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复习讲义:全面认识银及其化合物

就高考备考中,尤其关于银的知识给同学们列出以下复习提纲:

1、概括为三大部分:

(1)银的游离态——即银单质

(2)银的化合态——即银的化合物(包括含银元素的盐、碱、氧化物、氢氧化物)

(3)银的冶炼

2、银单质的五个方面:

(1)银原子结构、基态银原子、Ag价电子排布、晶体银结构

(2)银在周期表中的位置

(3)金属银物理性质(色、态、密度、熔沸点、硬度、导热、导电)

(4)金属银化学性质(金属性很强、失电子能力很强、还原性很强)

(5)金属银的制备与用途

3、含银元素的氧化物——氧化银

4、含银元素的碱——氢氧化银

5、含银元素的盐——银盐(Ag)


在古代,银除了用作饰物外,还用作货币,作为交换货物的媒介。十五世纪在欧洲出现了大型银币,十六世纪西班牙殖民主义者在美洲也进行了大量银的铸造。

在古代,人类就对银有了认识。银和黄金一样,是一种应用历史悠久的贵金属,至今已有4000多年的历史。我国考古学者从出土的春秋时代的青铜器当中就发现镶嵌在器具表面的“金银错”(一种用金、银丝镶嵌的图案)。从汉代古墓中出土的银器已经十分精美。由于银独有的优良特性,人们曾赋予它货币和装饰双重价值,在古代,银的最大用处是充当商品交换的媒介──货币。英镑和我国解放前用的银元,就是以银为主的银铜合金

天然银多半是和金、汞、锑、铜或铂成合金,天然金几乎总是与少量银成合金。我国古代已知的琥珀金,在英文中称为Electrum,就是一种天然的金银合金,含银约20%。

在数码照相技术普及之前,以银为基础的摄影胶片是日常生活中的必备品。银还用于制造眼镜、蓄电池及电子工业和发电设备的零件等。银合金主要用于制造高级实验仪器和仪表元件。在电子工业中,银还用作荧光材料的激活剂,以提高发光效率和改变发光颜色,如硫化锌用银激活时,发出蓝色光,可用于摄影技术中。牙医业中银也有应用,它和金、铂、钯、铱、铜、锌等的合金,可制作牙套、牙鞘、牙钩和牙桥等。

银广泛存在于自然界中,和铜不同,银不是生命所必需的元素。由于少量银离子有消毒作用,因此它成为医用药物,但若人体过多地摄取银的化合物则会引起银中毒。

银常用来制作灵敏度极高的物理仪器元件,各种自动化装置、火箭、潜水艇、计算机、核装置以及通讯系统,所有这些设备中的大量的接触点都是用银制作的,以承受严格的工作要求。

早在明代,中国《本草纲目》中有“银屑,安五脏,定心神,止惊悸,除邪气,久服可轻身”的记载。

银的离子以及化合物对某些细菌、病毒、藻类以及真菌显现出毒性,但对人体却几乎是完全无害的。在抗生素发明之前,银的相关化合物曾在第一次世界大战时用于防止感染,银作为效用广泛的抗菌剂正在进行新的应用。

今天我们就来好好认识一下银及其化合物。


第一部分:金属银

一、银原子结构、基态银原子价电子排布、晶体银结构

1、基态银原子核外电子排布

复习讲义:全面认识银及其化合物

2、基态银原子价电子排布

基态Ag:1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1,简写为[Kr]4d105s1

价电子排布为4d105s1

银具有0、+1、+2、+3等氧化态。

其中+1的化合物最稳定,故种类较多,也能形成很多稳定的配位化合物。这是因为+1银具有5S、5P空轨道,能与具有未共用电子对的配位体形成配位化合物。

价电子轨道表达式如图

复习讲义:全面认识银及其化合物

3、金属银晶体结构:面心立方堆积

复习讲义:全面认识银及其化合物


二、银在周期表中的位置、同位素、存在

1、银在周期表中的位置

位于第五周期ⅠB族,属ds区元素,属铜族元素。

2、同位素

银有27种同位素。其中107Ag和109Ag很稳定,其他同位素都有放射性。

3、存在

银以游离态或以硫化物矿石(如辉银矿Ag2S)其中以辉银矿Ag2S最重要,也有角银矿AgCl的形式存在于自然界中。银在地壳中的丰度远比黄金高(约为黄金的26倍),所以银的价格差不多仅为黄金的百分之一。

《本草纲目》中记载:“银有十七种,四种为精好:新罗银(古朝鲜)、波斯银(中东地区)、云南银(中国云南)、林邑银(越南中南部)”

中国是银矿资源中等丰度的国家。总保有储量银11.65万吨,居世界第六位。中国银矿储量按照大区,以中南区为最多;从省区来看,保有储量最多的是江西,为18016吨,占全国总保有储量的15.5%。

三、金属银物理性质(色、态、密度、熔沸点、硬度、导热、导电)

来自拉丁语Argentum,原子序数47,熔点961.78℃,沸点2212℃,是一种银白色的过渡金属。银在自然界中很少量以游离态单质存在,主要以含银化合物矿石存在。银的化学性质稳定,活跃性低,价格贵,导热、导电性能很好,银具有所有金属中最佳的导电性和导热性。不易受化学药品腐蚀,质软,富延展性。其反光率极高,可达99%以上。

四、金属银化学性质

1、与O2的反应

银在空气中稳定,它的表面具有极强的反光能力。但银与含有H2S的空气接触时,表面因蒙上一层Ag2S而发暗。

4Ag+H2S+O2===2H2O+2Ag2S

这是银币和银首饰变暗的原因。生活中银饰品若出现发黄发黑,千万不要怀疑,也不要着急,用软布沾取家用洗涤剂或白色牙膏清洗擦拭即可,或者用标配的保养套装,如擦银布、擦银棒来轻轻的擦拭即可。

我们也可以利用电化学方法来解决上述问题。我们将变暗的银器放在盛有食盐水的铝盆中,发生原电池反应,具体如下:

负极(Al):2Al-6e-=2Al3+

正极(Ag2S):3Ag2S+6e-=6Ag+S2-

S2-+2Al3++6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑

总反应:3Ag2S+2Al+6H2O===2Al(OH)3↓+6Ag+3H2S↑

2、与酸反应

(1)银的活动性在氢之后,与稀盐酸或稀硫酸等非氧化性的酸不反应,不产生氢气。

(2)与氧化性酸(硝酸或热的浓硫酸):

Ag+2HNO3(浓)===AgNO3+NO2↑+H2O

3Ag+4HNO3(稀)=== 3AgNO3+NO↑+2H2O

2Ag+2H2SO4(浓)复习讲义:全面认识银及其化合物Ag2SO4+SO2↑+2H2O

3、用作乙烯合成环氧乙烷的催化剂

到目前为止,银是唯一能够实现从乙烯到环氧乙烷转化的催化剂。到2009年利用该反应成功实现合成环氧乙烷2000万吨!

2CH2=CH2+O2复习讲义:全面认识银及其化合物2C2H4O(环氧乙烷)

五、工业炼银

银矿中含银量较低,可采用氰化法提炼(该法也可以对游离态的银做处理),然后用锌或铝把银还原出来,再把金属银熔铸成粗银块,供电解法制成纯银。

大部分银都是在生产有色金属(如铜、铅等)时作为副产品而生产的。例如在生产铜的过程中的阳极泥经处理除去大部分贱金属,最后在硝酸盐中进行电解,可得到纯度高于99.9%的银。

六、金属银的用途

1、制银饰和首饰;

2、制高容量Ag-Zn电池和Ag-Cu电池。


第二部分:银的化合物

一、银的氧化——氧化银

化学式为Ag2O,暗棕色粉末,微溶于水,易溶于硝酸和氨水中,是一种共价化合物。红外光谱研究表明它和CuO的结构相似。

1、氧化性:将H2O2氧化成O2:Ag2O+H2O2=O2↑+2Ag+H2O

2、稳定性:300℃以上分解为Ag和O2

2Ag2O复习讲义:全面认识银及其化合物4Ag+O2

3、配位性:Ag2O可以溶于浓氨水

Ag2O+4NH3·H2O=2[Ag(NH3)2]+2OH

二、银的氢氧化物——氢氧化银

氢氧化银,分子式AgOH,可以将先稀氨水逐滴加入AgNO3溶液得到。AgOH极不稳定,立即脱水分解成暗棕色的Ag2O沉淀,AgOH与Ag2O均能溶于氨水形成银氨溶液。

AgNO3+NH3·H2O=AgOH↓+NH4NO3

AgOH+2NH3·H2O=Ag(NH3)2OH+2H2O

氢氧化银不是土黄色而是白色。硝酸银溶液中加入少量氢氧化钠,看到产生“土黄色”沉淀,实际上是因为生成的AgOH极不稳定,分解产生了褐色的氧化银固体。

氢氧化银不是不存在,首先它的固体已在实验室中制得,而且在低温的溶液中只要酸碱度适当也能得到氢氧化银沉淀。但是,在室温下,Ag-O-H的某个化学键(原子间的作用力)很弱,容易断裂,而变成氧化银(氧化银较氢氧化银难溶,但在溶液中仍以氢氧根离子和银离子形式存在)。

三、含银元素的盐

1、硝酸银:白色斜片状晶体,熔点481.5K,易溶于水和甘油,能溶于乙醇,不溶于硝酸,其水溶液呈中性。按照高中化学的盐类水解原理来说,AgNO3溶液应该呈酸性。那我问问同学们,为什么你的判断是酸性呢?是的,Ag水解破坏了水的电离平衡。那么关于Ag的水解请看下面:

我们知道离子在水中由于溶剂化作用都不是单独存在的,Ag在溶液中一般是以水合银离子的形式存在,它的化学式为[Ag(H2O)4],它在水中几乎不水解,故AgNO3的水溶液呈中性。

(1)热稳定性

像AgNO3等+1价银的化合物热稳定性较差,见光易分解:

2AgNO3复习讲义:全面认识银及其化合物2Ag+2NO2↑+O2

故AgNO3晶体或溶液应保存在棕色玻璃瓶中,贮存在阴凉、干燥的库房中。

(2)与碱作用

2Ag+2OH===2AgOH===Ag2O↓+H2O

(3)氧化性

AgNO3具有氧化性,遇微量的有机物即被还原为黑色单质银。所以一旦皮肤沾上AgNO3溶液,就会出现黑色斑点,对人皮肤及衣物有极强的腐蚀作用。因此在专业师傅在使用AgNO3时要穿戴胶皮围裙和胶皮手套。

(4)应用

①10%的硝酸银溶液在医药上可用作消毒剂和腐蚀剂;

②大量的AgNO3用于制造照相底片上的卤化银;

③作重要的分析试剂,用来测定Cl、Br、I、CN、SCN等离子;

④硝酸银的氨溶液可检验某些有机还原剂,如醛类、糖类等

2、卤化银

(1)大多数+1价的银盐难溶于水,AgF是少数易溶于水的银盐之一,而AgCl、AgBr、AgI均难溶于水,且溶解度依次降低,这是由于从F―到I―极化作用依次增强所致。

AgCl(S,白)复习讲义:全面认识银及其化合物Ag+Cl Ksp=1.8×10-10

AgBr(S,淡黄)复习讲义:全面认识银及其化合物Ag+Br Ksp=5.0×10-13

AgI(S,黄)复习讲义:全面认识银及其化合物Ag+I Ksp=9.3×10-17

在众多的银(Ⅰ)盐中,只有AgNO3、AgF、AgClO4等少数可溶于水,其他则难溶于水。且AgF和AgClO4的溶解度高得惊人,298K时,分别为1800 g·L-1和5570g·L-1

(2)卤化银中只有AgF是离子型化合物。

(3)卤化银有感光性,在光的作用下分解。

(4)氯化银难溶于水,一般不溶于无机酸,但溶于浓盐酸。

(5)除AgF外,AgCl、AgBr、AgI都不溶于稀硝酸。

3、硫化银:

化学式为Ag2S,黑色粉末,难溶于水。向Ag溶液中通入H2S可以得到硫化银。

(1)配位性

溶于氰化钾溶液:Ag2S+4CN=== 2Ag(CN)2+ S2-

(2)还原性

与浓硝酸共热:3Ag2S+8HNO3(浓)复习讲义:全面认识银及其化合物6AgNO3+3S+2NO↑+4H2O


第三部分:银镜反应及相关应用

一、银氨溶液与银镜反应

1、银氨溶液是一种硝酸银的氨溶液,成分为银氨络合物氢氧化二氨和银([Ag(NH3)2]OH),最早是由托伦发现的,故又叫托伦试剂(Tollen Reagent)。

1、银氨溶液的配制方法:

在洁净的试管里加入1mL 2%的硝酸银溶液,再加入氢氧化钠的水溶液,然后一边振荡试管,可以看到白色沉淀。再一边逐滴滴入2%的稀氨水,直到最初产生的沉淀恰好溶解为止(这时得到的溶液叫银氨溶液)。

2、银镜反应

(1)乙醛与银氨溶液反应

向银氨溶液中滴入3滴乙醛,振荡后把试管放在热水中温热(热水浴)。不久可以看到,试管内壁上附着一层光亮如镜的金属银。(在此过程中,不要晃动试管,否则只会看到黑色沉淀而无银镜。) 

(2)葡萄糖与银氨溶液反应

向银氨溶液中滴入一滴管的葡萄糖溶液,振荡后把试管放在热水中温热(热水浴)。不久可以看到,试管内壁上附着一层光亮如镜的金属银。

3、反应原理

在这个过程中,AgNO3与氨水生成的银氨溶液中含有氢氧化二氨合银(Ⅰ),这是一种弱氧化剂,它能把乙醛氧化成乙酸(即-CHO被氧化成-COOH),乙酸又与生成的氨气反应生成乙酸铵,而银离子被还原成金属银。从葡萄糖的角度来说,葡萄糖中有醛基,具有还原性,将硝酸银中的银离子还原成金属银。

2[Ag(NH3)2OH]+R-CHO→R-COONH4  +2Ag↓+H2O+3NH3

4、注意事项

(1)试管要洁净。否则只得到黑色疏松的银沉淀,无银镜产生或产生的银镜不光亮。

(2)银氨溶液只能现用现配,不能久置。如果久置会析出叠氮化银、亚氨基化银等爆炸性沉淀物。这些沉淀物即使用玻璃棒摩擦也会分解而发生猛烈爆炸。所以,实验完毕应立即将试管内的废液倾去,用稀硝酸溶解管壁上的银镜,然后用水将试管冲洗干净。

(3)加入的氨水要适量,浓度不能太大,滴加氨水的速度一定要缓慢,否则氨水容易过量。氨水过量,使Ag过度地被络合,降低银氨溶液的氧化能力,会降低试剂的灵敏度,且容易生成爆炸性物质。

(4)银氨溶液饰一种弱氧化剂,CO也能还原银氨溶液产生银。

5、目前市面上出售的镜子,按照材质的分类可以分为铝镜和银镜两种。银镜就是镀银的镜子,而铝镜则是镀铝的镜子。关于镜子有一个典故就是阿基米德利用铜镜对准太阳,反射太阳光把敌人的船给烧了。

早在1503年的时候,玻璃镜子就被制作出来了。然后发展到了1843年,镀银的玻璃镜子也出现了,接着便是20世纪70年代出现了镀铝的玻璃镜子,直到今天铝镜和银镜仍是民用镜子的主要来源。

在国内,一般的车用后视镜反射膜都是用银或者铝做材料,而在卫浴镜上面则多是采用的银镜,在卫浴镜上面采用的银镜一般是5mm环保银镜,相比起铝镜,银镜更加的耐用,光线也比较柔和。银镜的反射率以及清晰程度等等银镜都比铝镜好,可以说除了价格之外,银镜在和铝镜的对比上都占有优势。而且铝镜用久了的话表面会变成灰色,而银镜则不会。

二、锌银电池

锌银电池是20世纪40年代开始研制的一种实用的高比能量、高比功率电池。最早是由亨利·安德烈教授在法国电气学会会报上提出。它是以氧化银(AgO和Ag2O)为正极,锌(Zn)为负极,并使用45%氢氧化钾作为电解液。其电极反应和电池反应为:

负极:Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O

正极:Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH

总反应:Zn+Ag2O=ZnO+2Ag

锌银电池在水下设备、鱼雷及航空航天领域应用非常广泛,是目前世界上重型电动力鱼雷最普遍采用的一种电池。

三、感光材料

AgCl、AgBr、AgI都有感光分解的性质,可作为感光材料。

2AgX复习讲义:全面认识银及其化合物2Ag+X2

复习讲义:全面认识银及其化合物

四、化学银钟

在这个实验中,我们需要焦亚硫酸钠、碘酸钾、硝酸银和土豆淀粉。为了进行这个实验,我们还需要三种不同的溶液。

在第一杯中,我们需要把0.7g 焦亚硫酸钠溶解在20mL 蒸馏水中。

现在我们准备第二种溶液,把0.5g 碘酸钾溶解在35mL 蒸馏水中。接着,我们准备淀粉溶液。加一点淀粉于一烧杯中,之后加入冷水,搅拌淀粉。接下来再倒入开水,这样淀粉就会进一步溶解,然后我们会得到所谓的淀粉糊。

好,现在我们对相关溶液进行混合。

将碘酸钾溶液中加入少量淀粉糊,这样第二杯溶液就准备好了。

对于第三种溶液,我们需要把0.17g 硝酸银加入到40mL 蒸馏水中。现在在第二个装有碘酸钾的杯子中再加入120mL 的蒸馏水。

这样,我们需要的三个溶液就准备好了。

下面我们开始实验。

将第一和第三个烧杯的溶液倒入装有第二种溶液的大烧杯中。在这样做以后,液体立即变为白色。这是因为反应生成了碘酸银沉淀。这时碘酸银又与加入的焦亚硫酸钠反应,生成碘化银,溶液变黄,最终溶液变为黑色。这是由于碘化银的分解产生了游离的碘单质与淀粉发生了反应(淀粉是碘的一个很好的指示剂)。

五、纳米银离子

纳米(nm)是继微米之后的目前最小的一种计量单位,1纳米为百万分之一毫米,即毫微米。纳米银离子(Ag)就是利用纳米技术将金属银纳米化。

早在明朝,《本草纲目》中就有记载“生银,味辛,寒,无毒”。

纳米银离子的安全性是国际医学界公认的,因为微量银元素本来就是人体必须的重要元素之一,纳米银离子不带电荷,不会与人体内多种生物活性物质结合而沉积,在毛孔中吸附并杀灭细菌,并会从体内完全排出,不会产生毒副作用。在美国纳米银的安全性被认为是和食品同级别。人们针对银的安全性进行了大量的动物实验。经试验考察发现小鼠在口服最大耐受量925mg/kg,即相当于临床使用剂量的4625倍时,无任何毒性反应,在兔的皮肤刺激实验中,也没有发现任何刺激反应。

纳米银离子作为具有的强效抗菌杀菌消毒、无毒副作用、稳定性好、抗菌持久、无耐药性、安全环保等优点的新型纳米材料,其应用前景也越来越广阔。

(责任编辑:化学自习室)
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