12-3 鋁、錫、鉛及其化合物

12-3 鋁、錫、鉛及其化合物

一、鋁、錫、鉛的一般性質 二、存在與製備
三、用途 四、化合物

一、鋁、錫、鉛的一般性質 [return]

1.    鋁的性質

(1)     地殼元素存量:氧>矽>鋁>鐵,佔地殼存量之第三位

(2)     活性大,易與氧結合形成Al2O3(s),故無游離態存於自然界亦可和N2(g)反應得AlN(s)

(3)     鋁為銀白色、密度低、質軟的金屬。價電子組態為3s23p1,Al3+離子半徑小,正電荷密度大,水合能放熱大,且與其他陰離子結合之鍵能很大。

(4)     金屬鋁為強還原劑,故在冶煉工業上用途很大
如:2Al(s)+Fe2O3(s)→2Fe(s)+Al2O3(s)   △H=-849 kJ

(5)     鋁在高溫可與鹵素生成鹵化鋁
2Al(s)+3Cl2(g)→Al2Cl6(g)

(6)     鋁化合物之鍵結有相當程度之共價性,如氯化鋁為Al2Cl6之分子構造



鋁的氯化物、溴化物及碘化物在蒸氣狀態均以Al2X6的形式存在,其中Al的以sp3的混成軌域鍵結

(7)     鋁為兩性金屬(可與強酸或強鹼反應)
2Al+6H+→2Al3++3H2

2Al+2OH-+6H2O→2Al(OH)4-+3H2
2Al+2NaOH+6H2O→2NaAl(OH)4-+3H2

 

2.    錫與鉛的性質

(1)     錫、鉛為週期表ⅣA族元素之金屬,價電子組態為ns2np2,易於陶鑄,其氧化物可以碳還原而得金屬

(2)     錫、鉛的氧化態均有二價及四價,四價化合物有相當程度之共價性
四價錫較穩定,故二價錫為還原劑:Sn2+→Sn4++2e-
二價鉛較穩定,故四價鉛為氧化劑:Pb4++2e-→Pb2+

(3)     錫、鉛均為兩性元素

 

二、存在與製備 [return]

1.    鋁:主要礦石為礬土(Al2O3),可以電解法電解Al2O3(l)<以冰晶石Na3AlF6為助熔劑>,於陰極得到鋁
郝耳法:2Al2O3(l)→4Al(l)+3O2(g)

2.    錫與鉛均存在於其礦物中,其氧化物可以碳還原而得金屬
如:SnO2+2C→Sn+2CO

 

三、用途 [return]

1.    鋁:可用來製造各種器具及合金

2.   

(1)     製錫箔,以製電學器械及包裝材料但目前已被鋁箔所取代

(2)     馬口鐵:鍍錫之鐵板,防

(3)     製合金:

銲蠟:錫、鉛組成,熔點低

活字金:5﹪錫、20﹪銻、75﹪鉛,印刷用字

3.    鉛可用來製造鉛蓄電池及各種合金

 

四、化合物 [return]

1.    鋁的化合物

(1)     氧化鋁(Al2O3),俗稱礬土

項目

內容

備註

在自然界形成之物

剛玉

純粹氧化鋁之無色晶體,珍貴寶石

 

剛玉粉

不純剛玉ÞFe3O4

黑色

紅寶石

剛玉透明體但含少量Cr2O3

紅色

藍寶石

剛玉透明體但含少量Fe2O3TiO2

藍色

製備

加強熱於Al(OH)3
2Al(OH)3(s)Al2O3+3H2O
再將Al
2O3溶於酸而得鋁鹽

Al2O3白色粉末Þ形狀不定

                        2050℃
上述所得無定形氧化鋁
¾¾®熔化之®再加入Cr2O3Fe2O3TiO2®養成晶體®可得大塊人造寶石

作飾物或計時儀器之承軸

 

<Note>Al2O3亦為兩性
Al
2O3+6H+®
Al
2O3+2OH-®

 

 

 

(2)     氫氧化鋁Al(OH)3

項目

內容

備註

製備

1.  Al2(SO4)3(aq)+6NH4OH(aq)2Al(OH)3(s) + 3(NH4)2SO4(aq)

2.  Al3++3NH3+3H2O→Al(OH)3+3NH4+

<Note>不可以NaOH代替氨水,否則會得Al(OH)4-

鋁鹽加入氨水即得白色膠狀固體

Al(OH)3之兩性性質

1.  Al(OH)3+3H+

2.  Al(OH)3+OH-

能溶於強酸或強鹼

用途

1.    淨水劑
能膠結水中之濁質而使之沈澱(即作為
凝聚劑)

2.    媒染劑
能吸附色質或與之化合,使其固著於棉紗之纖維,故用作媒染劑

主要黏著細菌

 

(3)     礬類
通式:M+M3+(SO4)2.12H2O
最主要為明礬,KAl(SO4)2.12H2O,學名為十二水合硫酸鋁鉀,又稱鉀鋁礬

項目

內容

備註

製備

硫酸鋁和硫酸鉀適量混合後蒸發而得
 Al
2(SO4)3+K2SO4+24H2O→ 2KAl(SO4)2.12H2O
(無色八面體)

稱為鉀礬,簡稱明礬

置入水中

KAl(SO4)2.12H2O→K++Al3++2SO42-+12H2O

得到原鹽的離子,為複鹽之特性

作為浮水劑(代替硫酸鋁)

Al3++3H2O→Al(OH)3(s)+3H+Al(OH)3可吸附混濁微粒而沈澱

較硫酸鋁易於淨化水

 

<Note1>常見之礬類
NH
4Al(SO4)2.12H2O    銨礬(無色)Þ又稱為銨鋁礬、銨明礬
KFe(SO
4)2.12H2O      鐵礬(淡紫色)Þ又稱鉀鐵礬、鐵明礬
KCr(SO
4)2.12H2O      鉻礬(黑紫色)Þ又稱鉀鉻礬、鉻明礬
KMn(SO
4)2.12H2O     錳礬(淡紅色)Þ又稱鉀錳礬、錳明礬

 

<Note2>複鹽

定義:二種單鹽以簡單比例結合而成之鹽,溶於水可得各原鹽的離子
如礬
Þ可得M+M3+SO42-H2O

化性:水溶液之化性和原來兩單鹽溶於水之性質相同

晶形:和原單鹽晶形不一定相同

同形體:晶形相同的物如礬類均為八面體晶形,則稱礬類為同形體或異質同形體質稱之

 

2.    錫的化合物:常見者為氯化錫(SnCl4)及氯化亞錫(SnCl2)

分項

SnCl2

SnCl4

製備

 Sn+2HCl→SnCl2(aq)+H2

蒸發得無色針狀結晶SnCl2.2H2O

SnCl2(aq)+Cl2(過量)SnCl4

性質

溶於水得鹼式氯化亞錫

SnCl
2+H2O→Sn(OH)Cl(白色) + HCl
Þ加少量鹽酸可以防止沈澱

SnCl4+6H2O→H2Sn(OH)6<錫酸>+ HCl 故氯化錫為無色發煙液體,b.p.=114℃

用途

SnCl2SnCl4,故為強還原劑
若氯離子過量則成SnCl
6-

將氯化錫之蒸氣與氨及水混合即生成氫氧化錫及氯化銨之微粒而呈濃煙狀,軍事上用以製煙幕。

SnCl4(g)+4NH3(g)+4H2O(g)Sn(OH)4(s)+4NH4Cl(s)

<Note>SnCl2為還原劑(容易氧化成氯化錫SnCl4)

(1)能使氯化汞還原成氯化亞汞
SnCl2+2HgCl2→SnCl4+Hg2Cl2

(2)能使氯化鐵還原成氯化亞鐵
SnCl2+2FeCl3→SnCl4+2FeCl2

(3)能使過錳酸鉀、二鉻酸鉀之酸性溶液褪色
Sn2++MnO4-+H+
Sn2++Cr2O72-+H+

 

3.    鉛的化合物

(1)     PbO、Pb3O4及PbO2

 

PbO(俗稱密陀僧)

Pb3O4

PbO2

外觀

淡黃色結晶粉末

鮮紅色粉末

棕色粉末

製備

鉛或硝酸鉛在空氣中加熱即得

1. 2Pb+O22PbO

2. 2Pb(NO3)22PbO+4NO2+O2

PbO於空氣中加熱至500℃即得
6PbO+O
22Pb3O4

Pb3O4與硝酸作用

Pb3O4+4HNO3PbO2(s)+2Pb(NO3)2+2H2O

用途

製玻璃、琺瑯、釉藥及其他鉛化合物

製玻璃或和油類相和成紅丹,塗於鐵器可防

加熱則產生氧氣,為氧化劑;主要用於製造鉛蓄電池之電極板(正極)

<Note1>鉛蓄電池
陽(負)極:Pb+SO
42-PbSO4(s)+2e-
(正)極:PbO2+SO42-+4H++2e-PbSO4(s)+2H2O

<Note2>鉻酸鉛(PbCrO4),俗稱鉻黃:黃色粉末,將鉻酸鉀加於鉛鹽即可製得K2CrO4+PbSO4PbSO4(s)+K2SO4
鉻黃:PbCrO
4,鉻酸鉛
鉻綠:Cr
2O3,氧化鉻
銅綠:Cu(OH)
2.CuCO3,鹼式碳酸銅
鋅白:ZnO+ZnS