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模块十 元素及其化合物选述

模块十 元素及其化合物选述. 主讲：杨继朋. 模块十 元素及其化合物选述. 10.1 金属元素及其化合物 10.2 非金属元素及其化合物. 教学目的要求. 掌握碱金属、碱土金属重要化合物的性质和用途； 掌握过渡金属元素重要盐类的性质和用途；. 一、 s 区元素. s 区元素包括 ⅠA 族的锂、钠、钾、铷、铯、钫和 ⅡA 族铍、镁、钙、锶、钡、镭。它们的价电子构型分别为 ns 1 和 ns 2 ，故这些元素称为 s 区元素。 ⅠA 族元素一般又称为碱金属元素， ⅡA 族元素一般称为碱土金属元素。. （一）通性.

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模块十 元素及其化合物选述

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  1. 模块十 元素及其化合物选述 主讲：杨继朋

  2. 模块十 元素及其化合物选述 • 10.1 金属元素及其化合物 • 10.2 非金属元素及其化合物

  3. 教学目的要求 • 掌握碱金属、碱土金属重要化合物的性质和用途； • 掌握过渡金属元素重要盐类的性质和用途；

  4. 一、s区元素 s区元素包括ⅠA 族的锂、钠、钾、铷、铯、钫和ⅡA族铍、镁、钙、锶、钡、镭。它们的价电子构型分别为ns1和ns2，故这些元素称为s区元素。 ⅠA 族元素一般又称为碱金属元素，ⅡA族元素一般称为碱土金属元素。

  5. （一）通性 • 原子层外仅有1个或2个ns电子，原子半径大，核电荷数小，易失电子，金属性强； • 同一主族自上而下，金属性逐渐增强。非放射性元素中铯的金属性最强； • s区中各元素通常只有一种稳定的氧化态； • s区中各元素性质活泼，可与多数非金属反应，可形成稳定的氢氧化物； • 除锂、铍外，形成的化合物为离子型化合物。

  6. s区元素的存在：均以矿物形式存在: 钠长石: 钾长石: 光卤石: 明矾石: 锂辉石: 绿柱石: 菱镁矿: 石膏: 大理石: 萤石： 天青石: 重晶石:

  7. （二）s区元素的重要化合物 1、氧化物 （1）正常氧化物 • 正常氧化物的结构中包含O2-，氧的化合价为-2价； • 碱金属氧化物从Li2O到Cs2O颜色逐渐加深，K2O（淡黄）、Rb2O（亮黄）、Cs2O(桔红)；碱土金属氧化物都是白色粉末； • 熔点：IIA>IA；硬度IIA>IA，BeO、MgO作耐火材料和金属陶瓷，CaO是重要的建筑材料。

  8. （2）过氧化物 • 过氧化物的结构中包含O22-，氧元素的化合价为-1价； • 除锂、铍、镁外，所有碱金属和碱土金属都可形成过氧化物； • 过氧化钠（Na2O2）是最常见的碱金属过氧化物，可与水、二氧化碳反应放出氧气，可在防毒面具和潜水作业中作为氧气发生剂； • 过氧化钠（Na2O2）有强氧化性，可用作消毒剂以及漂白剂。

  9. （3）超氧化物 • 过氧化物的结构中包含O2-，氧元素的化合价为-1/2价； • 除锂、铍、镁外，所有碱金属和碱土金属都可形成超氧化物； • 超氧化物可与水、二氧化碳反应放出氧气，也可作为供氧剂和氧化剂。

  10. 2、氢氧化物 • s区元素的氧化物除BeO、MgO外，均可与水反应生成碱； • 碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体，易吸收空气中的水和二氧化碳，因此固体NaOH和Ca(OH)2常用作干燥剂； • 碱金属的氢氧化物都易溶于水并放出大量热，碱土金属的溶解性较小，Be(OH)2和Mg(OH)2是难溶化合物； • 碱金属和碱土金属的氢氧化物中，除Be(OH)2外，为两性氢氧化物外，其余的均为强碱或中强碱。

  11. 溶解性： 3、重要的盐类 ⅠA 族 锂盐：氟化锂 LiF、碳酸锂Li2CO3、 磷酸锂Li3PO4.5H2O 钠盐：六羟基锑酸钠 Na[Sb(OH)6]（白） 　 醋酸铀酰锌钠NaZn(UO2)3(CH3COO)9·9H2O（黄绿） 钾盐：KClO4(白色)、KHC4H4O6(酒石酸氢钾，白色) K4[PtCl6](淡黄色)、 K2Na[Co(NO2)6](亮黄色) K[B(C6H5)4](四苯硼酸钾，白色) 碳酸盐：都难溶 硫酸盐：以BaSO4最难溶，MgSO4易溶 草酸盐：以CaC2O4的最小，它是所有钙盐中溶解度最小的。 ⅡA族

  12. 热稳定性： 碱金属盐一般具有较高的热稳定性，只有硝酸盐稳定性差， 加热易分解。 硝酸盐的分解： 4LiNO3=2Li2O+4NO2↑+O2 ↑ 2M(NO3)2=2MO+4NO2 ↑+O2 ↑(M=碱土离子) 2NaNO3=2NaNO2+O2 ↑ (K、Rb、Cs的盐分解类似) 碱土金属盐类的热稳定性较碱金属相应盐类的差，但常温下稳定。

  13. 二、ds区元素 ds区元素包括铜族元素(ⅠB)族元素的铜、银、 金和锌族元素的锌、铬、汞。它们的价电子构性分 别为(n-1)d10ns1和(n-1)d10ns2。由于它们的次外层的 d亚层刚好排满10个电子，而最外电子层构型又和s 区相同，所以称为ds区。

  14. （一）通性 铜族元素和锌族元素的次外层都是18电子结构，当它们 分别形成与族数相同的氧化值的化合物时，相应的离子都是 18电子构型。

  15. （二）ds元素单质的重要性质 物理性质：铜、银、金的导电性和延展性较好、密度大、沸点 高，锌、镉、汞的沸点较低。 化学性质： • 铜族金属的活泼性比锌族元素大。 • 室温下，ds区金属在空气中是稳定的。 • 金与所有的酸都不反应，但可溶于王水 • 锌是ds区元素中唯一能与碱反应的金属。　　　　　　　 由表可知：

  16. 三、ds区元素的重要化合物 1、氧化物和氢氧化物 Cu(OH)2受热脱水生成氧化物 AgOH和Hg(OH)2不稳定，生成即分解为氧化物。 Zn(OH)2为两性氢氧化物，既溶于酸、又溶于过量的强碱。 Cd(OH)2为碱性氢氧化物，溶于酸、不溶于碱。

  17. 2、铜盐 • 干燥的无水硫酸铜是白色粉末，有强的吸水性，吸水后的五水 • 硫酸铜呈蓝色，所以常用它检验有机物中的微量水，也可作干 • 燥剂。 • 在CuSO4溶液中逐步加入氨水，先得到浅蓝色碱式硫酸铜沉淀，继续加氨水，沉淀即溶解，得深蓝色的铜氨配离子[Cu(NH3)4]2+， Cu2+与过量氨水作用生成深蓝色的[Cu(NH3)4]2+是鉴定Cu2+的特效反应。 • Cu2＋在中性或酸性溶液中，能与K4[Fe(CN)6]作用生成砖红色沉淀。

  18. Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)之间的相互转化： Cu(Ⅰ) Cu(Ⅱ) Cu+在水溶液中非常不稳定， Cu+易发生歧化生成Cu2+ 和Cu Cu(Ⅱ) Cu(Ⅰ) Cu2+要转化为Cu+，必须有还原剂存在；同时Cu+必须以 沉淀或配合物存在，借以减小溶液中Cu+的浓度。 如： （碘量法测定铜的依据）

  19. 3、银盐 （1）硝酸银 可由单质银与硝酸作用制得；固体硝酸银受热或见光分 解；具有氧化性，在水溶液中可被Cu，Zn金属还原为单质； 遇微量有机物也可被还原为单质；对人体有腐蚀。主要用于 制造照相底片中的卤化银，也是重要的分析试剂；还可用于 医药、电镀、制镜、印刷、电子等行业。

  20. （2）卤化银 在硝酸银溶液中加入卤化物可得相应的AgCl、AgBr和AgI 沉淀。它们的颜色依次加深，溶解度依次降低；具有较强的 感光性，常用于做照片底片上的感光物质。

  21. （3）配合物 Ag+易于NH3、S2O32-、CN-等配体形成配位数为2的稳定 的配合物。许多难溶银盐可借助于形成配合物而溶解。银的 配合物和银的难溶盐在一定条件下可相互转化。

  22. 4、锌盐 （1）卤化锌 氯化锌易溶于水，其水溶液因水解而呈酸性，可溶解金属氧化物。氯化锌用途非常广，主要用于有机合成工业的脱水剂、缩合剂和催化剂，以及染料工业的媒染剂，也用作石油净化剂和活性炭活化剂。此外还用于干电池、电镀、医药、木材防腐和农药等方面。

  23. （2）硫化物 在Zn2+的溶液中通入H2S时，会有硫化锌从溶液中析出。 ZnS中加入微量的Cu、Mn、Ag等离子作活化剂，光照后 可发出多种颜色的荧光，这种材料被称为荧光粉。 在硫酸锌的溶液中加入硫化钡时生成ZnS和BaSO4的混合 沉淀物，此沉淀称作锌钡白（俗称立德粉）。它是一种优良的 白色颜料，广泛应用于涂料和油墨中。

  24. 5、汞盐 （1）氯化汞、氯化亚汞 氯化汞是白色针状结晶或颗粒粉末；熔点低，易升华，俗 称升汞；有剧毒。在过量的氯气中加热金属汞可制得氯化汞。 氯化亚汞是难溶于水的白色粉末，无毒，因略有甜味， 俗称甘汞。Hg2Cl2见光分解，故应保存在棕色瓶中。工业中常用来做甘汞电极。

  25. Hg(Ⅰ)与Hg(Ⅱ)的鉴别： （白色沉淀） （灰色沉淀） （白色沉淀） （黑色沉淀） 化学分析中可用上述两个反应鉴定Hg(Ⅰ)、 Hg(Ⅱ)和Sn(Ⅱ)。

  26. （2）硫化汞 向Hg2+和Hg22+的溶液中通入H2S，均能产生黑色的HgS 沉淀。在金属硫化物中，H2S的溶解度最小，只溶于王水。

  27. （4）汞的配合物 在Hg2+和Hg22+的溶液中分别加入适量Br-、CN-、SCN-、 S2O32-、S2-时，分别生成沉淀。 若加入过量上述离子时，汞盐沉淀会溶解，亚汞盐沉淀则 会歧化生成汞（Ⅱ）的配离子和单质汞。如： 无色

  28. Hg [O NH4- ] Hg Hg22+不会形成Hg22+的配合物， Hg2+可以形成多种配合 物，如与卤素离子、CN-、SCN-等形成一系列的配合物，其 配位数大多为4。 （红棕色） 这个反应常用来鉴定NH4+离子。

  29. 三、d区元素 d区元素包括ⅢB～ⅧB族所有的元素，也称过渡元素。 d区元素价电子层机构是(n-1)d1～8s1～2。它们ns轨道上的电子数几乎保持不变，主要差别在于(n-1)d轨道上的电子数不同。 （一）d区元素的特性 1、单质的相似性 2、有可变的氧化态 3、水合离子的有色性 4、易形成多种配合物

  30. （二）d区元素的重要化合物 1、钛及其化合物 单质钛是银白色金属，熔点高、密度小、机械强度大、抗 腐蚀性强；常用在航空、宇航、舰船、军械兵器及化工防腐等 方面。钛在室温下不能与水或稀酸反应，但可溶于热浓盐酸。 在钛的化合物中，TiO2为白色粉末，不溶于水、稀酸或碱 溶液中，但能溶于热的浓硫酸或氢氟酸中。纯净的TiO2俗称钛 白，是优良的白色颜料，它具有折射率高，着色力强，遮盖力 大，化学性质稳定等优点。

  31. TiO2在有碳参与下，加热进行氯化，可得TiCl4； TiCl4是 无色液体，有刺鼻气味，极易水解，在潮解的空气中由于水解 而发烟，利用此反应可以制造烟幕弹。 （可利用此反应鉴定钛） 可用后两个反应钛含量的测定。

  32. 2、铬的化合物 三氧化二铬是极难熔化的氧化物之，熔点2275oC，微溶于水，溶于酸。灼烧过的Cr2O3不溶于水，不溶于酸。可用来制造颜料（铬绿）。 三氧化铬是暗红色针状晶体，极易从空气中吸收水分，并 且极易溶于水。CrO3在受热超过其熔点时，就分解放出氧而 变为Cr2O3。 CrO3是较强的氧化剂，可使一些有机物燃烧。

  33. 铬(Ⅵ)盐中最重要的化合物是铬酸盐和重铬酸盐。铬酸钾铬(Ⅵ)盐中最重要的化合物是铬酸盐和重铬酸盐。铬酸钾 是黄色结晶，重铬酸钾是橙红色结晶。K2Cr2O7无吸潮性，可 作为化学分析中的基准试剂。在可溶性的铬酸盐和重铬酸盐溶 液中，存在着CrO42-和Cr2O72-离子之间的平衡： 由以上平衡可知：在酸性条件下主要以Cr2O72-存在，溶 液呈橙红色；在碱性条件下，主要以CrO42-存在，溶液呈黄 色。由于上述平衡存在，在K2Cr2O7溶液中加入Ba2+、Pb2+、 Ag+，得到的相应的铬酸盐沉淀。

  34. （Cr2O72-的鉴定反应） 蓝色 饱和K2Cr2O7溶液与浓H2SO4的混合物叫铬酸洗液，有强 氧化性，在实验室中常用来洗涤玻璃器皿。

  35. 3、锰的化合物 （1）锰(Ⅱ)化合物 Mn2+与碱溶液作用，生成白色的氢氧化物Mn(OH)2沉淀。 Mn(OH)2还原性强，极易被氧化，不能稳定存在于空气中，白色的Mn(OH)2很快地变为棕色的水合二氧化锰，可用此反应在水质分析中测定水中的溶解氧。 棕色 Mn2+在酸性溶液中稳定，只有很强的氧化剂，如PbO2、 NaBiO3等强氧化剂才可把它氧化成MnO4-。

  36. 锰(Ⅳ)的化合物中最重要的是MnO2，它在一般情况下是锰(Ⅳ)的化合物中最重要的是MnO2，它在一般情况下是 极稳定的黑色粉末。 在酸性溶液中氧化性较强，可与浓盐酸反应放出氯气。常用来制造干电池。 在锰(Ⅵ)的化合物中，比较稳定的是锰酸盐。绿色的锰酸 根离子（MnO42-）只存在于强碱溶液中（pH>13.5），在酸 性、中性和弱碱性溶液中均会发生歧化反应而变为紫色的 MnO42-和棕色的MnO2沉淀。

  37. 在锰(Ⅶ)的化合物中，最重要的是高锰酸钾KMnO4，为紫在锰(Ⅶ)的化合物中，最重要的是高锰酸钾KMnO4，为紫 黑色晶体，有金属光泽；热稳定差，固体加热到200oC即分解。 KMnO4在强碱溶液中稳定，在酸性、中性和弱碱性溶液中均 会缓慢分解，光线对分解起催化作用，故配制好的KMnO4必 须保存在棕色试剂瓶中。

  38. KMnO4是强氧化剂，它的氧化性受溶液介质的影响，同 时介质也影响KMnO4的还原产物。在酸性介质、弱碱性或中 性介、质、强碱性介质中，其还原产物依次为Mn2+、MnO2 和MnO42-。如KMnO4与K2SO3的反应： KMnO4可用于油脂、树脂及蜡的漂白剂，在医药上用作杀菌消毒剂和防腐剂，5%的KMnO4溶液可用于治疗烫伤。

  39. 4、铁系元素 铁、钴、镍原子最外层电子都是4s2，次外层3d电子分 别是3d6、3d7、3d8。它们的氧化值常见是+2和+3。铁、钴、 镍的性质相近，通常把这三个元素称为铁系元素。 （1）氧化物和氢氧化物 铁系元素存在如下的氧化物： FeO CoO NiO 黑色 灰绿色 暗绿色 Fe2O3 Co2O3 Ni2O3 砖红色 黑色 黑色

  40. FeO、CoO、NiO均为碱性氧化物，不溶于碱，可溶于酸， 形成相应的盐。 Fe2O3、Co2O3、Ni2O3都有氧化性，其氧化能力逐次增加， Co2O3、Ni2O3都可与盐酸反应放出Cl2。 在Fe2+、Co2+和Ni2+的溶液中分别加入碱，可得到白色的 Fe(OH)2、粉红色的Co(OH)2和绿色的Ni(OH)2沉淀。 Fe(OH)2 被空气迅速氧化为红棕色的Fe(OH)3， Co(OH)2也会被空气缓 慢的氧化为暗棕色的Co(OH)3，但Ni(OH)2不会被空气氧化。

  41. Fe(OH)3、 Co(OH)3和Ni(OH)3与酸的作用表现出不同的 性质。如Fe(OH)3与盐酸发生中和反应，而Co(OH)3和Ni(OH)3 与盐酸反应，能把Cl-氧化为Cl2。

  42. （2）+2价盐类 Fe2+、Co2+、Ni2+盐类有许多相同的特性。它们的强酸 盐都易溶于水，弱酸盐都难溶于水；可溶性盐从水溶液中结 晶出时，常含相同数目的结晶水；它们的硫酸盐硫酸盐和碱 金属或铵的硫酸盐形成相同的复盐；它们的水合离子都呈现 颜色，分别为淡绿色、粉红色和绿色。 亚铁盐中最重要的是FeSO4·7H2O（绿矾），是绿色晶体，在空气中会风化，易被氧化，因此在保存Fe2+溶液时，应加足够浓度的酸，同时加入几枚铁钉。 FeSO4是制造墨水的重要原料。

  43. 在二价钴盐中，以CoCl2·6H2O最为常见，它在脱水时，伴随着颜色的变化。在二价钴盐中，以CoCl2·6H2O最为常见，它在脱水时，伴随着颜色的变化。 粉红色 粉红色 紫红色 蓝色 根据这一性质，可用来显示某体系的含水情况，常用来做变色硅胶。

  44. （3）+3价盐类 在Fe3+、Co3+、Ni3+盐类中，铁盐可稳定存在，钴盐和镍 盐均不稳定，在自然界不能稳定存在。 Fe3+、Co3+、Ni3+都具 有氧化性，氧化性依次增加。 Fe3+盐水解呈现较强酸性，因此 它只能存在强酸性溶液中。 Fe3+的强酸性盐易溶于水，可与H2S、Ni、Cu等还原剂反应，生成Fe2+。 该反应在印刷制版中，作为铜板的腐蚀剂。

  45. （４）配合物 Fe2+、Co2+、Ni2+与SCN-形成配位数为4和6两类，但他 们在水溶液中不稳定。[Co(SCN)4]2-能较稳定地存在于乙醚、 丙酮中，可借此反应鉴定Co2+。 （蓝色） Fe3+与SCN-可形成稳定的配合物，颜色变化明显，可以 用来鉴别Fe3+。 （血红色）

  46. Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+都能与CN-形成配位数为4和6的 配合物，并且在水溶液中都很稳定。 黄血盐K4[Fe(CN)6]和赤血盐K3[Fe(CN)6]是重要的铁元素 配合物。在Fe2+的溶液中加入赤血盐或在Fe3+中加入黄血盐， 均可产生蓝色沉淀，可用来鉴别Fe3+和Fe2+的存在。 （滕氏蓝） （普鲁士蓝）

  47. 单元到此结束

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