第十章老师阅读材料

第十章常见金属元素及其化合物

一、学习目的

本章主要介绍金属的通性、碱(土)金属的化合物的主要性质；还简明介绍重要过渡金属及其化合物的性质及变化规律，为分析化学、药物分析等后续课程的学习打好基础。

知识要求

1．掌握金属的通性；掌握碱(土)金属单质及化合物的性质；掌握重要过渡金属的物理和化学性质。

2．熟悉金属的氧化物、氢氧化物、盐的主要性质。

3．了解一般过渡金属及其化合物的性质。

能力要求

熟练掌握重要金属及化合物的性质，学会一些常用单质及化合物的状态、颜色、稳定性、溶解性等性质在实验中的应用。学会从特殊到一般的科学探究方法，初步掌握物质之间的内在联系和普遍规律。

二、重点串解

本章主要介绍金属的通性；碱（土）金属及其重要化合物的主要性质和重要应用；过渡金属元素及其化合物的性质及变化规律，是今后学习分析化学和药物分析等课程的基础。

（一）金属

1．通性

金属单质都能形成晶体结构，金属呈电中性。

2．碱金属：氧化物及其水合物呈碱性。

化合物过氧化物硫代硫酸钠与水反应

与稀硫酸反应

还原剂配位剂2Na 2O 2 + 2H 2O

4NaOH + O

2Na 2O 2 + H 2SO 4(稀）Na 2SO 4 + H 2O 22Na 2S 2O 3 + I 2Na 2S 4O 6 + 2NaI

2AgBr ＋2Na 2S 2O 3＝NaBr ＋Na 3［Ag(S 2O 3)2］2H 2O 22H 2O + O 2与二氧化碳反应2Na 2O 2 + 2CO 22Na 2CO 3 + O 2 焦亚硫酸钠是很好的抗氧化剂。

3．碱土金属：氧化物和某些水合物呈碱性且难溶于水。

（土性：包含两方面，一是难溶于水，二是难以熔化）

4.铝

铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位。

（二）几种重要的过渡金属元素

1.铁、铬、锰

铬：具有银白色金属光泽，有延展性;熔点沸点较高，抗腐蚀性强，硬度也最大。 锰：致密的块状为银白色，粉末状为灰色。可形成多种价态的化合物。

锰的几种重要化合物：

锰(Ⅱ)：可溶性锰盐，在碱性介质中还原性较强。

-++2OH Mn 2===↓2Mn(OH)

22O 2Mn(OH)+===22MnO(OH)

酸性介质：强氧化性

2242422MnO 2H SO O 2MnSO 2H O +↑++

锰(Ⅳ)：MnO 2 强碱性介质：还原性

32KClO 6KOH 3MnO ++ △ KCl O 3H MnO 3K 242++

锰(Ⅵ)（-24MnO ）

： 酸性介质中发生歧化反应 2

44223MnO 4H 2MnO MnO 2H O -+-

++↓+

锰(Ⅶ)（KMnO 4）：易发生分解反应，表现出强氧化性。

2. 铜、汞、锌

铜的两种重要化合物：

岐化反应

氧化亚铜： 4H C l O Cu 2+===O H ]2H[C u C l 22+

配位性 O H 4N H O Cu 232++===-++2OH ])2[C

u (NH 23 O H 28NH O ])4[Cu(NH 23223++++===-++4OH ])4[C u (NH 243

淡蓝色固体受热时变为黑色CuO

氢氧化铜 略显两性

配位性324NH Cu(OH)+===-++2OH ])[C u (NH 243

AgNO 3遇光易分解32AgNO ↑+↑+↓22O 2N O 2A g

银(I) 氧化性——配制外用杀菌剂和腐蚀剂

沉淀反应——用于鉴别多种阴离子

棕黑色，微溶于水，溶液显碱性

氧化银(Ag 2O) 氧化性CO O Ag 2+===2CO 2Ag +

配位性

光照

氧化锌（ZnO ）——医用橡皮软膏

锌 氢氧化锌[Zn(OH)2]——具有明显的两性

硫化锌（ZnS ）——制作荧光屏、夜光仪表和电视荧光粉等

三、知识背景

1．对角线规则

Li 与Mg ，Be 与Al 在周期表中处于左上右下的对角线位置，各对元素及其化合物间有许多相似性，称为对角线规则。

（1） 锂与镁的相似性

①锂离子、镁离子半径相似。

②锂、镁在空气中燃烧均生成氧化物和氮氧化物。

③锂、镁与水反应比较缓慢，氢氧化锂、氢氧化镁为中强碱，受热分解得氧化物和水，碳酸盐受热易分解，产物分别为氧化物和二氧化碳。

④锂和镁的氟化物、碳酸盐及磷酸盐均难溶于水。

⑤锂、镁可形成一系列有机化合物。

（2）铍与铝的相似性

①铍、铝都是两性金属，其氧化物、氢氧化物均为两性，氧化物熔点高，硬度大；氢氧化物难溶于水；盐易水解。

②标准电极电势相近。

③氯化铍、氯化铝为共价化合物，易升华，易聚合，可溶于有机溶剂。 铍、铝的单质均可被冷的浓硝酸钝化。

2.Cu(OH)2可溶于氨水，是否说明Cu(OH)2有酸性？

Cu(OH)2可溶于氨水，是因为Cu 2+与氨配合生成了深蓝色铜氨配合物

324NH Cu(OH)+===-++2OH ])[C u (NH 243

但这并不能说明Cu(OH)2有酸性而溶于碱。因为Cu(OH)2是以碱性为主的两性化合物，其酸性极微弱，只有较浓的强碱才能将它溶解生成蓝色[Cu(OH)4]2-。

2.重金属与环境污染

重金属是密度大于5.0g/cm3的金属元素,其中包括镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb) 、铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)等约40多种金属元素。这些元素在岩石形成过程中主要以分散的形式存在。由于工业革命和工业发展对重金属的需求量增加,导致人为大量重金属释放到生物圈中。重金属是很重要的环境污染物,它们普遍存在于大气、土壤和水中,极低浓度就能对生物体造成危害,而且重金属在食物链中的积累是十分危险的。随着工业的发展和农业生产的现代化,土壤重金属污染日益严重,土壤重金属污染来源广泛,包括采矿、冶炼、金属加工、化工、废电池处理、电子、制革和染料等工业排放的三废及汽车尾气排放、农药和化肥的施用等。

3.金属和金属表面的化学键

研究金属化学键的理论方法有三：能带理论、价键理论和配位场理论，各自从不同的角度来说明金属化学键的特征，每一种理论都提供了一些有用的概念。三种理论都可用特定的参量与金属的化学吸附和催化性能相关联，它们是相辅相成的。

（1）金属电子结构的能带模型和“d带空穴”概念

金属晶格中每一个电子占用一个“金属轨道”。每个轨道在金属晶体场内有自己的能级。由于有N个轨道，且N很大，因此这些能级是连续的。由于轨道相互作用，能级一分为二，故N个金属轨道会形成2N个能级。电子占用能级时遵从能量最低原则和Pauli原则（即电子配对占用）。故在绝对零度下，电子成对从最低能级开始一直向上填充，只有一半的能级有电子，称为满带，能级高的一半能级没有电子，叫空带。空带和满带的分界处，即电子占用的最高能级称为费米（Fermi）能级。

s轨道形成s带，d轨道组成d带，s带和d带之间有交迭。这种情况对于过渡金属特别如此，也十分重要。

s能级为单重态，只能容纳2个电子；d能级为5重简并态，可以容纳10

个电子。如铜的电子组态为[Cu](3d10)(4s1)，故金属铜中d带电子是充满的，为满带；而s带只占用一半。镍原子的电子组态为[Ni](3d5)(4s2)，故金属镍的d带中某些能级未被充满，称为“d带空穴”。“d带空穴”的概念对于理解过渡金属的化学吸附和催化作用是至关重要的，因为一个能带电子全充满时，它就