第十七章铜、锌分族
第十七章铜、锌分族 Chapter 17Chapter 17The Copper Subgroup and Zinc SubgroupThe Copper Subgroup and Zinc Subgroup 从本章开始，我们要讲ds区、d 区和 f区元素的性质。 铜（copper, cuprum）、银（silver, argentum）和金（gold, aurum）位于长周期表中 IB 族，通常称为铜族元素，又称货币金属（coinage metal）。 锌（zinc）、镉（cadmium）和汞（mercury, hydrargyrum）位于长周期 IIB 族，通常称 为锌分族。 §§17-117-1铜分族铜分族 The Copper SubgroupThe Copper Subgroup 一、General PropertiesGeneral Properties 1．The first ionization energy (I1) Cu：7.726eV Ag：7.576eV Au：9.226eV IB 族元素的第一电离能比IA族元素的第一电离能高得多，这是因为ns 电子穿 透了(n1)d10电子的屏蔽；从 Cu 到 Ag 第一电离能降低是因为 Ag 有较高的主量子 数，价电子离核远，较易失去价电子，而 Au 的第一电离能却更大，这是由于 Au 的 6s 电子不仅穿透 5d而且还穿透 4f电子的屏蔽。 2．Oxidation state：呈+1、+2、+3氧化态 各元素的特征氧化态为：Cu+2 Ag +1 Au +3 其中 Ag的+1氧化态之所以稳定，是因为4d10电子构型相对较高的稳定性，例如 Pd的电子排布为 4d105s0，是一个很好的说明。 3．Covalent properties： Cu、Ag、Au形成共价键的倾向大于碱金属形成共价键的倾向。例如Cu2、Ag2、 Au2的离解能分别为 174、158 和 210kJ·mol1，这是由于它们两个原子之间的空的 np 轨道与(n1)d轨道上的电子对形成的附加π键所致。 4．Compls OxidationElectron stateconfiguration +1d 4 +2 +3 10 Coordination number 2 Spatial configuration Linear Tetrahedral Square Distorted octahedral Square Typical compounds Ag(CN)2,Cu(CN) 2 [Cu(CN)4]3,[Ag(SCN)4]3 [Cu(NH3) 4 ]2 d9 d8 4 6 4 [Cu(NH 3 ) 4 (H 2O)2 ]2 [AuHal4], [CuCl4] 5．Existence in nature: 黄铜矿(copper pyrite, chalcopyrite)：CuFeS2，赤铜矿(cuprite)：Cu2O， 249 孔雀石(malachite)：CuCO3·Cu(OH)2，辉铜矿(copper glance)：Cu2S。 银存在于 Pb、Zn、Cd等硫化物矿中，Cu、Ag和 Au 也共生于砷化物、锑化物以 及硫化物砷化物中。Cu、Ag特别是 Au也有天然态存在。 二、The Simple Substance 1．Physical properties: Cu--red,Ag--white,Au--yellow, 都是立方面心晶体（face-centered cubic crystal），由于 ns和(n1)d上的一个或几 个电子都能参与成键，所以它们的熔、沸点较高，导电、导热性能好，有良好的延展 性，特别是金(Au)，它们都能形成合金(alloy)：黄铜 (brass) (60% Cu，40% Zn)，青铜 (bronze) (90% Cu，10% Sn)，铜币(“copper” coin) (95% Cu，5% Al) ，银币(“silver” coin) (80% Cu，20% Ni) 2．Chemical properties: (1) 与酸反应： Cu与浓 H2SO4，HNO3反应 Cu + 4HNO3(浓)Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O Ag与热、浓 H2SO4和浓 HNO3反应 Ag + 2HNO3(浓)AgNO3 + NO2↑+ H2O 3 Au可溶于饱和 Cl2的盐酸中或 aqua regia中 Au +Cl2 + HClHAuCl4 2 Au + 4HCl + HNO3HAuCl4 + NO + 2H2O (2) 与 O2反应： 2Cu + O2CuO 4Cu + O22Cu2O 在潮湿空气中：2Cu + O2 + H2O + CO2CuCO3·Cu(OH)2（灰绿色） (3) 与 H2S、S 反应：Au不与 S、H2S 反应，空气中含 H2S时，Ag变黑，生成 Ag2S。 配制含小苏打和食盐的稀溶液于铝制容器中，将发黑的银器与铝制容器接触， Ag2S 可溶解，发黑银器变亮。 3Ag2S + 2Al + 8OH6Ag + 3S2 +2Al(OH) 4 (4) Cu、Ag、Au溶于含氧的碱性氰化物中： － hot-red更高温度 4Au + O2 + 8CN + 2H2O (5) Cu可溶于含氧的氨水中： 4Cu + O2 + 8NH3 + 2H2O 3．Preparation： 精矿 a．贫矿富积 b．氧化焙烧：2CuFeS2 + O2 － 4[Au(CN)2] + 4OH －－ 4[Cu(NH3)2]+ + 4OH－ O2 [Cu(NH3)4]2+ (1) 铜的冶炼 CuFeS2（黄铜矿）的冰铜熔炼法： Cu2S + 2FeS + SO2↑ 其中：2FeS + 3O2 FeO + SiO c．Cu2S转化为粗铜： 2Cu2S + 3O2 Cu2S + 2Cu2O 2FeO + 2SO2 FeSiO3(渣) 2Cu2O + 2SO2↑ 6Cu + SO2↑ Cu (粗) 电解 Cu (精) (2) 银、金的冶炼：无论是M（Ag、Au）或 MX，M2S都可以用氰化法浸取 4M+ O2 + 8NaCN + 2H2O M2S (MX) + 4NaCN 4Na[M(CN)2] + 4NaOH 4Na[M(CN)2] + Na2S (NaX) Zn(CN)2 4 2M再用 Al或 Zn还原2M(CN)－ 2 Zn 250 三、Their Compounds 1．[+1] O.S. (1) 铜族元素的+1 氧化态的绝大多数是固态或配合物，都是反磁性和无色的（∵3d10 电子结构），但 Cu2O 是例外，它是黄色或红色。Its color is due to defects in the solid structure. The number of defects increases with temperature and is zero at absolute zero. (2) 除了 Ag(I
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