专题26主族金属锡及其化合物解析版.docx

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专题26主族金属锡及其化合物解析版

系列二主族金属

专题6锡及其化合物

一、锡单质

（1）锡有三种同素异形体，他们之间的转化关系为灰锡（α锡），白锡（β锡）、脆锡。

锡制品是白锡的制成，但是长期处于低温会毀坏，这是β锡转变为α锡的缘故，这一现象叫做锡瘟，灰锡是粉末状，β锡在低于13.6℃转变为α锡，α锡本身就是这类反应的催化剂。

（2）锡是两性金属，与稀盐酸缓慢作用，与浓盐酸在加热条件下反应加快：

Sn+2HCl（浓）

SnCl2+H2↑，与氢氧化钠反应生成亚锡酸钠和氢气：

Sn+2NaOH

Na2SnO2+H2↑

（3）冶炼锡时，以锡石SnO2为原料，以焦炭为还原剂，在高温下可制得粗锡：

SnO2+C

Sn+2CO，粗锡经电解精练可得纯锡。

二、氧化物

（4）二氧化锡是锡最重要的化合物，是锡石的主要成分。

它不溶于水，也难溶于酸或碱的水溶液，但与NaOH或Na2CO3和S共熔，可转变为可溶性的盐：

SnO2+2NaOH

Na2SnO3（锡酸钠）+H2O，SnO2+2Na2CO3+4S

Na2SnS3（硫代锡酸钠）+Na2SO4+2CO2↑

三、氢氧化物

（5）氢氧化锡是两性氢氧化物，既可溶于酸又可溶于Sn（OH）2+2HCl

SnCl2+2H2O，

Sn（OH）2+2NaOH

Na2SnO2+2H2O.

四、锡盐

（6）Sn2+与Sn4+均易水解：

SnCl2+H2O

Sn（OH）Cl（白色）+HCl；SnCl4+4H2O

Sn（OH）4↓+4HCl；故配制SnCl2溶液要使用盐酸，抑制Sn2+水解；Sn2+在空气中被氧气氧化：

2Sn2++O2+4H+

2Sn4++2H2O，要加入单质Sn，防止Sn2+被氧化，这一点与Fe2+相似。

【习题1】灰锡（以粉末状存在）和白锡是锡的两种同素异形体。

已知：

Sn（s、灰）

Sn（s、白）△H＝＋2.1kJ/mol下列说法正确的是

A．锡制器皿长期处于低于13.2℃的环境中，会自行毁坏

B．锡在常温下以灰锡状态存在

C．灰锡转化为白锡的反应是放热反应

D．灰锡和白锡的相互转化互为可逆反应

【答案】A

【解析】A、低于13.2℃生成灰锡，此时灰锡以粉末转存在，则锡制器皿会自行会坏，故A正确；B、常温一般指25℃，高于13.2℃，以白锡状态存在，故B错误；C、根据反应方程式，△H>0，此反应是吸热反应，故C错误；D、可逆反应是指同一条件，既可以向正反应进行也可以向逆反应方向进行的化学反应，此反应条件不一样，不属于可逆反应，故D错误。

【习题2】锡有白锡和灰锡两种单质，常见的白锡银白色有金属光泽，密度7.31g/cm3，软而富有展性，导电、导热能力强，在13.2℃---161℃间稳定。

白锡剧冷转变为粉末状的灰锡；灰锡暗灰色固体或粉末，密度5.75g/cm3，无延展性，导电、导热能力差，13.2℃以下稳定，较少应用。

结构研究表明，白锡晶体中锡原子为六方最密堆积，灰锡的结构类似于金刚石。

根据以上信息回答下列问题：

（1）六方最密堆积的配位数是___________，和六方最密堆积的配位数相同的另一堆积叫_______________。

（2）白锡和灰锡的关系是_________，白锡转化为灰锡的变化属_____________。

（3）白锡属__________晶体，灰锡属_____________晶体。

（4）根据金属的导电原理分析灰锡导电能力差的原因_________________________。

（5）从晶格能的影响因素角度分析金刚石稳定，灰锡不稳定的原因________________________。

【答案】

（1）12面心立方最密堆积

（2）同素异形体化学变化

（3）金属晶体分子晶体

（4）锡原子的价电子全部用来形成共价键，没有可用于导电的自由电子

（5）Sn－Sn键的键长长，键能小，故锡原子晶体的晶格能比金刚石的晶格能要小得多，因而其稳定性要小得多

【解析】

（1）六方最密堆积的原子空间排列为ABABABAB……，在某金属原子的上层各有3个金属原子，在同一层有6个原子紧密相邻，因此其配位数是12；和六方最密堆积的配位数相同的另一堆积叫面心立方最密堆积。

（2）白锡和灰锡是锡元素的两种单质，结构不同，性质不同，二者属于同素异形体，由于二者是不同的物质，因此白锡转化为灰锡的变化属于化学变化。

（3）白锡是银白色有金属光泽，密度7.31g/cm3，软而富有展性，导电、导热能力强，根据这些性质可判断出白锡晶体类型为金属晶体；白锡剧冷转变为粉末状的灰锡；灰锡是暗灰色固体或粉末，密度5.75g/cm3，无延展性，导电导热能力差，13.2℃以下稳定，具备分子晶体的特点，因此灰锡属于分子晶体。

（4）在灰锡中，锡原子的价电子全部用来形成共价键，没有可用于导电的自由电子，因此导电性极差；

（5）在灰锡中原子半径Sn>C，灰锡中共价键Sn－Sn键的键长比金刚石中C-C键长长，共价键的键能小。

共价键的键长越短，断键越难，晶格能越大，物质稳定性越强，所以物质的稳定性金刚石更稳定。

【习题3】硫酸亚锡（SnSO4）是一种重要的能溶于水的硫酸盐，广泛应用于镀锡工业。

某研究小组

设计SnSO4制备路线如下：

查阅资料：

I．酸性条件下，锡在水溶液中有Sn2+、Sn4+两种主要存在形式，Sn2+易被氧化。

Ⅱ．SnC12易水解生成碱式氯化亚锡[Sn（OH）Cl]

回答下列问题：

（1）操作l的步骤为________、__________、过滤、洗涤、干燥。

对沉淀进行洗涤的方法是_____________。

（2）SnCl2粉末需加浓盐酸进行溶解，请结合必要的化学方程式用平衡移动原理解释原因：

____________。

（3）加入Sn粉的作用有两个：

①调节溶液pH;②________________。

（4）酸性条件下，SnSO4还可以用作双氧水去除剂，发生反应的离子方程式是：

__________________。

（5）该小组通过下列方法测定所用锡粉的纯度（杂质不参与反应）：

取ag锡粉溶于盐酸中，向生成的SnC12中加入过量的FeC13溶液，用bmol/LK2Cr2O7滴定生成的Fe2+（已知酸性环境下，Cr2O72-可被还原为Cr3+），共用去K2Cr2O7溶液mml。

则锡粉中锡的质量分数是__________。

（Sn的摩尔质量为Mg/mol，用含a、b、m、M的代数式表示）

【答案】

（1）蒸发浓缩；冷却结晶；沿玻璃棒将蒸溜水注入漏斗中，直到淹没沉淀，待水流尽后重复操作2～3次

（2）SnCl2水解，发生SnCl2+H2O

Sn（OH）Cl+HCl，加入盐酸，使该平衡向左移动，抑制Sn2+水解

（3）防止Sn2+被氧化

（4）Sn2++H2O2+2H+＝Sn4++2H2O

（5）

【解析】

（1）由流程图可知，操作Ⅰ是从溶液中得到含结晶水的晶体，只能采取蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到。

沉淀的洗涤在过滤器中完成，即沿玻璃棒将蒸溜水注入漏斗中，直到淹没沉淀，待水流尽后重复操作2～3次；

（2）由信息可知，SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡，存在平衡SnCl2+H2O

Sn（OH）Cl+HCl，加入盐酸，使该平衡向左移动，抑制Sn2+水解；

（3）由信息可知，Sn2+易被氧化，加入Sn粉除调节溶液pH外，还防止Sn2+被氧化；

（4）酸性条件下，SnSO4还可以用作双氧水去除剂，双氧水有强氧化性，将Sn2+易被氧化为Sn4+，自身被还原为水，离子方程式为：

Sn2++H2O2+2H+＝Sn4++2H2O；

（5）令锡粉中锡的质量分数为x，则：

Sn～Sn2+～2Fe3+～2Fe2+～

K2Cr2O7计算

M

mxcV

故

解得x＝

【习题4】氯化亚锡用途广泛，在无机工业中用作还原剂，在口腔护理行业中，二水氯化亚锡多用于防龋齿脱敏类牙膏中，以预防龋齿的发生。

某研究小组制取二水氯化亚锡工艺流程如下：

查阅资料：

Ⅰ．酸性条件下，锡在水溶液中有Sn2+、Sn4+两种主要存在形式，Sn2+易被氧化。

Ⅱ．SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡。

（1）四氯化锡暴露于空气中与空气中水分反应生成白烟，有强烈的刺激性气味，生成偏锡酸（H2SnO3），写出该反应的化学方程式____________________________________________；

（2）将金属锡熔融，然后泼入冷水，激成锡花，其目的是____________________________；

（3）在制备二水氯化亚锡时，温度对锡转化率的影响如图1所示，则该反应应控制的温度范围为________℃；

（4）反应原料中盐酸浓度对结晶率的影响如图2所示，则盐酸浓度应控制的范围为___________________，原因________________________________________。

（5）反应釜中发生反应的化学方程式为_________________________________；

（6）该小组通过下列方法测定所用锡粉的纯度（杂质不参与反应

）

①将该试样溶于盐酸，发生反应为Sn+2HCl=SnCl2+H2↑；

②加入过量FeCl3溶液

③用已知浓度的K2Cr2O7滴定②中生成的Fe2+，则反应的离子方程式为________________________；

（7）取1.125g锡粉，经上述各步反应后，共用去0.1000mol/LK2Cr2O7溶液30.00mL，锡粉中锡的质量分数为____________________________。

【答案】

（1）SnCl4+3H2O=H2SnO3+4HCl

（2）增大接触面积，加快反应速率

（3）60

（4）1-3%抑制水解，且浓度过大生成SnCl4

（5）SnCl2+Cl2=SnCl4

（6）6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O

（7）95.2%

【解析】

（1）四氯化锡暴露于空气中与空气中水分反应生成白烟，有强烈的刺激性气味，生成偏锡酸（H2SnO3），该反应的化学方程式为SnCl4+3H2O=H2SnO3+4HCl

（2）将金属锡熔融，然后泼入冷水，激成锡花，其目的是增大接触面积，加快反应速率

（3）在制备二水氯化亚锡时，温度对锡转化率的影响如图1所示，则该反应应控制的温度范围为60℃

（4）反应原料中盐酸浓度对结晶率的影响如图2所示，则盐酸浓度应控制的范围为1-3%，原因为抑制水解，且浓度过大生成SnCl4

（5）反应釜中发生反应的化学方程式为SnCl2+Cl2=SnCl4

（6）K2Cr2O7滴定②中生成的Fe2+，反应的离子方程式为6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O

（7）令锡粉中锡的质量分数为x，则：

Sn～Sn2+～2Fe3+～2Fe2+～

K2Cr2O7

119g                                  

mol

1.125g×x                0.100mol/L×0.03L

解得x=95.2%

【习题5】锡酸钠用于制造陶瓷电容器的基体、颜料和催化剂。

工业上以锡碲渣（主要含Na2SnO3和Na2TeO3）为原料，制备锡酸钠的工艺流程图如下，请回答下列问题：

已知：

锡酸钠（Na2SnO3）和亚碲酸钠（Na2TeO3）均易溶于碱。

（1）“碱浸”过程中，锡碲浸出率与溶液中游离碱质量浓度关系如图所示，则最理想的质量浓度为__________，理由是_________________________________________________。

（2）如图反映的是“除碲”过程中反应温度对碲脱除率的影响关系，70℃后随温度升高碲脱除率下降的原因可能是_________________________________________________。

（3）“除碲”反应的离子方程式为_____________________________________。

（4）从“溶析结晶”回到“碱浸”的物质除烧碱外，主要还有_____________（写化学式）。

（5）“溶析结晶”母液中还含有少量SbO43-，可用锡片将Sb置换出来，锡转化成最高价含氧酸盐，写出反应的离子方程式_____________________________。

【答案】

（1）100g/L浓度超过100后，锡浸出率增幅变小，但碲浸出率却提高较大，不利于后续分离

（2）温度升高，过氧化氢受热分解

（3）2Na++TeO32-+H2O2＝Na2TeO4↓+H2O

（4）Na2SnO3、Na2TeO4

（5）5Sn+4SbO43-+H2O＝4Sb+5SnO32-+2OH-

【解析】

（1）根据图像可知浓度超过100后，锡浸出率增幅变小，但碲浸出率却提高较大，不利于后续分离，故答案为：

100g/L；浓度超过100后，锡浸出率增幅变小，但碲浸出率却提高较大，不利于后续分离；

（2）该过程反应物中有过氧化氢，过氧化氢受热易分解，故答案为：

温度升高，过氧化氢受热分解；

（3）过氧化氢具有氧化性，还原产物一般为水，该过程中过氧化氢将TeO32-氧化成Na2TeO4，根据电子守恒和元素守恒可知方程式为：

2Na++TeO32-+H2O2＝Na2TeO4↓+H2O；

（4）溶析结晶后的溶液仍为Na2SnO3和Na2TeO4的饱和溶液，所以从“溶析结晶”回到“碱浸”的物质除烧碱外，主要还有Na2SnO3、Na2TeO4，故答案为：

Na2SnO3、Na2TeO4；

（5）锡的最高价含氧酸盐为H2SnO3，锡片可将Sb置换出来，即产物中有Sb单质，再结合电子守恒和元素守恒可知方程式为：

5Sn+4SbO43-+H2O＝4Sb+5SnO32-+2OH-。

【习题6】四氯化锡（SnCl4）是合成有机锡化合物的原料，其熔点为－33℃，沸点为114℃，在潮湿的空气中强烈水解产生有刺激性的白色烟雾，产物之一为SnO2。

实验室制备四氯化锡的操作是：

将金属锡熔融，然后泼入冷水，制成锡花；将干燥的锡花加入反应器中，再向反应器中缓慢地通入干燥的氯气。

（装置C中的试剂Ⅹ未画出）

I.图1为实验室制备干燥氯气的实验装置（夹持装置已略）

（1）该装置制备氯气选用的药品为漂粉精固体[主要成分Ca（ClO2]和浓盐酸，A中发生反应的化学方程式为_________________________________。

（2）装置B中的饱和食盐水能够除去Cl2中的HCl，此外还有___________作用。

（3）试剂Ⅹ可能为___________（填标号）。

A．无水氯化钙B．浓硫酸C．五氧化二磷D．碱石灰

（4）用锡花代替锡粒的目的是_________________________________。

（5）四氯化锡在潮湿空气中水解的化学方程式为_________________________________。

Ⅱ.图2是蒸馏SnCl4的装置

（6）该装置尚有两处不当之处，它们分别是____________________、______________________。

（7）实验用的锡花中含有金属铜。

某同学设计下列实验测定锡花的纯度：

第一步：

称取7.500g锡花溶于足量稀硫酸中，充分反应后过滤；

第二步：

向滤液中加入过量Fe2（SO4）3，将生成的Sn2+氧化成Sn4+；

第三步：

用0.9500mol·L－1的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+，发生反应的方程式为Fe2++Cr2O72－+H+→Cr3++Fe3++H2O（未配平）

若达到滴定终点时共消耗21.00mLK2Cr2O7溶液，试计算锡花中锡的百分含量：

___________（结果保留4位有效数字）。

【答案】

（1）Ca（ClO）2+4HCl（浓）=CaCl2+2Cl2↑+2H2O

（2）安全瓶

（3）AC

（4）增大与氯气的接触面积，加快反应速率

（5）SnCl4+2H2O=SnO2+4HCl

（6）温度计水银球位置不对Ⅱ和Ⅲ之间缺少干燥装置；

（7）94.96%

【解析】

（1）图I装置制备氯气选用的药品为漂粉精固体[主要成分Ca（ClO2]和浓盐酸反应生成氯化钙、氯气与水，A中发生反应的化学方程式为Ca（ClO）2+4HCl（浓）=CaCl2+2Cl2↑+2H2O。

答案：

Ca（ClO）2+4HCl（浓）=CaCl2+2Cl2↑+2H2O。

（2）制备的氯气中含有HCl，饱和食盐水除去Cl2中的HCl；若C中发生堵塞，装置内气压增大，B中长颈漏斗中液面上升，形成水柱，所以B还起到了安全瓶的作用。

故答案为安全瓶；

（3）四氯化锡极易水解，通入的氯气应干燥，U形管中试剂X干燥氯气，不能为碱性干燥剂，碱性干燥剂可以吸收氯气；不能为液体干燥剂，否则气体不能通过，可以选择氯化钙、五氧化二磷，故答案为AC；

（4）用锡花代替锡粒的目的是：

增大与氯气的接触面积，加快反应速率。

故答案为增大与氯气的接触面积，加快反应速率；

（5）四氯化锡遇水强烈水解，根据水解原理可知，应生成Sn（OH）4、HCl，产物之一是固态二氧化锡，说明Sn（OH）4分解生成SnO2与H2O，故水解生成SnO2、HCl，反应方程式为：

SnCl4+2H2O=SnO2+4HCl。

故答案为SnCl4+2H2O=SnO2+4HCl；

（6）温度计水银球位置不对，应再蒸馏烧瓶支管口处；四氯化锡遇水强烈水解，而装置Ⅲ中的水蒸气易进入Ⅱ中，使其发生水解，二者之间缺少干燥装置；故答案为温度计水银球位置不对；Ⅱ和Ⅲ之间缺少干燥装置；

（7）第二步：

过量Fe2（SO4）3，将Sn2+氧化成Sn4+，本身被还原为亚铁离子，反应的离子方程式为：

2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+，反应中消耗的K2Cr2O7的物质的量为0.9500mol/L×0.021L=0.01995mol，6Fe2++Cr2O72－+14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。

根据方程式可得关系式3Sn～3Sn2+～3Fe2（SO4）3～6Fe3+～K2Cr2O7，故n（Sn）=3n（K2Cr2O7）=3×0.01995mol=0.05985mol，Sn的质量为：

0.05985mol×119g/mol=7.122g，试样中Sn的百分含量为=7.12g/7.500×100%=94.96%。

因此，本题正确答案是：

94.96%。