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三、锗、锡、铅 1、单质 锗是灰白色金属,硬度、熔点较高。锗可用于制造半导体 锡有三种同素异形体:白锡(β型,四方晶系)、灰锡(α型,金刚石型立方晶系)和脆锡(γ型,正交晶系)。常见单质为白锡,高于434K转化成脆锡,低于286K转化成灰锡。 铅密度大,熔点约为610K。新切开的铅有金属光泽,但很快变成暗灰色,这是由于生成了致密的碱式碳酸铅保护层。由于6s2惰性电子对效应,Pb单质发生反应,产物为+Ⅱ价。 (1)与非金属单质反应 在一定条件下,锗分族单质与非金属单质直接化合,产物中Ge、Sn为+Ⅳ价,而Pb为+Ⅱ价。 e.g. Sn + O2 == (高温) Pb + Cl2 == (△) Ge + S == (高温) (2)与酸反应 锗分族金属与酸反应分为氧化性和非氧化性,此处选取盐酸、硫酸、硝酸三种酸。 1.锗——锗不与稀酸反应,也不与非氧化性酸反应,能溶于浓硫酸生成Ge(SO4)2,与浓硝酸反应得到白色的xGeO2·yH2O沉淀。 e.g. Ge + HNO3(浓) == 2.锡——锡能溶于非氧化性酸,在冷稀盐酸和稀硫酸中反应较慢,但在热的浓盐酸中反应较快,同时锡能与极稀的硝酸反应。以上产物均为+Ⅱ价。 e.g. Sn + HCl(浓) == Sn + HNO3(极稀) == 若锡遇热的浓硫酸,反应产物为Sn(SO4)2。若遇热的浓硫酸,则反应产物为白色的xSnO2·yH2O(β-锡酸)沉淀。 e.g. Sn + HNO3(浓) == 3.铅——铅能与非氧化性酸和氧化性酸反应,产物均为+Ⅱ价。需要注意的是: 1)与稀盐酸反应时,反应会因生成PbCl2沉淀附着在表面而阻止反应进行,在浓盐酸中PbCl2继续与HCl反应生成[PbCl4]2-。 e.g. Pb + HCl(浓) == 2)与稀硫酸反应生成沉淀PbSO4而阻止反应进行,而热的浓硫酸中反应进行生成Pb(HSO4)2。 e.g. Pb + H2SO4(浓) == 3)与稀硝酸反应可以得到Pb(NO3)2,与浓硝酸反应同样生成Pb(NO3)2,但由于Pb(NO3)2难以溶于浓硝酸,因此反应并不能进行。 e.g. Pb + HNO3(浓) == 反应总结如下: 反应汇总 P.S.有两点需要补充: 1)锗可溶于硝酸和氢氟酸的混合酸中,生成H2[GeF6]。 Ge + 4HNO3 + 6HF == H2[GeF6] + 4NO2 + 4H2O 2)在有氧气存在时,铅可溶于醋酸生成醋酸铅,这可用于醋酸浸铅 2Pb + O2 == 2PbO PbO + 2HAc == Pb(Ac)2 + H2O (3)与碱反应 锗不溶于NaOH(aq),但能溶于熔融苛性钠或者碳酸钠,生成Na2GeO3。 锡、铅可与氢氧化钠溶于反应放出氢气,生成[Sn(OH)6]2-和[Pb(OH)3]-。 e.g. Sn + OH- == Pb + OH- == 2、氧化物 锗分族氧化物有一氧化物和二氧化物,其颜色如下表所示: 氧化物颜色PbO俗称密陀僧或者铅黄。Pb除这两种氧化物外,还有红色的Pb3O4(或称为铅丹)和橙色的Pb2O3。 (1)SnO2 二氧化锡是锡中最重要的氧化物。它不溶于水,也难以溶于酸或碱的水溶液,但可与氢氧化钠共熔生成锡酸钠,或者与碳酸钠和S共熔生成硫代锡酸钠 (2)铅的氧化物 一氧化铅可由空气氧化熔融的铅或将Pb(OH)2脱水制得。其有红色四方晶体和黄色正交晶体两种变体。一氧化铅难溶于水,为两性偏碱的氧化物。 二氧化铅可由Pb(OH)3-与ClO-在碱性溶液中反应制得,也可用熔融KClO3或者硝酸盐氧化PbO制得。 e.g. Pb(OH)3- + ClO- == 二氧化铅为两性偏酸的强氧化剂,在酸性介质中,可氧化许多物质 e.g. PbO2 + Mn2+ == PbO2 + HCl == PbO2加热分解,会逐步转化为铅的低价氧化物:PbO2 à Pb2O3 à Pb3O4 àPbO。令Pb3O4与硝酸反应,可生成PbO2和Pb2+,前者可通过强氧化性加以鉴别,后者可通过铬酸根鉴定。 e.g. Pb3O4 + HNO3 == Pb2+ + CrO4- == 3、氢氧化物 锗分族的氢氧化物通式为xMO·yH2O和xMO2·yH2O,通常也写作M(OH)2和M(OH)4。它们均为两性氢氧化物,在水中可进行两种方式的电离: 氢氧化物的两种电离(注:有的版本教材将其写作[M(OH)4]2-) 其酸碱性变化规律如下: 氢氧化物酸碱性其中酸性最强的是Ge(OH)4,碱性最强的是Pb(OH)2,具有两性。 值得一提的是,对于锡的氢氧化物,浓硝酸与锡反应得到的是不能溶于酸碱的 β-锡酸,除此之外还有α-锡酸,其可由SnCl4水解得到。α-锡酸化学性质活泼,将其在母液中静置或者加热就会逐渐变成β-锡酸。 +Ⅱ价锡具有还原性,在碱性溶液中还原性更强。 e.g. SnCl2 + HgCl2 == [Sn(OH)3]- + Bi3+ == 4、卤化物 四卤化物具有共价化合物的特征,其熔点低,易升华;二卤化物为离子化合物,熔点较高。表中列出了卤化物的性质 卤化物的颜色、性质(1)锡 二氯化锡极易水解生成碱式盐沉淀 e.g. SnCl2 + H2O == 因此为防止氯化亚锡被空气氧化,因在溶液中加入金属锡,以便还原Sn(Ⅳ) e.g. Sn + Sn4+ == 二价锡具有极强的还原性,故SnCl2是生产化工实验中广泛使用的还原剂。 四氯化锡、四氯化锗也会发生强烈水解,在盐酸中可形成配合物。 (2)铅 PbCl2是一种难溶于冷水、易溶于热水的沉淀,也能溶于盐酸中形成配离子 e.g. PbCl2 + Cl- == 因此,用Cl-不能将Pb2+完全沉淀。 PbI2为黄色丝状有亮光的沉淀,与PbCl2一样,也能溶于含I-的溶液。 PbCl4低温下稳定,常温下会分解生成PbCl2和Cl2。 5、硫化物 硫化物性质锗分族硫化物除GeS、GeS2在水中有一定的溶解度外,其余均需较浓的盐酸才能溶解。其中高价硫化物显酸性,低价硫化物显碱性。 高价硫化物可溶于NaOH溶液,也可溶于碱性硫化物Na2S溶液反应,生成物为硫代酸盐[MS3]2-。 e.g. SnS2 + OH- == GeS2 + S2- == SnS2 + S2- == 低价硫化物显碱性,均难溶于水,在酸中的溶解度情况各异。SnS可溶于中等浓度的盐酸,而PbS仅能溶于浓盐酸及稀硝酸中。 低价硫化物可以被氧化性的过硫化钠(Na2S2)溶液氧化,生成高价硫化物和硫化钠,发生进一步反应。即低价硫化物可溶于多硫化物Sx2-溶液生成硫代酸盐。 e.g. SnS + Na2S2 == 而低价硫化物不能溶于硫化钠溶液。因此,利用SnS2和SnS在Na2S及(NH4)2Sx溶液中溶解度不同,可以鉴别Sn2+和Sn4+。 硫代酸盐溶液中加入酸,可析出沉淀高价硫化物沉淀,放出H2S气体。
补充:一些铅的化合物 一些铅的化合物1、硝酸铅 硝酸铅易水解生成Pb(OH)NO3,易分解生成PbO,NO2和O2。 2、醋酸铅 醋酸铅易溶于水,难解离,为共价化合物,在溶液中以分子形式存在。在碱性溶液中可被氯气氧化生成二氧化铅。 Pb(Ac)2 + Cl2 + 4KOH == PbO2 + 2KCl + 2KAc + 2H2O 3、硫酸铅 硫酸铅难溶于水,可溶于浓硫酸生成Pb(HSO4)2,也可溶于醋酸盐溶液生成Pb(Ac)2,还可溶于强碱溶液[Pb(OH)3]-。 4、铬酸铅 铬酸铅难溶于水,为黄色晶体,有毒,加热可放出氧气,是一种氧化剂。铬酸铅能溶于碱,生成[Pb(OH)3]-。能溶于强酸溶液,生成HCrO4-,酸过量可生成Cr2O72-。 5、四乙基铅 四乙基铅(tetraethyl lead)可作为汽油抗震剂,曾被添加入汽油中。但因其会导致环境污染,现已开发出无铅汽油。 |
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