Экзамен - Шпаргалки - Свойства элементов - 2008 / Билет № 13
.docБилет № 13
1. Характерные степени окисления и важнейшие соединения. Как и в других главных подгруппах периодической системы, в подгруппе IVA при переходе сверху вниз становится более устойчивой низкая степень окисления (+2) элементов. Если углерод образует очень мало неорганических соединений, содержащих С+2, то для германия устойчивых соединений Ge+2 известно много (хотя характерен Ge+4), а для свинца, наоборот, малочисленны соединения содержание Рb+4, характерная степень окисления свинца +2. Для олова в одинаковой степени характерны Sn+2 и Sn+4.
Германий применяют обычно в виде простого вещества; его соединения не нашли пока значительного использования. Часто применяют: безводный SnCl4 SnCl4*5H2O, SnO2, SnCl2*2H2O SnSO4, PbO, Рb3O4 — сурик, РbО2, PbS, Pb(NO3)2, Рb(СН3СОО)2;
2. Природные ресурсы. Содержание в земной коре составляет Ge — 10(-4)%, Sn 4•10(-3)%, Pb 1,0*10(-4)%. Это малораспространенные элементы.
GeS2 встречается как примесь к сульфидам Zn, Си и Ag. Важнейшие минералы олова и свинца SnO2 - касситерит (оловянный камень) и PbS - галенит (свинцовый блеск).
3. Получение. Выделению- элементного германия предшествует извлечение его соединений из природных образований. Германий получают по реакций:
GeO2 + 2Н2 = Ge + 2Н20
Для получения германия высокой чистоты пользуются зонной плавкой.
PbS + 3/2O2 = PbO + SO2
PbO + CO = Pb + CO2
SnO2 + 2C = Sn + 2CO
Физические свойства.
Ge - хрупкий, с металлическим блеском вещество, занимает место между металлами и неметаллами.
Sn и Pb мягкие, легкоплавкие металлы.
Химические свойства.
Ge + HCl +
Sn + 2HCl = SnCl2 + H2
Pb + 2 HCl = PbCl2 + H2
Pb + H2SO4(разб) = PbSO4 + H2
Ge + KOH +
H2O +
Sn + 2KOH + 4H2O = K2[Sn(OH)6] + 2H2
Pb + 2KOH + 2H2O = K2[{Pb(OH)4] + H2
Sn + 2KOH + H2O =(сплавление) K2SnO3 + 2H2
Pb + KOH = (сплавление) K2PbO3 + H2
Легко разлагаются водой и кислотами.
Взаимодействие с кислотами.
Ge + HNO3 (k) = H2GeO3 + 4 NO2
Sn + HNO3 (k) = H2SnO3 + 4 NO2 + H2O
Pb + HNO3 (k) = Pb(NO3) + 2 NO2 + 2H2O
Sn + HNO3 (очень разбавленная) = 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Sn + 4 H2SO4 (k) = Sn(SO2)2 + 2SO2 + 4 H2O
Sn + HCl + HNO3 = 3 H2[SnCl6] + 4 NO + 8 H2O
2Mg + Ge = Mg2Ge
Mg2Ge + 4 HCl = MgCl2 + GeH4
GeCl4 + Li[AlH4] = GeH4
SnH4 и PbH4 не существуют
5. Соединения. С водородом Ge, Sn и Pb не взаимодействуют. Германоводород или герман получают аналогично силану:
Mg2Ge+4HCl = GeH4+2MgCl
При этом образуются также Ge2H6 и Ge3H8. Более высокий выход продукта дает реакция;
GeCl4+LiAlH4 = GeH4+LiCl+AlCl3
Известны полимерные гидриды германия GeH и GeH2, более точно их состав отражают формулы (GеН)n и (GеН2)n.
При нагревании Ge и Sn в присутствии кмслорода получаются диоксиды GeO2 и SnO2. Диоксид свинца РbO2 в чистом виде таким путем приготовить нельзя. При нагревании свинца на воздухе образуются желтый монооксид РbО и ярко-красный Рb3O4 (сурик). При действии на сурик азотной кислоты образуется РbO2:
Рb3O4 + 4НNO3 = Pb02 + 2Рb(NО3)2 + 2Н2O
В лаборатории РbО2 обычно получают окислением ацетата свинца белильной известью:
Рb(СНзСОО)2 + CaOCl2 + Н2O = РbO + CaCl2 + 2СН3СООН
Диоксид свинца PbO2 — темно-коричневый порошок. Это сильнейший окислитель. Струя H2S из аппарата Киппа, направленная на сухой Рb02, загорается, РbО2 при этом превращается в смесь PbS и PbS04. '
При действии хлористоводородной кислоты на РbО2 образуется PbCl4, который легко разлагается на PbCl2 и С12, так что суммарно уравнение процесса можно записать так:
РbO2 + 4НС1 = PbCl2 + Cl2 + 2Н2О
PbCl4 - желтая тяжелая жидкость. При низкой температуре PbCl4 может быть выделен из раствора.
Моноксиды Э+2О быстро растворяются в кислотах, в воде практически нерастворимы. GeO и SnO - сильные восстановители. GeO и SnO - черные, РbО - желтый. Гидроксиды Э(ОН) 2 выпадают в осадок при действии щелочей или NH4OH на соли Э+2. Соединения ЭО и Э(ОН)2 амфотерны; у Ge(OH)2 преобладают кислотные свойства, у Pb(OH)2—основные, он растворяется только в концентрированных растворах щелочей. При действии растворов щелочей на ЭО и Э(ОН)2 образуются германаты M2GeО2, существующие только в растворе (формула .условна), станнаты М[Sn(ОН)3] и плюмбаты М2[Рb(ОН)4]; при сплавлении оксидов или гидроксидов со щелочами можно получить M2SnO2 и М2РbO2. В воде эти соли почти полностью гидролизуются, так как Э(ОН)2 очень слабые кислоты. При действии окислителей, в том числе и O2, германаты(II) и станнаты (II) в щелочной среде превращаются в германаты(IV) и станнаты (IV).
Применение.
Германий широко используется как полупроводник.
Приблизительно половина добываемого олова идет на изготовление жести, главным потребителем которой является производство консервов. Значительное количество олова расходуется на получение сплавов — бронзы (Сu + 10 — 20% Sn), подшипниковых сплавов, припоя. Соединения Sn+2 используют в качестве восстановителя в органических синтезах и в процессах крашения тканей. Соединения Sn+4 применяют в качестве протрав при крашении, SnO2 — как добавку к стеклу и эмалям, придающую им белую окраску.
Свинец используется для изготовления оболочек электрических кабелей, как кислотоупорное покрытие для химических аппаратов, для защиты от ионизирующих излучений, в типографском сплаве (РЬ с добавкой Sn и Sb), в свинцовых аккумуляторах. Многие соединения свинца являются пигментами (наполнителями масляной краски): ярко-красный сурик Рb3O4, хромовый желтый РbСгO4 и др. Оксид РbО входит в состав оптического стекла и хрусталя. Тетраэтилсвинец Pb(C2H5)4 - антидетонатор, повышающий октановое число бензина.