碳族元素备课笔记锗锡铅及其化合物.docx

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碳族元素备课笔记锗锡铅及其化合物

13.4锗、锡、铅及其化合物

1、锗、锡、铅单质

（1）物理性质：

①Ge：

锗晶格结构和金刚石相同，具有灰白色的金属光泽，粉末状呈暗蓝色,硬度比较大，熔点为1210K。

高纯锗是一种良好的半导体材料。

②Sn：

白锡是银白色金属，硬度低，熔点为505K。

Sn有三种同素异形体：

灰锡（α型）、白锡（β型）和脆锡。

白锡是银白色略带蓝色的金属，有延展性，可以制成器皿。

在常温下，锡是正方晶系的晶体结构，即为白锡。

温度低于286K时，白锡将慢慢转换为粉末状地灰锡（无定形），温度越低，转化速度越快，在225K时转变速度最快，因此，锡制品长期处于低温状态会自行毁坏，变成一堆粉末。

这种变化先是从某一点开始，然后迅速蔓延，这种锡的“疾病”还会传染给其他“健康”的锡器，被称为“锡疫”。

由于锡怕冷，因此在冬天要特别注意别使锡器受冻。

有许多铁器常用锡焊接的，也不能受冻。

1912年，斯科特、鲍尔斯、威尔逊、埃文斯、奥茨一行人登上冰天雪地的南极洲探险，他们带去的汽油全部奇迹般地漏光了，致使燃料短缺，探险队遭到了全军覆灭的灭顶之灾。

原来汽油桶是用锡焊接的，一场锡疫使汽油漏得无影无踪，造成这样一场惨祸。

温度高于434K时，白锡可以转化为具有斜方晶系的晶体结构的斜方锡。

斜方锡很脆，一敲就碎，展性很差，叫做“脆锡”。

。

③Pb：

铅是密度很大（11.35g·cm-3）、熔点低（601K）的金属，新切开为银白色，很快在表面生成碱式碳酸铅保护膜而呈暗灰色。

铅是银白色的金属（和锡比较，铅略带一点浅蓝色），十分柔软，用指甲便能在它的表面划出痕迹。

用铅在纸上一划，会留下一条黑道道。

在古代，人们曾用铅作笔。

“铅笔”这名字，便是从这儿来的。

所有可溶铅盐和铅蒸气都有毒，一旦发生铅中毒，应注射EDTA-HAc的钠盐溶液，使Pb2+形成稳定的配离子从尿中排出解毒。

（2）化学性质：

①Ge：

常温下不和空气中的氧反应，但高温下能被氧气氧化成GeO2,。

Ge不和稀盐酸、稀硫酸反应，但能被浓硫酸和浓硝酸氧化成水合二氧化锗（GeO2·nH2O）。

在碱性溶液中能被过氧化氢氧化为锗酸盐。

Ge+4HNO3（浓）

GeO2·H2O↓+4NO2↑+H2O

②Sn：

常温下由于锡表面有一层保护膜，所以在空气和水中能稳定存在。

Sn+O2

SnO2

Sn+2X2

SnX4（X=Cl、Br）

Sn在冷的稀盐酸中溶解缓慢，但迅速溶于热浓盐酸中：

Sn+2HCl

SnCl2+H2↑

3Sn+8HNO3（极稀）

3Sn（NO3）2↓+2NO↑+4H2O

Sn+4HNO3（浓）

H2SnO3（β）↓+4NO2↑+H2O

Sn+2OH-+4H2O

Sn（OH）

+2H2

1Pb:

加热时Pb能和O2、S、Cl2等非金属单质反应生成相应的二元化合物。

Pb和非氧化性的酸反应产物为Pb（Ⅱ）：

Pb+2HCl

PbCl2↓+H2↑（反应不易发生）

铅的电极电势EPb2+/Pb=-0.126V，理论上Pb能从稀盐酸和稀硫酸中置换出H2，但由于PbCl2和PbSO4难溶于水，附着在Pb表面阻碍反应继续进行，并且H2在铅上的超电势较大，因此，铅难以和盐酸和稀硫酸反应。

Pb+4HCl（浓）

H2[PbCl4]+H2↑

Pb+H2SO4（稀）

PbSO4↓+H2↑（反应不易发生）

Pb+3H2SO4（浓）

Pb（HSO4）2+SO2↑+2H2O

3Pb+8HNO3（稀）

3Pb（NO3）2+2NO↑+4H2O

Pb+2HAc

Pb（Ac）2+H2↑

在Pb（Ac）2溶液中除Pb（Ac）2还有PbAc+配离子。

水中无氧时，Pb的溶解度很小；当有氧气时Pb在水中溶解度增大。

Pb是两性金属：

Pb+OH-+2H2O

Pb（OH）3-+H2↑

（3）制备：

①Ge:

锗属于稀有分散元素，在自然界中以锗石矿（Cu2S·FeS·GeS2）形式存在，提取锗的难度在于锗的富集。

一般是通过焙烧将锗的硫化物转变为GeO2，再经盐酸处理转化为GeCl4，经精馏提纯后，GeCl4水解成GeO2，再用H2在高温下将GeO2还原为单质Ge。

超纯锗的制备是用区域熔融法，制造半导体的超纯锗的纯度高于99.99999%。

②Sn：

矿石经氧化焙烧，使矿石中所含S、As变成挥发性物质跑掉，其他杂质转化成金属氧化物。

用酸溶解那些可和酸作用的金属氧化物，分离后得SnO2，再用C高温还原SnO2制备单质Sn：

△

SnO2（s）+2C（s）

Sn（l）+2CO（g）

③Pb：

方铅矿先经浮选，再在空气中焙烧转化成PbO，然后用CO高温还原制备Pb：

△

2PbS（s）+3O2（g）

2PbO（s）+2SO2（g）

△

PbO（s）+CO（g）

Pb（l）+CO2↑

粗铅经电解精制其纯度可达99.995%，高纯铅（99.9999%的）仍需用区域熔解获得。

（4）用途：

①Ge：

高纯度的锗是半导体材料。

从高纯度的氧化锗还原，再经熔炼可提取而得。

掺有微量特定杂质的锗单晶，可用于制各种晶体管、整流器及其他器件。

锗的化合物用于制造荧光板及各种高折光率的玻璃。

　　锗单晶可作晶体管，是第一代晶体管材料。

锗材用于辐射探测器及热电材料。

高纯锗单晶具有高的折射系数，对红外线透明，不透过可见光和紫外线，可作专透红外光的锗窗、棱镜或透镜。

锗和铌的化合物是超导材料。

二氧化锗是聚合反应的催化剂，含二氧化锗的玻璃有较高的折射率和色散性能，可作广角照相机和显微镜镜头，三氯化锗还是新型光纤材料添加剂。

锗，具有半导体性质。

对固体物理学和固体电子学的发展起过重要作用。

锗的熔密度5.32克/厘米3,为银灰色脆性金属。

锗可能性划归稀散金属，锗化学性质稳定，常温下不和空气或水蒸汽作用，但在600～700℃时，很快生成二氧化锗。

和盐酸、稀硫酸不起作用。

浓硫酸在加热时，锗会缓慢溶解。

在硝酸、王水中，锗易溶解。

碱溶液和锗的作用很弱，但熔融的碱在空气中，能使锗迅速溶解。

锗和碳不起作用，所以在石墨坩埚中熔化，不会被碳所污染。

锗有着良好的半导体性质，如电子迁移率、空穴迁移率等等。

锗的发展仍具有很大的潜力。

现代工业生产的锗，主要来自铜、铅、锌冶炼的副产品。

②Sn：

镀锡的铁皮俗称马口铁，常用来制作水桶、烟筒等。

Sn还常用来制造青铜（Cu-Sn合金）和焊锡（Pb-Sn合金）。

锡和硫的化合物——硫化锡，它的颜色和金子相似，常用作金色颜料。

锡器历史悠久，可以追溯到公无前3700年，古时候，人们常在井底放上锡块，净化水质。

在日本宫廷中，精心酿制的御酒都是用锡器作为盛酒的器皿。

它具有储茶色不变，盛酒冬暖夏凉，淳厚清冽之传。

锡茶壶泡茶特别清香，用锡杯喝酒石酸清冽爽口，锡瓶插花不易枯萎。

　　锡器的材质是一种合金，其中纯锡含量在97%以上，不含铅的成份，适合日常使用。

锡器平和柔滑的特性，高贵典雅的造型，历久常新光泽，历来深受贵族人士的青睐，在欧洲更成为古典文化的一种象征。

　　锡是排列在白金，黄金及银后面的第四种贵金属，它富有光泽、无毒、不易氧化变色，具有很好的杀菌、净化、保鲜效用。

生活中常用于食品保鲜、罐头内层的防腐膜等。

　　锡是一种质地较软的金属，熔点较低，可塑性强。

它可以有各种表面处理工艺，能制成多种款式的产品，有传统典雅的欧式酒具、烛台、高贵大方的茶具，以至令人一见倾心的花瓶和精致夺目的桌上饰品，式式具全媲美熠熠生辉的银器。

锡器以其典雅的外观造型和独特的功能效用早已风靡世界各国，成为人们的日常用品和馈赠亲友的佳品。

锡在我国古代常被用来制作青铜。

锡和铜的比例为3：

7。

③Pb：

铅常用于制造低熔点合金，如焊锡、保险丝等；铅能抵挡X射线辐射，常用来制作X射线防护品；铅锑合金用作铅蓄电池的极板。

在化工厂里，常用铅来制造管道和反应罐。

著名的制造硫酸的铅室法，便是因为在铅制的反应器中进行化学反应而得名的。

　　金属铅的重要用途是制造蓄电池。

据不完全统计，1971年，铅的世界年产量达308.3万吨，其中大部分是用来制造蓄电池。

在蓄电池里，一块块灰黑色的负极都是用金属铅做的。

正极上红棕色的粉末，也是铅的化合物—二氧化铅。

一个蓄电池，需用几十斤铅。

飞机、汽车、拖拉机、坦克，都是用蓄电池作为照明光源。

工厂、码头、车站所用的“电瓶车”，这“电瓶”便是蓄电池。

广播站也要用许多蓄电池。

　　金属铅还有一个奇妙的本领——它能很好地阻挡X射线和放射性射线。

在医院里，大夫作X射线透视诊断时，胸前常有一块铅板保护着；在原子能反应堆工作的人员，也常穿着含有铅的大围裙。

铅具有较好的导电性，被制成粗大的电缆，输送强大的电流。

铅字是人们熟知的，书便是用铅字排版印成的，然而，“铅字”并不完全是铅做的，而使用活字合金浇铸成的。

活字合金一般含有5一30％的锡和10一20％的锑，其余则是铅。

加了锡，可降低熔点，便于浇铸。

加了锑，可使铅字坚硬耐磨，特别是受冷会膨胀，使字迹清晰。

保险丝也是用铅合金做的，在焊锡中也含有铅。

关于铅中毒：

铅和其化合物对人体各组织均有毒性，中毒途径可由呼吸道吸入其蒸气或粉尘，然后呼吸道中吞噬细胞将其迅速带至血液；或经消化道吸收，进入血循环而发生中毒。

中毒者一般有铅及铅化物接触史。

口服2-3克可致中毒，50克可致死。

临床铅中毒很少见。

铅及其化合物的蒸气、烟和粉尘主要鳍呼吸道侵人人体，这是职业性铅中毒的主要侵人途径，也可经消化道吸收。

铅中毒（1eadpoisorting）以无机铅中毒为多见，主要损害神经系统、消化系统、造血系统和肾脏。

近年来，铅接触对内分泌、生殖系统、铅接触女工子代的影响也已引起重视。

铅矿开采、铅冶炼、铸件、浇板、焊接、喷涂，蓄电池制造、油彩等工艺的铅烟、铅尘，服用含铅的中药，如黑锡丹、樟丹、红丹和长期饮含铅锡壶中的酒，均可导致铅中毒。

含铅的废气、废水、废渣等污染大气、水源、和农作物，可危及附近居民。

四乙基铅（tetraethyllead）系铅的有机化合物，是一种无色油状液体，挥发性强，主要用做汽油抗爆剂。

可经呼吸道、皮肤、消化道吸收引起中毒，主要引起神经系统症状。

铅中毒机制尚未完牟阐明，比较清楚的有：

1．引起血红蛋白合成障碍；2、损害神经系统；3、损害肾脏；4、损害生殖器官；5、影响子代。

成年人铅中毒后经常会出现：

疲劳、情绪消沉、心脏衰竭、腹部疼痛、肾虚、高血压、关节疼痛、生殖障碍、贫血等症状。

孕妇铅中毒后会出现流产、新生儿体重过轻、死婴、婴儿发育不良等严重后果。

而儿童经常会出现：

食欲不振、胃疼、失眠、学习障碍、便秘、恶心、腹泻、疲劳、智商低下、贫血等症状。

　　铅中毒对机体的影响是多器官、多系统、全身性的，临床表现复杂，且缺乏特异性。

铅会损伤神经系统、造血系统、心血管系统、消化系统、泌尿生殖系统、免疫系统、内分泌系统、骨骼等。

2、锗、锡、铅的化合物

（1）氧化物和氢氧化物

锗、锡、铅都有MO和MO2两种形式的氧化物。

前者偏碱性，后者偏酸性。

1锡的氧化物和氢氧化物及锡酸：

加热Sn（OH）2的悬浊液可得到红色、不稳定的SnO。

Sn或SnO在空气中加热被氧气氧化成浅黄色的SnO2，冷却显白色。

在Sn（II）或Sn（IV）的酸性溶液中加NaOH溶液生成白色Sn（OH）2沉淀或Sn（OH）4胶状沉淀。

Sn（OH）2和Sn（OH）4都是两性氢氧化物，既可溶于酸，又可溶于碱，但前者以碱性为主，后者以酸性为主。

在浓强碱溶液中Sn（OH）

部分歧化为Sn（OH）

和浅黑色的Sn：

2Sn（OH）

Sn（OH）

+Sn↓

Sn和浓硝酸作用则只能得到惰性β-锡酸SnO2·nH2O。

β-锡酸具有类似于SiO2的微晶结构，其化学性质不活泼，既难溶于酸，又难溶于碱。

Sn+4HNO3（浓）

H2SnO3（β）↓+4NO2↑+H2O

向Sn（IV）溶液中加碱或通过SnCl4水解都可得到活