元素化學(xué)ds區(qū)元素

關(guān)于元素化學(xué)ds區(qū)元素(一)銅族元素的單質(zhì)它們的密度大于

5g

·

cm-3，都屬于重金屬，其中金的密度最大，為

19.3g·cm-3。與

d區(qū)元素相比，銅族元素單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)相對(duì)較低，硬度較小，有極好的延展性和可塑性。銅、銀、金的導(dǎo)熱、導(dǎo)電能力極強(qiáng)，尤以銀為最強(qiáng)，銅是最常用的導(dǎo)體。銅、銀、金能與許多金屬形成合金，其中銅的合金品種最多。銀表面反射光線能力強(qiáng)，過去用作銀鏡、保溫瓶、太陽能反射鏡。銅族元素的基本性質(zhì)銅族位于周期系的IB族，包括銅（紅色）、銀（）、金三種元素。純銅為，銀為銀白色，金為黃色。第2頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

銅和銀的用途很廣，除用作錢幣、飾物外，銅大量用來制造電線、電纜，廣泛用于電子工業(yè)和航天工業(yè)及各種化工設(shè)備。銅合金主要用于制造齒輪等機(jī)械零件、熱電偶、刀具等。銅還是生命必需的微量元素,

有“生命元素”之稱。銀主要用于電鍍、制鏡、感光材料等。金主要作為黃金儲(chǔ)備、鑄幣、電子工業(yè)及制造首飾。為使金飾品變得堅(jiān)硬且價(jià)格便宜，常把金與適量銀、銅熔煉成合金，其中金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)用

“K”表示，1

K

表示金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.166%，純金為24K金。第3頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

銅、銀、金的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。在干燥空氣中不易被氧化，有二氧化碳及濕氣存在時(shí)，則在表面上生成綠色的堿式碳酸銅：

金是在高溫下惟一不與氧氣反應(yīng)的金屬，在自然界中僅與碲形成碲化金。銀的活潑性介于銅和金之間。銀在室溫下不與氧氣和水反應(yīng)，即使在高溫下也不與氫氣、氮?dú)饣蛱孔饔?，與鹵素反應(yīng)較慢，在室溫下與含有硫化氫的空氣接觸時(shí)，表面生成一層黑色的硫化銀：

銅、銀不溶于非氧化性稀酸溶液，但溶于硝酸和熱的濃硫酸溶液中。金不溶于硝酸，但溶于王水中。銀不溶于王水，是由于銀在王水中表面生成AgCl薄膜而阻止反應(yīng)進(jìn)行。第4頁,共24頁，2024年2月25日，星期天二、氧化數(shù)銅、銀、金三個(gè)元素，每一個(gè)元素都有+1、+2和+3三種氧化數(shù)。最常見的氧化數(shù)：銅為+2、銀為+1、金為+3。原因是IB族的ns電子和次外層(n-1)d電子能量相差不大，在與其他元素化合時(shí)，不僅ns電子能參加反應(yīng)，(n-1)d電子也能依反應(yīng)條件的不同，可以部分參加反應(yīng)，即表現(xiàn)出不同的氧化態(tài)。如：

Cu2O、CuO、KCuO2(銅酸鉀)、AgNO3、AgF2、AgI[AgO2]等。而堿金屬主要氧化態(tài)是+1。第5頁,共24頁，2024年2月25日，星期天化學(xué)活潑性遠(yuǎn)小于堿金屬；從上到下，金屬活潑性遞減；與堿金屬的變化規(guī)律相反。三、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)四、氫氧化物的堿性和穩(wěn)定性氫氧化物的堿性較弱，且極易脫水形成氧化物，而堿金屬氫氧化物是強(qiáng)堿，對(duì)熱非常穩(wěn)定。第6頁,共24頁，2024年2月25日，星期天銅、銀、金的單質(zhì)

一、存在和冶煉

銅族、鋅族元素均為親硫元素，除Au外，主要以硫化物存在地殼中。此外，還有碳酸鹽、氧化物、氯化物礦等。我國江西有較大的銅礦。金以單質(zhì)形式存在。它們都可形成許多合金。

二、性質(zhì)和用途三種金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)都在氫之下，它們不溶于稀鹽酸及稀硫酸中。但當(dāng)有空氣或配位劑存在時(shí)，銅能溶于稀酸和濃鹽酸：2Cu+2H2SO4+O2→2CuSO4+2H2O2Cu+8HCl（濃）→2H3[CuCl4]+H2↑第7頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

銅在常溫下不與干燥空氣中的氧化合，加熱時(shí)能產(chǎn)生黑色的氧化銅。銀、金在加熱時(shí)也不與空氣中的氧化合。在潮濕的空氣中放久后銅的表面會(huì)慢慢生成一層銅綠

2Cu+O2+H2O+CO2→Cu（OH）→Cu（OH）2·CuCO3

銀、金則不發(fā)生這個(gè)反應(yīng)。銅、銀能和H2S、S反應(yīng)：4Ag+2H2S+O2→2Ag2S+2H2O金則不能。第8頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

銅與銀很容易溶解在硝酸或熱的濃硫酸中，而金只能溶于王水中。這時(shí)，硝酸作為氧化劑，鹽酸作為配位劑：Cu+2H2SO4（濃）→CuSO4+SO2+2H2O3Ag+4HNO3→3AgNO3+NO+2H2OAu+4HCl+HNO3→HAuCl4+NO+2H2O第9頁,共24頁，2024年2月25日，星期天銅族元素的化合物

一、銅的化合物

1.氧化物(+1)

銅主要為Cu（Ⅰ）、Cu（Ⅱ）化合物，Cu（Ⅱ）最為穩(wěn)定。最近還發(fā)現(xiàn)Cu（0）、Cu（Ⅲ）、Cu（Ⅳ）不很穩(wěn)定的化合物。Cu（Ⅲ）化合物在生物化學(xué)上有重要作用。主要討論Cu（Ⅰ）、Cu（Ⅱ）的化合物。2.氧化態(tài)為+2價(jià)的化合物（1）氫氧化銅和氧化銅

Cu2+

←—Cu(OH)2

——→Cu(OH)42-

Cu2++2OH-→Cu（OH）2↓

Cu（OH）2顯兩性，既溶于酸，又溶于過量濃堿生成藍(lán)色[Cu（OH）4]2-。

Cu（OH）2+2NaOH—→Na2[Cu（OH）4]

由于Cu（OH）2的酸性較弱及溶度積較?。↘sp=2.6×10-19），故需和較濃的強(qiáng)堿溶液反應(yīng)才能溶解。第10頁,共24頁，2024年2月25日，星期天3.鹵化物

HCl(濃)+Cu+CuCl2===2[CuCl2]-+2H+生成物用水稀釋則得CuCl白色沉淀。2Cu2++4I-===2CuI↓+I2除I-,二價(jià)銅在有X-及還原劑同時(shí)存在時(shí)生成CuX（2）鹵化銅

CuCl2的很濃的溶液呈黃綠色、濃溶液呈綠色{[CuCl4]2-和[Cu(H2O)4]2+的混合色}、稀溶液呈藍(lán)色，無水CuCl2呈棕黃色，共價(jià)化合物，結(jié)構(gòu)為:第11頁,共24頁，2024年2月25日，星期天4.硫酸銅CuSO4·5H2O—膽礬，最重要的二價(jià)銅鹽。水解顯微酸性，可與較活潑金屬反應(yīng)、與堿或氨水反應(yīng)，還可作農(nóng)藥。如：波爾多液將CuSO4·5H2O、CaO及水按1:1:100配制的乳液。在硫酸銅溶液中加入硫代硫酸鈉共熱生成硫酸亞銅。5.硝酸銅硝酸銅水合物有3種類型。

6.配合物銅離子帶兩個(gè)正電荷,因此比亞銅離子更易形成配合物。7.硫化亞銅硫化亞銅是難溶的黑色物質(zhì).第12頁,共24頁，2024年2月25日，星期天Cu2+和Cu+的相互轉(zhuǎn)化

當(dāng)我們考察Cu（Ⅰ）和Cu（Ⅱ）大多數(shù)化合物時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)：Cu（Ⅰ）化合物大都是難溶物或配合物。Cu（Ⅰ）的可溶單鹽即Cu+（ag）離子，極不穩(wěn)定，然而Cu（Ⅱ）與Cu（Ⅰ）不同。許多Cu（Ⅱ）鹽都是可溶的，能以Cu2+（aq）離子存在。為什么Cu（Ⅰ）不能以Cu+（aq）離子存在呢？這是因?yàn)镃u（Ⅰ）在水溶液中不穩(wěn)定，發(fā)生歧化反應(yīng).存在下列平衡：

2Cu+（aq）

Cu（s）+Cu2+（aq）（1）

Cu（Ⅰ）和Cu（Ⅱ）相對(duì)穩(wěn)定性由電勢(shì)圖

。

第13頁,共24頁，2024年2月25日，星期天19-2鋅族元素

19-2-1鋅族元素概述鋅族元素的通性（1）鋅族位于周期系的IIB族，包括鋅、鎘、汞三種元素。（2）IIB族的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為(n-1)d10ns2。最外層電子數(shù)雖然與IIA族相同但性質(zhì)上卻沒有多少共同之處。第14頁,共24頁，2024年2月25日，星期天11-2鋅族元素

鋅族元素概述（3）IIB族的次外層為18電子構(gòu)型，Z*（有效核電荷）高，故第一電離勢(shì)比堿土金屬的高、半徑小。第15頁,共24頁，2024年2月25日，星期天鋅族元素的重要化合物

1、氫氧化物和氧化物

Zn（OH）2是兩性化合物，因而可溶于過量的強(qiáng)堿中形成羥基鋅酸鹽[Zn（OH）4]2-Zn（OH）2＋2OH-—→[Zn（OH）4]2-

與Zn（OH）2不同，Cd（OH）2的酸性特別弱，不易溶于強(qiáng)堿中（只緩慢溶于熱、濃的強(qiáng)堿中）。Hg（OH）2極不穩(wěn)定，當(dāng)汞鹽與堿反應(yīng)，析出的不是Hg（OH）2，而是黃色的HgO。因Hg（OH）2立即分解

Hg2++2OH-→HgO↓+H2OAg2O顯弱堿性，不溶于堿。Zn（OH）2和Cd（OH）2比Hg（OH）2穩(wěn)定，只在加熱時(shí)脫去水，變?yōu)閆nO、CdO。第16頁,共24頁，2024年2月25日，星期天2、硫化物

Zn、Cd、Hg的硫化物顏色由Zn至Hg依次加深（白色、黃色、黑色），它們的溶解度依次降低。根據(jù)它們?nèi)芏确e的差別，控制溶液的pH值，可將Zn、Cd分離。

HgS是溶解度最小的金屬硫化物，只能溶于王水

3HgS＋12HCl＋2HNO3—→3H2[HgCl4]+3S↓+2NO↑+4H2O

還可溶于濃Na2S溶液中，生成二硫合汞酸鈉：

HgS+Na2S（濃溶液）—→Na2[HgS2]第17頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

3、鹵化物汞的鹵化物除氟化物外均為共價(jià)型，HgCl2為典型的共價(jià)分子。在HgCl2水溶液中幾乎99％為HgCl2分子，其解離常數(shù)很?。?/p>

HgCl2HgCl+Cl-

K1=3.2×10-7

HgCl+Hg2+＋Cl-

K2=1.8×10－7

這是因?yàn)镠g2+的有效核電荷較Zn2+、Cd2+高，離子極化力強(qiáng)，使鍵型發(fā)生變化，ZnCl2、CdCl2為離子鍵，HgCl2為共價(jià)鍵。第18頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

4、配合物在鋅族元素中，M2+離子都能形成配合物，而Hg（Ⅱ）的配位能力最強(qiáng)，它能與許多配體形成穩(wěn)定的配合物

Zn2+＋4CN-—→[Zn（CN）4]2-

K穩(wěn)=1.0×1016Cd2++4CN-→[Cd（CN）4]2-K穩(wěn)=1.3×1018Hg2+＋4CN-→[Hg（CN）4]2-

K穩(wěn)=3.3×1041

由于Hg2+的極化力強(qiáng)，極易與大的可極化的配體形成穩(wěn)定的配合物。例如，與氮配體能形成較穩(wěn)定配合物，與硫配體形成配合物的穩(wěn)定性大于氧配體，而鹵配合物的穩(wěn)定性：Cl-＜Br-＜I-。

Hg2+＋4Cl-→[HgCl4]2-

K穩(wěn)＝1.6×1015Hg2++4I-—→[HgI4]2-

K穩(wěn)=7.2×1021第19頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

三、鋅的生物作用和含鎘、汞廢水處理

1、鋅的生物作用

鋅在人體內(nèi)的含量為1.5-2.5克，與鐵相當(dāng)，但卻是人體必不可少的微量元素之一。它參與人體的免疫、認(rèn)知、調(diào)節(jié)人體生命活動(dòng)等多種功能。缺鋅癥以慢性的、非炎性皮炎為特征，該病以皮膚增厚