-1 铜族元素 22-1-1 铜族元素的通性 • 铜族元素的氧化数有+1、+2、+3三种，而碱金属的氧 化数只有+1一种。这是由于铜族元素最外层的ns电子和 次外层的(n-1)d电子的能量相差不大的缘故，如铜的第 一电离能为750kJ/mol，第二电离能为1970kJ/mol， 它与其它元素反应时，不仅s电子能参加反应，(n-1)d电 子在一定条件下还可以失去一个到二个，所以呈现变价。 碱金属如钠的第一电商能为499kJ/mol，第二电离能为 4591kJ/mol，ns与次外层(n-1)d能量差很大，在一般 条件下很难失去第二个电子，氧化数只能为+1
铜族元素的第一电离势比碱金属高得多，铜族元素的标准 电极电势比碱金属的数值大。 奇光得，膏灵 Na到Cs的顺序恰好相反。，这是计么原因呢？丛表201的 一 些据分可以得到一些解释： 从Cu→AU, 原于半径增 加不大，而核电荷确明显增加， 次外层18电子的屏蔽效 应又较小亦即有效核电荷对价电子的吸引力增大， 因而 属活汉性依次减弱。 另二方面从能量数据的分析来看， 铜、 银、金的第兰电离势分别为750、35、895k/m01。 从电离势来看，银比铜稍活泼。如果在水溶液中反应，就 应依电极电势的大公来判断。用玻恩哈伯循环计算 M(S)一→M+(aq)能量变化，可见从固体金属形成价水合 阳离子所需的能量随Cu一Au的顺序越来越大，所以从 Cu一Au性质越来越不活泼
铜族元素的第一电离势比碱金属高得多，铜族元素的标准 电极电势比碱金属的数值大。 本族元素性质变化的规律和所有副族元素一样，从上到 下即按Cu、Ag、Au的顺序金属活泼性递减，与碱金属从 Na到Cs的顺序恰好相反。这是计么原因呢？从表20-l的 一些数据分可以得到一些解释：从Cu→Au，原于半径增 加不大，而核电荷确明显增加，次外层18电子的屏蔽效 应又较小亦即有效核电荷对价电子的吸引力增大，因而金 属活汉性依次减弱。另一方面从能量数据的分析来看，铜、 银、金的第一电离势分别为750、735、895kJ/mol。 从电离势来看，银比铜稍活泼。如果在水溶液中反应，就 应依电极电势的大小来判断。用玻恩哈伯循环计算 M(s)→M+(aq)能量变化，可见从固体金属形成一价水合 阳离子所需的能量随Cu—Au的顺序越来越大，所以从 Cu—Au性质越来越不活泼
由于18电子层结构的离子，具有很强的极化力和明显的 变形性，所以本族元素一方面容易形成共价性化合物。另 面本族元素离子的d、S、p轨道能量相差不大，能级较低的 空轨道较多，所以形成配合物的倾向也很显著
由于18电子层结构的离子，具有很强的极化力和明显的 变形性，所以本族元素一方面容易形成共价性化合物。另一 面本族元素离子的d、s、p轨道能量相差不大，能级较低的 空轨道较多，所以形成配合物的倾向也很显著
22-1-2金属单质 存在和冶炼 存在金属中铜、银和金是为人类最早熟悉的，因其化学 性质不活泼，所以它门在自然界中有游离的单质存在。自 然铜（游离铜）的矿床很少，主要铜矿有辉铜矿(CuS)、黄 铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu FeS4)、赤铜矿(CuO)、蓝铜矿 “(2CuCO3Cu(OH)2)和孔雀石(CuCO3Cu(OH)2)等。我国 的铜矿储量居世界第三位，主要集中在江西、云南、甘肃、 湖北、安徽、西藏。现已在江西德兴建立了我国最大的现 代化铜业基地。银主要以硫化物形式存在。除较少的闪银 矿(Ag2S)外，硫化银常与方铅矿共生，我国银的铅锌矿非 常丰富
22-1-2 金属单质 • 一、存在和冶炼 存在 金属中铜、银和金是为人类最早熟悉的，因其化学 性质不活泼，所以它门在自然界中有游离的单质存在。自 然铜(游离铜)的矿床很少，主要铜矿有辉铜矿(Cu2S)、黄 铜矿(CuFeS2 )、斑铜矿(Cu3FeS4 )、赤铜矿(Cu2O)、蓝铜矿 “(2CuCO3·Cu(OH)2 )和孔雀石(CuCO3·Cu(OH)2 )等。我国 的铜矿储量居世界第三位，主要集中在江西、云南、甘肃、 湖北、安徽、西藏。现已在江西德兴建立了我国最大的现 代化铜业基地。银主要以硫化物形式存在。除较少的闪银 矿(Ag2S)外，硫化银常与方铅矿共生，我国银的铅锌矿非 常丰富
金矿主要是自然金，自然金有岩脉金（散布在岩石中）和冲 积金（存在于砂砾中）两种。我国黑龙江和新疆都盛产金。 冶炼铜主要从黄铜矿提陈。在治炼过程大致分为：1 富集：将硫化物矿进行浮选。2.焙烧：把得到的精矿进行 席烧，除去部分的硫和挥发性杂质如三氧化二砷等，并使 部分疏化物变成氧化物。主要反应如下： 2CuFcS2+02-Cu2S+2FeS+S02 ·3.制粗铜：把焙烧过的矿石与砂子混合，在反射炉中加 热到1273左右，FeS氧化为fe0以后，这时Fe0又和SiO2 形成熔渣(FeSiO3),它因密度小而俘在上层，而Cu2S和剩 余的FeS熔融在一起生成所谓“冰铜”，冰铜较重，沉于 下层：FeO+Sio2=FeSiO3 MCu2S+nfeS=冰铜
金矿主要是自然金，自然金有岩脉金(散布在岩石中)和冲 积金(存在于砂砾中)两种。我国黑龙江和新疆都盛产金。 • 冶炼 铜主要从黄铜矿提炼。在冶炼过程大致分为：1. 富集：将硫化物矿进行浮选。2.焙烧：把得到的精矿进行 焙烧，除去部分的硫和挥发性杂质如三氧化二砷等，并使 部分硫化物变成氧化物。主要反应如下： 2CuFcS2+O2＝Cu2S+2FeS+SO2 • 3．制粗铜：把焙烧过的矿石与砂子混合，在反射炉中加 热到1273左右，FeS氧化为FeO以后，这时FeO又和SiO2 形成熔渣(FeSiO3)，它因密度小而俘在上层，而Cu2S和剩 余的FeS熔融在一起生成所谓“冰铜”，冰铜较重，沉于 下层：FeO+SiO2＝FeSiO3 MCu2S+nFeS＝冰铜
4。制泡铜：把冰铜放入转炉，鼓风熔炼，就得到大约含 铜98%左右的粗铜。主要反应如下： 2Cu2S+302=2Cu20+2S02 2Cu20+Cu2S=6Cu+S02 生成的S02气体可用来制硫酸 5,精炼：一 般火法精炼后铜，大约含99.5-99.7%的铜和 0.5-0.3%的杂质。这种铜的导电性还不够高，不符合电气 工业的要求。电解精炼是为了获得高导电性的更纯的铜和 提取贵金属。 银矿和金矿中银的含量往往较低，这时可采用氰化法提炼。 氰化法是用稀的KCN或NaCN溶液处理粉碎的矿石反应如 4Au+8NaCN+2H20+02=4Na[Ag(CN)2]+4NaOH Ag2S+4NaCN=2Na[Ag(CN)2]+Na2S 4Au+8NaCN+2H20+02=4Na[Au(CN)21+4NaOH 然后用金属锌进行置换，使银、金从溶液中析出： 2Na[Ag(CN)21+Zn=2Ag+Na2[Zn(CN)4 2Na[Au(CN)2]+Zn=2Au+Na2[Zn(CN)4]
• 4．制泡铜：把冰铜放入转炉，鼓风熔炼，就得到大约含 铜98%左右的粗铜。主要反应如下： 2Cu 2S+3O2＝2Cu2O+2SO2 2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2 生成的SO2气体可用来制硫酸。 5．精炼：一般火法精炼后铜，大约含99.5-99.7%的铜和 0.5-0.3%的杂质。这种铜的导电性还不够高，不符合电气 工业的要求。电解精炼是为了获得高导电性的更纯的铜和 提取贵金属。 银矿和金矿中银的含量往往较低，这时可采用氰化法提炼。 氰化法是用稀的KCN或NaCN溶液处理粉碎的矿石反应如 下： 4Au+8NaCN+2H2O+O2＝4Na[Ag(CN)2]+4NaOH Ag2S+4NaCN＝2Na[Ag(CN)2]+Na2S 4Au+8NaCN+2H2O+O2＝4Na[Au(CN)2]+4NaOH 然后用金属锌进行置换，使银、金从溶液中析出： 2Na[Ag(CN)2]+Zn＝2Ag+Na2[Zn(CN)4 2Na[Au(CN)2]+Zn＝2Au+Na2[Zn(CN)4]
二、性质和用途 铜、银、金依次是紫红色、银自色和黄色的金属。它们的 重要物理性质见下表20-3。 铜族单质具有密度较大，熔沸点较高， 优良的导电、传热 性等共同特性，它们为延展性很好。特别是金，1克全能 抽成长达3公里金丝，或压成厚药0.0001毫来的金箱。铜 的导电性能仅次银居第二位。铜在电气工业中有着广泛的 应用，但臭极微量的杂质，特别是A5和Sb的存在会大天降 低铜的导电性。因此制造电线，必须用高纯度的电解铜。 ,气 跃迁。但由于银比较贵，所以它的用途受到限制，银主要 用来制造器血、饰物、货币等。金是贵金属，常用于电镀 镶牙和饰物
• 二、性质和用途 铜、银、金依次是紫红色、银白色和黄色的金属。它们的 重要物理性质见下表20-3。 铜族单质具有密度较大，熔沸点较高，优良的导电、传热 性等共同特性，它们为延展性很好。特别是金，1克全能 抽成长达3公里金丝，或压成厚约0.0001毫米的金箔。铜 的导电性能仅次银居第二位。铜在电气工业中有着广泛的 应用，但是极微量的杂质，特别是As和Sb的存在会大大降 低铜的导电性。因此制造电线，必须用高纯度的电解铜。 银的导电性和导热性在金属中占第一位，与其能带的宽窄 有关。IB族金属d能带内能级多，电子多，电子较易发生 跃迁。但由于银比较贵，所以它的用途受到限制，银主要 用来制造器皿、饰物、货币等。金是贵金属，常用于电镀、 镶牙和饰物
·铜是人类历史上最早使用的金属。我国是最早使用铜器的 国家之一，并且是青铜、黄铜和白铜等合金的首创者。据 考证，在三千多年前（殷代）已能从孔雀石中炼出铜来，而 且铸铜的技术也达到相当高的水平，当时许多铜器都是古 铜的。在公元前二世纪（汉代）发明了黄铜和白铜，直到十 八世纪才传入欧洲，我国劳动人民在很早以前就在铜的治 炼、铸造和合金的制造上获得了辉煌的成就。 。 铜和Fe、Mn、Mo、B、Zn、Co等元素都可用作微量元素 肥料。 。铜在生命系统中有重要作用，人体中有30多种蛋白质和酶 含有铜。现已知铜最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白， 有协同铁的功能。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，铜表面会慢慢生成 层铜绿
• 铜是人类历史上最早使用的金属。我国是最早使用铜器的 国家之一，并且是青铜、黄铜和白铜等合金的首创者。据 考证，在三千多年前(殷代)已能从孔雀石中炼出铜来，而 且铸铜的技术也达到相当高的水平，当时许多铜器都是古 铜的。在公元前二世纪(汉代)发明了黄铜和白铜，直到十 八世纪才传入欧洲，我国劳动人民在很早以前就在铜的冶 炼、铸造和合金的制造上获得了辉煌的成就。 • 铜和Fe、Mn、Mo、B、Zn、Co等元素都可用作微量元素 肥料。 • 铜在生命系统中有重要作用，人体中有30多种蛋白质和酶 含有铜。现已知铜最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白， 有协同铁的功能。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，铜表面会慢慢生成 一层铜绿
铜族元素都能和卤素反应，但反应程度按Cu一Ag一Au的 顺序逐渐下降。铜在常温下就能与卤素作用，银作用很慢 金则须在加热时才同干燥的卤素起作用。 在电位序中，铜族元素都在氢以后，所以不能置换稀酸中 的氢。但当有空气存在时，铜可缓慢溶解于这些稀酸中： 2Cu+4HCI+02=2CuCl2+2H20 2Cu+2H2S04+02=2CuS04+2H20 浓盐酸在加热时也能与铜反应，这是因为C1-和Cu+形成配离 子[CuC4]3-, 2Cu+8HCI()=2H3[CuCl4]+H2 铜易为HNO3、热浓硫酸等氧化性酸氧化而溶解： Cu+4HNO3()=Cul(NO3)2+2N02++2H20 3Cu+8HNO3()=3Cu(NO3)2+2NO+4H20 Cu+2H2S04(浓)=CuS04+S02++2H20
• 铜族元素都能和卤素反应，但反应程度按Cu—Ag—Au的 顺序逐渐下降。铜在常温下就能与卤素作用，银作用很慢， 金则须在加热时才同干燥的卤素起作用。 在电位序中，铜族元素都在氢以后，所以不能置换稀酸中 的氢。但当有空气存在时，铜可缓慢溶解于这些稀酸中： 2Cu+4HCl+O2＝2CuCl2+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2＝2CuSO4+2H2O 浓盐酸在加热时也能与铜反应，这是因为C1-和Cu+形成配离 子[CuCl4]3-， 2Cu+8HCl(浓)=2H3[CuCl4]+H2 铜易为HNO3、热浓硫酸等氧化性酸氧化而溶解： Cu+4HNO3(浓)=Cul(NO3)2+2NO2++2H2O 3Cu+8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2+2NO+4H2O Cu +2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2++2H2O