第18章-铜族元素-锌族元素.doc

第18章铜族元素锌族元素

18.1铜族元素

通性

铜族元素：周期表ds区，第IB副族，包括铜(copper)、银(silver)、金(gold)三种元素。价电子构型为(n-1)d10ns1，最外电子层只有一个s电子，次外层为18个电子。

铜族元素与碱金属元素的性质差异主要表达在以下三点：

●铜族元素的最外层电子受到的有效核电荷较大，使铜族元素的电离能高，原子半径小，密度大，化学活性差。

●铜族元素有多种氧化态，主要有+Ⅰ、+Ⅱ、+Ⅲ三种，而碱金属的氧化态只有+Ⅰ。

●碱金属从Na到Cs，金属活泼性增高；铜族元素恰恰相反，从铜到金化学活性逐渐降低。从Cu到Au，原子半径增加不大，而核电荷却有明显增加，次外层18电子的屏蔽效应又小，使核对电子的吸引力增大，因而金属活泼性依次减弱。

铜族元素通性及变化规律：

●从Cu到Au形成一价水合离子的活性越来越弱，金属的活泼性减弱。

●Cu+在高温和固态时很稳定---①d10全充满的稳定构型电子；②铜的第二电离能比第一过渡系任何元素都大的缘故。但在溶液中Cu+不稳定，易歧化成Cu2+和Cu----Cu2+的水和热很大。

●一价离子具有18电子构型，有很强的极化能力和明显的变形性，本族元素易形成共价化合物；

●原子中(n-1)d、ns、np轨道的能量相差不大，有能级较低的空轨道，所以有很强的形成配合物的倾向。

单质的物理性质和化学性质

1．物理性质

铜族元素单质的密度较大，熔沸点较高，但硬度较小。它们都有很好的延展性，特别是金，1克金能抽成长达3km的金丝或压成厚约0.0001mm的金箔，500张的总厚度比头发丝的直径还薄些。铜族元素都有良好的导电性和导热性。银的导电性在金属中位居首位，铜列次席。

铜族金属之间以及和其它金属之间，都很容易形成合金，其中铜合金种类很多，历史也最久远，如青铜〔80%Cu,15%Sn,5%Zn〕质地坚韧、易铸；黄铜〔60%Cu、40%Zn〕广泛用于制作仪器零件；白铜〔50～70%Cu,18～20%Ni,13～15%Zn〕主要用作刀具等。金也易生成合金，尤其是易形成汞齐。

2．化学性质

化学活性较差，并按Cu、Ag、Au的顺序递减。常温下，铜在枯燥的空气中较稳定，但铜在空气中加热，能生成黑色的氧化铜。银、金在加热时也不与空气中的氧化合。

●铜久置于潮湿的空气中，外表会慢慢生成一层铜绿：

2Cu+O2+H2O+CO2Cu(OH)2·CuCO3

●银与空气中的H2S气体接触后，外表上很快生成黑色的Ag2S薄膜。

●铜族元素都能和卤素反响，反响程度按Cu-Ag-Au的顺序逐渐降低。

铜在常温下能与卤素反响，银反响慢，金那么需在加热时才同枯燥的卤素起反响。

●在金属活动顺序表中，铜族元素都在氢以后，它们不与水反响，也不能置换稀酸中的氢。但当有空气存在时，铜可缓慢溶解于这些稀酸中：

2Cu+4HCl+O22CuCl2+2H2O

2Cu+2H2SO4+O22CuSO4+2H2O

●铜可与热的浓盐酸反响，Cu可溶解于浓KCN溶液中，这是因为Cl-、CN-和Cu+形成了较稳定的配离子[CuCl4]3-，[Cu(CN)4]3-，降低了电极电位。

2Cu+8HCl〔浓〕2H3[CuCl4]+H2↑

2Cu+8CN-(浓)+2H2O2[Cu(CN)4]3-+2OH-+H2↑

●铜、银都能溶于HNO3或热浓硫酸等氧化性酸，而金只溶解于王水中。

Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

Cu+2H2SO4〔浓〕CuSO4+SO2↑+2H2O

2Ag+2H2SO4(浓)Ag2SO4+SO2↑+2H2O

Au+4HCl+HNO3HAuCl4+NO↑+2H2O

铜、银、金在强碱中均很稳定。

3、用途

铜在电器工业中有着广泛的应用，但是极微量杂质的存在会大大降低铜的导电性，因此制造电线，必须要用高纯度的电解铜。银主要用来制造器皿、饰物、货币等。铜、银和金又称为“货币金属”，这是因为古今中外都用它们制作金属货币。金广泛用于火箭、导弹、潜艇、宇宙飞船、核反响堆、超级集成电路和化学工业。

铜在生命系统中有重要作用，铜是生命过程不可缺少的微量元素，人体中有30多种蛋白质和酶含有铜。现铜的最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白，有协同铁功能。在铁的生理代谢过程中，Fe2+氧化为Fe3+需要铜蓝蛋白的催化氧化，以利Fe3+与蛋白质结合成铁蛋白，合成血