錫(Sn)及其化合物探索與研究

1、化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院12級化學(xué)級化學(xué)你知道嗎？你知道嗎？ 1812年5月9日，法軍60萬人兵臨莫斯科。俄國沙皇采取了堅壁清野的措施，這使法軍陷入糧荒之中。然而，幾周后的冷空氣則給拿破侖大軍帶來了致命的詛咒。在饑寒交迫下，1812年冬天，拿破侖大軍被迫從莫斯科撤退，沿途60萬士兵被活活凍死，到12月初，60萬拿破侖大軍只剩下了不到1萬人。是什么打敗了不可一世的拿破侖？原來，法軍的制服上，采用的都是錫制紐扣，而在寒冷的氣候中，錫制錫制紐扣會發(fā)生化學(xué)變化成為粉末。由于衣服上沒有了紐扣，數(shù)十萬拿破侖大軍在寒風(fēng)暴雪中形同敞胸露懷，許多人被活活凍死。一名俄國人這么描述拿破侖軍隊撤退：“那些男人就如同是

2、一群魔鬼，他們裹著女人的斗篷、奇怪的地毯碎片或者燒滿小洞的大衣?！焙翢o疑問，毫無疑問，1812冬天的冬天的寒冷溫度是造成拿破侖征俄大軍崩潰的主要因素寒冷溫度是造成拿破侖征俄大軍崩潰的主要因素。為什么錫制的紐扣在寒冷的氣溫下會變成粉末？學(xué)習(xí)為什么錫制的紐扣在寒冷的氣溫下會變成粉末？學(xué)習(xí)完錫及其化合物，相信你就會找到答案！完錫及其化合物，相信你就會找到答案！5/29/20223錫的歷史錫的歷史 錫是古代五金之一，青銅的組成部分。早在前36世紀，錫就被用來硬化銅。約從前7世紀開始人類認識到純的錫。于戰(zhàn)國時期就開始用作武器的主要材料。無錫即以此命名，相傳無錫于戰(zhàn)國時期盛產(chǎn)錫，到了錫礦用盡之時，人們就以

3、無錫來命名這地方，作為天下沒有戰(zhàn)爭的寄望。5/29/20224Sn的來源：錫是大名鼎鼎的“五金”金、銀、銅、鐵、錫之一。早在遠古時代，人們便發(fā)現(xiàn)并使用錫了。在我國的一些古墓中，便常發(fā)掘到一些錫壺、錫燭臺之類錫器。據(jù)考證，我國周朝時，錫器的使用已十分普遍了。在埃及的古墓中，也發(fā)現(xiàn)有錫制的日常用品。我國有豐富的錫礦，特別是云南個舊市，是世界聞名的“錫都”。此外，廣西、廣東、江西等省也都產(chǎn)錫。1800年，全世界錫的年產(chǎn)量僅四千噸，1900年為八萬五千噸，1940年為二十五萬噸，現(xiàn)在已超過六十萬噸。但與錫相生相伴的，是砷，其化合物是砒霜的主要成分。根據(jù)中科院地理科學(xué)與資源研究所環(huán)境修復(fù)研究中心的公開論

4、文資料顯示，在我國，砷作為錫的伴生礦由于利用價值不高，70%以上都成了被廢棄的尾礦。截至2008年，我國至少有116.7萬噸的砷被遺留在環(huán)境中，這就相當于百萬噸的砒霜被散落在曠野中，任雨水沖刷，注入河流，滲進土壤5/29/20225Sn的用途：金屬錫主要用于制造合金。錫與硫的化合物硫化錫，它的顏色與金子相似，常用作金色顏料。錫與氧的化合物二氧化錫。錫于常溫下，在空氣中不受氧化，強熱之，則變?yōu)槎趸a。二氧化錫是不溶于水的白色粉末，可用于制造搪瓷、白釉與乳白玻璃。1970年以來，人們把它用于防止空氣污染汽車廢氣中常含有有毒的一氧化碳氣體，但在二氧化錫的催化下，在300時，可大部轉(zhuǎn)化為二氧化碳。錫

5、器歷史悠久，可以追溯到公元前3700年，古時候，人們常在井底放上錫塊，凈化水質(zhì)。在日本宮廷中，精心釀制的御酒都是用錫器作為盛酒的器皿。它具有儲茶色不變，盛酒冬暖夏涼，淳厚清冽之傳。錫茶壺泡茶特別清香，用錫杯喝酒清冽爽口，錫瓶插花不易枯萎。錫器的材質(zhì)是一種合金，其中純錫含量在97%以上，不含鉛的成份，適合日常使用。錫器平和柔滑的特性，高貴典雅的造型，歷久常新光澤，歷來深受貴族人士的青睞，在歐洲更成為古典文化的一種象征。錫是排列在白金，黃金及銀后面的第四種貴金屬，它富有光澤、無毒、不易氧化變色，具有很好的殺菌、凈化、保鮮效用。生活中常用于食品保鮮、罐頭內(nèi)層的防腐膜等。錫是一種質(zhì)地較軟的金屬，熔點較

6、低，可塑性強。它可以有各種表面處理工藝，能制成多種款式的產(chǎn)品，有傳統(tǒng)典雅的歐式酒具、燭臺、高貴大方的茶具，以至令人一見傾心的花瓶和精致奪目的桌上飾品，式式具全媲美熠熠生輝的銀器。錫器以其典雅的外觀造型和獨特的功能效用早已風(fēng)靡世界各國，成為人們的日常用品和饋贈親友的佳品。錫在我國古代常被用來制作青銅。錫和銅的比例為3：7。5/29/20226錫的應(yīng)用錫的應(yīng)用 錫具有較好的耐腐蝕性，大量應(yīng)用于制造合金（比如馬口鐵），其合金具有良好的抗蝕性和及機械性能，因此，這類合金用于機械制造業(yè)。高純錫廣泛用于電子工業(yè)，半導(dǎo)體工業(yè)和制造超導(dǎo)合金（比如Nb3Sn）。5/29/20227Sn的生理作用： 金屬錫即使大

7、量也是無毒的，簡單的錫化合物和錫鹽的毒性相當?shù)停恍┯袡C錫化物的毒性非常高。尤其錫的三烴基化合物被用作船的漆來殺死付在船身上的微生物和貝殼。這些化合物可以摧毀含硫的蛋白質(zhì)。一、錫的基礎(chǔ)特性（一）一、錫的基礎(chǔ)特性（一）5/29/20229錫的基礎(chǔ)特性（二）：錫的基礎(chǔ)特性（二）：二、錫單質(zhì)二、錫單質(zhì) 白錫的晶白錫的晶體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)錫疫錫疫5/29/202211三、錫的物理性質(zhì)三、錫的物理性質(zhì)： 在常壓下錫有在常壓下錫有3種同素異形體。以灰錫種同素異形體。以灰錫(錫錫)、白錫、白錫(錫錫)或脆錫的狀態(tài)存在?；虼噱a的狀態(tài)存在。 灰錫呈粉末狀，屬金剛石型等軸晶系，為金剛石形立方灰錫呈粉末狀，屬金剛石型等

8、軸晶系，為金剛石形立方晶系，密度晶系，密度5.75克克/立方厘米。立方厘米。 白錫屬于四方晶系，密度為白錫屬于四方晶系，密度為5.75克克/立方厘米：白錫很軟，立方厘米：白錫很軟，將錫條彎曲時，由于晶體間的摩擦，放出唧唧的響聲，稱將錫條彎曲時，由于晶體間的摩擦，放出唧唧的響聲，稱為為“錫鳴錫鳴”，它沒有延性，不能拉成細絲：但富有展性，它沒有延性，不能拉成細絲：但富有展性，可壓成極薄的錫箔。當白錫處于低于可壓成極薄的錫箔。當白錫處于低于291K的環(huán)境中時，的環(huán)境中時，它會轉(zhuǎn)化為灰錫，但轉(zhuǎn)化速率極慢，它會轉(zhuǎn)化為灰錫，但轉(zhuǎn)化速率極慢，225K左右轉(zhuǎn)化的很左右轉(zhuǎn)化的很快?；义a本身是這個轉(zhuǎn)化反應(yīng)的催化劑

9、，因此一經(jīng)轉(zhuǎn)變，快?；义a本身是這個轉(zhuǎn)化反應(yīng)的催化劑，因此一經(jīng)轉(zhuǎn)變，速率大為加快。錫制品長期處于低溫而毀壞成粉末，就是速率大為加快。錫制品長期處于低溫而毀壞成粉末，就是因為這個性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為因為這個性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為“錫疫錫疫”。最早由亞里士多。最早由亞里士多德發(fā)現(xiàn)。可以通過在錫中加入鉍或銻，可以有效地抑制錫德發(fā)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^在錫中加入鉍或銻，可以有效地抑制錫的退化。的退化。 當錫處于高溫狀態(tài)時，例如接近熔點，它的特性又會進當錫處于高溫狀態(tài)時，例如接近熔點，它的特性又會進一步改變，延展性變得較弱，在這個狀態(tài)，錫塊容易斷裂，一步改變，延展性變得較弱，在這個狀態(tài)，錫塊容易斷裂，叫做脆錫。脆錫為正交

10、晶系，密度叫做脆錫。脆錫為正交晶系，密度6.54克克/立方厘米。立方厘米。四、四、Sn的化學(xué)性質(zhì)：的化學(xué)性質(zhì)：常溫下錫表面形成保護膜，所以錫在空氣中和水中是最穩(wěn)定的。若在常溫下錫表面形成保護膜，所以錫在空氣中和水中是最穩(wěn)定的。若在鐵皮的表面鍍上錫，也就是我們常見的馬口鐵，可以起到防腐的作用。鐵皮的表面鍍上錫，也就是我們常見的馬口鐵，可以起到防腐的作用。1、錫能與酸堿反應(yīng)。它與鹽酸反應(yīng)生成、錫能與酸堿反應(yīng)。它與鹽酸反應(yīng)生成SnCl2: Sn + 2HCl = SnCl2 + H22、與稀、與稀HNO3和濃和濃HNO3反應(yīng)產(chǎn)物分別為反應(yīng)產(chǎn)物分別為Sn(NO3)2和和-錫酸（組成不固定錫酸（組成不固

11、定的含水二氧化錫）的含水二氧化錫）:Sn + 8HNO3(稀稀) = 3Sn(NO3)2 +2NO+ 4H2O Sn + 4HNO3(濃濃) = H2SnO3 + 4NO2+ H2O -錫酸不溶于酸和堿。錫酸不溶于酸和堿。3、錫和濃硫酸反應(yīng)生成、錫和濃硫酸反應(yīng)生成SnSO4: Sn + 2H2SO4(濃濃) = SnSO4 + SO2+ 2H2O4、錫與熱的建業(yè)反應(yīng)生成羥基配合物：、錫與熱的建業(yè)反應(yīng)生成羥基配合物： Sn + 2KOH + 4H2O = K2 Sn(OH)6 + 2H25、在室溫下，錫與、在室溫下，錫與Cl2、Br2反應(yīng)，在微熱時，與反應(yīng)，在微熱時，與F2、I2反應(yīng)生成反應(yīng)生成

12、SnX4:、 Sn + 2X2 = SnX45/29/202213三、三、Sn(Sn(、) ) 的性質(zhì)：的性質(zhì)： 、Sn(Sn() )的還原性 酸性介質(zhì) 堿性介質(zhì) SnOSnO2 2 -0.088 SnO -0.104 Sn Sn(OH) -0.088 SnO -0.104 Sn Sn(OH)6 62-2- - -0.93 SnOOH0.93 SnOOH- - -0.91 Sn -0.91 Sn SnSn4+ 4+ 0.15 Sn0.15 Sn2+ 2+ -0.137-0.137 請與常見還原劑的電極電勢相對比： 酸性介質(zhì) 堿性介質(zhì) FeFe3+3+ 0.771 Fe 0.771 Fe2+2+

13、、HgHg2+2+ 0.905 Hg 0.905 Hg2 22+ 2+ 0.799 Hg S0.799 Hg S - -0.508 S0.508 S2- 2- 、SOSO4 42-2- -0.93 SO -0.93 SO3 32-2- 5/29/202214 從電極電勢中可以看出，Sn(Sn() )在酸性和堿性介質(zhì)中均具有還原性，而在堿性介質(zhì)中更為突出。SnSn2+2+與FeFe3+3+、HgHg2+2+反應(yīng)分別生成SnSn4+4+、FeFe2+2+及SnSn4+4+、HgHg2 22+2+或HgHg。 2Hg 2Hg2 22+2+Sn+Sn2+2+2Cl+2Cl- -=Hg=Hg2 2ClC

14、l2 2( (白色)+Sn)+Sn4+4+ ； HgHg2 2ClCl2 2+Sn+Sn2+2+=2Hg(=2Hg(黑色)+Sn)+Sn2+2+2Cl+2Cl- - 在堿性介質(zhì)中，Sn(Sn() )可將Bi(Bi() )還原成金屬Bi:3Sn(OH)Bi:3Sn(OH)3 3+2Bi+2Bi3+3+9OH+9OH- -=3Sn(0H)=3Sn(0H)6 62-2-+2Bi+2Bi三、三、Sn(Sn(、) ) 的性質(zhì)的性質(zhì)、Sn2+ 、Sn4+ 的氫氧化物的氫氧化物 Sn(OH)2能存在于能存在于pH=5以下的酸性溶液中，且具有明顯以下的酸性溶液中，且具有明顯的兩性。在酸性介質(zhì)中以的兩性。在酸性

15、介質(zhì)中以Sn2+存在；在堿性介質(zhì)中以存在；在堿性介質(zhì)中以Sn(OH)3 的形式存在。的形式存在。 Sn Sn4+4+的離子勢極大，它只能存在于的離子勢極大，它只能存在于pH=1.2以下的強酸以下的強酸性溶液中。它的氫氧化物是未知的。性溶液中。它的氫氧化物是未知的。Sn()能水解得到能水解得到組成不固定的二氧化錫水合物組成不固定的二氧化錫水合物xSnO2y H2O，稱為錫酸，稱為錫酸，有兩種變體有兩種變體錫酸和錫酸和錫酸。前者能溶于酸和堿，錫酸。前者能溶于酸和堿，后者不溶于酸和堿。前者是由四價錫鹽在低溫下水解制后者不溶于酸和堿。前者是由四價錫鹽在低溫下水解制得，后者通常在高溫下水解制得。得，后者

16、通常在高溫下水解制得。四、錫的氧化物四、錫的氧化物錫的氧化物主要有錫的氧化物主要有SnO、SnO2、SnOSnO的性質(zhì)的性質(zhì) SnO具有兩種變體，具有兩種變體，型是黑色的，屬于四方晶系：型是黑色的，屬于四方晶系：型是紅色的，型是紅色的，屬于正交晶型。屬于正交晶型。型轉(zhuǎn)變?yōu)樾娃D(zhuǎn)變?yōu)樾托枰谡婵罩行托枰谡婵罩?50溫度中完成。溫度中完成。SnO是一種偏堿性的兩性氧化物，不溶于水。是一種偏堿性的兩性氧化物，不溶于水。1 1、加熱條件下，氫氣可還原一氧化錫為單質(zhì)；、加熱條件下，氫氣可還原一氧化錫為單質(zhì)；2 2、SnOSnO在空氣中熱至在空氣中熱至150150迅速被氧化為迅速被氧化為SnOSnO2 2

17、并發(fā)光：并發(fā)光：2SnO + O2SnO + O2 2 = SnO = SnO2 2；3 3、SnOSnO與與F F2 2共熱至共熱至200200時開始反應(yīng)，時開始反應(yīng)，500500時反應(yīng)完全；與時反應(yīng)完全；與ClCl2 2、BrBr2 2反應(yīng)則相應(yīng)的需要更高的溫度：反應(yīng)則相應(yīng)的需要更高的溫度： 2SnO + 2Cl 2SnO + 2Cl2 2 = SnO = SnO2 2 + SnCl + SnCl2 2；4、SnO與與HCl（g）在室溫下相遇生成）在室溫下相遇生成SnCl2;5 5、在隔絕空氣的條件下，把、在隔絕空氣的條件下，把SnOSnO溶于苛性鈉中，可以獲得溶于苛性鈉中，可以獲得NaS

18、n(OH)NaSn(OH)3 3。SnO+ NaOH + HSnO+ NaOH + H2 2O = NaSn(OH)O = NaSn(OH)3 36 6、FeSFeS與與SnOSnO混合并熱到混合并熱到575575時，時，SnOSnO將部分將部分FeFe（）氧化為）氧化為FeFe（）: : 4SnO + 3FeS = 3SnS + Fe 4SnO + 3FeS = 3SnS + Fe3 3O O4 4 + Sn + Sn 7 7、 SnO SnO的制備：由甲酸亞錫酸熱分解可得：的制備：由甲酸亞錫酸熱分解可得：Sn(HCOO)Sn(HCOO)2 2=SnO+2CO+H=SnO+2CO+H2 2O

19、 (250O (250350350) )熱分解熱分解Sn(OH)Sn(OH)2 2也可獲得也可獲得SnOSnO。8 8、用途：、用途： 用作還原劑，制備亞錫鹽，還用于電鍍和玻璃工業(yè)。用作還原劑，制備亞錫鹽，還用于電鍍和玻璃工業(yè)。SnO的性質(zhì):5/29/202218、SnOSnO2 2的性質(zhì)的性質(zhì) （一）（一） SnO2晶體有四方晶系及正交晶系兩種變體，一般為白色、淡灰色或淡黃色粉末。SnO2在高于1800時升華而無熔點，密度為6.95g/cm3，SnO2在自然界以錫石的形式存在。SnO2是一種偏酸性的兩性氧化物。1、在加熱條件下，SnO2能被氫氣還原為SnO或Sn；2、SnO2在400時就可與

20、CO開始反應(yīng)：SnO2(s) + CO(g) = SnO(g) + CO2(g)SnO(g) + CO(g) = Sn(l) + CO2(g)3、SnO2與F2在溫度升到500時反應(yīng)為SnF4和O2；而與Cl2反應(yīng)熱則需要更高的溫度： SnO2 + 2Cl2 = SnCl4 + O2（800）4、SnO2與HCl氣體只需400以下就可以開始反應(yīng)，生成SnCl4和水； SnO2金紅石型結(jié)構(gòu)金紅石型結(jié)構(gòu)SnOSnO2 2的性質(zhì)（二）的性質(zhì)（二）u 5、SnOSnO2 2難溶于酸和堿溶液中，在較稀的酸和堿中均穩(wěn)定，濃度較高時，可溶解很少的SnOSnO2 2, ,其反應(yīng)式為：SnOSnO2 2 + 2

21、H + 2H2 2O + OHO + OH- - = = Sn(OH)Sn(OH)5 5- - ( (反應(yīng)可逆) )；u 紅熱的SnOSnO2 2能少量溶于濃鹽酸中，SnOSnO2 2溶于不同濃度的濃硫酸生成SnSOSnSO4 4；與熔融的苛性堿反應(yīng)生成錫酸鹽，其反應(yīng)為：SnOSnO2 2 + 2NaOH + 2NaOH = Na= Na2 2SnOSnO3 3 + H + H2 2O Ou 6 6、SnOSnO2 2和碳酸鈉、硫磺混合并加熱，發(fā)生反應(yīng)，生成硫代錫（）酸鈉：u SnOSnO2 2+2NaCO+2NaCO3 3+4S=Na+4S=Na2 2SnSSnS3 3+Na+Na3 3SO

22、SO4 4+ + 2CO2u 7 7、SnOSnO2 2的制備： 大量制備的方法為：把金屬SnSn置于空氣流中高溫灼燒，SnSn被氧化為SnOSnO2 2； 在N N2 2中，加熱SnSOSnSO4 4到378378時熱分解為SnOSnO2 2。 u 8 8、用途u 主要用作琺瑯釉及乳白玻璃的原料。五、錫的鹵化物：五、錫的鹵化物：、SnClSnCl2 2的性質(zhì)：的性質(zhì)： SnCl2是一種具有油狀光澤的白色晶體，屬于正交晶系。密度為3.95g/cm3。1、氧氣與SnCl2一接觸即生成SnOCl，當溫度升至220時，SnCl2無論是在氧氣中還是在空氣中都生成SnO2和SnCl4: 2SnCl2+O

23、2=SnO2+SnCl4 ；2、在210605時，錫能被H2還原成Sn； 3、SnCl2能被Cl2氧化為SnCl4。4、SnCl2是一種路易斯酸，在濃的鹽酸中能生成SnCl3-配離子。在室溫下與NH3反應(yīng)能生成加合物SnCl2NH3和SnCl22NH3。5、SnCl2的水溶液具有還原性及水解性：它能吸收空氣中的氧氣生成氯氫氧化錫及四氯化錫： 6Sn2+O2+4HCl=2SnCl4+4Sn(OH)Cl；干燥的ZnCl2在空氣中也會因發(fā)生水解而變質(zhì)，在水溶液中會水解為為Sn(OH)Cl。2022-5-2921、SnClSnCl4 4的性質(zhì) 1、氫氣可以將SnCl4還原為SnCl2和錫。 2、SnCl4極易水解，水解的產(chǎn)物很復(fù)雜，但主要是錫酸，所以配制SnCl4時要先用鹽酸酸化。 3、SnCl4是弱的路易斯酸： 它溶于鹽酸或其他可溶性氯化物水溶液，可生成氯錫陰離子SnCl62-； 它溶于液態(tài)H2S中，可生成加合物SnCl42H2S