铅单质

一: 物理性质

   铅为暗灰色,重而软的金属,熔点600.7K,沸点2013K,密度11.35g·cm-3,硬度(莫氏)1.5。铅的层性相当好,可轧成极薄的铅箔。铅有极高的锻接性能,但其延展性并不好。

二:化学性质
   铅是两性金属,其主要氧化态为+2和+4。
(1)与氧,水和二氧化碳的反应:

   室温下,铅能与氧,水和二氧化碳的作用,在表面生成一层致密的碱式碳酸铅的保护膜而失去金属光泽。

        4Pb + 2O2 + 2CO2 + 2H2O 2PbCO3·Pb(OH)2

   在有氧气存在的条件下,铅能与水缓慢反应生成Pb(OH)2
        2Pb + O2 + 2H2O 2Pb(OH)2
2)与非金属的反应:

   在加热下,铅能与氧,卤素,硫等非金属直接反应:

        Pb + X2 PbX2(X=F,Cl,Br,I)

        2Pb + O2 2PbO

        Pb + S PbS
(3)与酸的反应:
   铅可溶于热的浓盐酸或浓硫酸中,与稀HNO3反应,得到Pb(NO3)2。由于Pb(NO3)2不溶于浓HNO3,Pb不与浓HNO3反应。
         Pb + 2HCl PbCl2↓+ H2↑(反应很快终止)
         Pb + 4HCl(浓) H2[PbCl4] + H2
         Pb + H2SO4(稀) PbSO4↓+ H2↑(反应很快终止)
         Pb + 3H2SO4(浓) Pb(HSO4)2 + 2SO2↑+ 2H2O
         3Pb + 8HNO3(稀) 3Pb(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O

   铅在有氧存在的条件下可溶于醋酸,生成易溶的醋酸铅。这也就是用醋酸从含铅矿石中浸取铅的原理。
         2Pb + O2 2PbO
         PbO + 2CH3COOH Pb(CH3COO)2 + H2O
4与碱的反应:

   铅能与强碱缓慢地反应得到亚铅酸盐,同时放出H2
         Pb + 2NaOH Na2PbO2 + H2

或写成:  Pb + NaOH + 2H2O Na[Pb(OH)3] + H2

 

铅的氧化物

   铅除了有PbO和PbO2以外,还有常见的“混合氧化物”Pb3O4

一:一氧化铅

   一氧化铅PbO俗称“密陀僧”。它是用空气氧化熔融的铅而制得的。它有两种变体:红色四方晶体和黄色正交晶体。在常温下,红色的比较稳定,将黄色PbO在水中煮沸即得红色变体。PbO易溶于醋酸或硝酸得到Pb(II)盐,比较难溶于碱,这说明它偏碱性。PbO用于制铅蓄电池、铅玻璃和铅的化合物。高纯度PbO是制造铅靶彩色电视光导摄像管靶面的关键材料,也是用于激光技术拉制PbO单晶的原料。
二:二氧化铅
   PbO2是两性的,不过其酸性大于碱性,与强碱共热可得铅酸盐:
        PbO2 + 2NaOH + 2H2O Na2Pb(OH)6
   Pb(IV)为强氧化剂,例如:
        2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O
        PbO2 + 4HCl PbCl2 + Cl2↑+ 2H2O
        2PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + O2↑+ 2H2O
   将PbO2加热,它会逐步转变为铅的低氧化态氧化物:
         PbO2Pb2O3Pb3O4PbO

加热PbO2也分解放出O2。当它与可燃物,如磷或硫在一起研磨时即发火,可用于制火柴。

   PbO2实际上也是非整比化合物,在它的晶体中氧原子与铅原子的数量比为O:Pb=1.88而不是2,因为有些应为氧原子占据的位置成为空穴,所以它能导电,用在铅蓄电池中起电极的作用。

三:四氧化三铅
   将Pb在纯O2中加热,或者在673~773K间将PbO小心地加热,都可以得到红色的四氧化三铅Pb3O4粉末。这种化合物俗名“铅丹”或“红丹”。在它的晶体中既有Pb(IV)又有Pb(II),化学式可以写为2PbO·PbO2。但根据其结构它应属于铅酸盐,所以化学式是Pb[PbO4]。
   Pb3O4与HNO3反应得到PbO2
          Pb3O4 + 4HNO3 PbO2↓+ 2Pb(NO3)2 + 2H2O
这个反应也说明了在Pb3O4的晶体中有2/3的Pb(II)和1/3的Pb(IV)。
   铅丹用于制铅玻璃和钢材上用的涂料。因为它有氧化性,涂在钢材上有利于钢铁表面的钝化,其防锈蚀效果好,所以被大量地用于油漆船舶和桥梁钢架。

 

铅的氢氧化物

   Pb(OH)2具有两性,溶于酸生成铅盐,溶于碱生成亚铅酸盐:
          Pb(OH)2 + 2HCl PbCl2 + 2H2O
          Pb(OH)2 + NaOH Na[Pb(OH)3]
若将Pb(OH)2在373K脱水,得到红色PbO;如果加热温度低,则得到黄色的PbO。

          Pb(OH)2 PbO + H2O

 

铅的卤化物

一:四氯化铅
   在用盐酸酸化过的PbCl2溶液中通入Cl2,得到黄色液体PbCl4,这种化合物极不稳定,室温下就分解为PbCl2和Cl2。PbBr4和PbI4不容易制得,就是制成了,也会迅速分解。

        PbCl4 PbCl2 + Cl2
二、二卤化铅
   PbCl2难溶于冷水,易溶于热水,也能溶解于盐酸中。
        PbCl2 + 2HCl H2[PbCl4]
   PbI2是黄色丝状有亮光的沉淀,易溶于沸水,难溶于冷水,且易溶于KI溶液中。

        PbI2 + 2KI K2[PbI4]

 

铅的硫化物

   PbS为黑色沉淀,其溶度积很小,不溶于稀酸和硫化钠溶液,但能溶于稀HNO3或浓盐酸中。
         3PbS + 8H+ + 2NO3- 3Pb2+ + 3S + 2NO↑+ 4H2O
         PbS + 4HCl(浓) H2S↑+ H2[PbCl4]
   将PbS在空气中煅烧或加氧化剂,如HNO3或H2O2等,它很容易转化为白色的PbSO4

         PbS + 2O2    PbSO4
         PbS + 4H2O2 PbSO4 + 4H2O

 

铅的含氧酸盐

   铅的许多化合物难溶于水,有颜色和有毒。它的毒性在于Pb2+与蛋白质中半胱氨酸的巯基(-SH)反应,生成难溶物。铅盐的性质和用途列于下表中.

含氧酸盐

性状和制法

主要用途





硝酸铅
Pb(NO3)2

无色晶体。由Pb或PbO或PbCO3溶于HNO3得到。

用于制取其它铅的化合物

醋酸铅
Pb(CH3COO)2.3H2O

无色晶体,俗名“铅糖”,有毒。由PbO溶于醋酸或在通空气(或O2)的条件下,将Pb溶于醋酸得到。





硫酸铅
PbSO4

白色晶体。由Pb(NO3)2与Na2SO4溶液作用制得。

制白色油漆

碳酸铅
PbCO3

白色晶体,有毒。由可溶性铅盐加NaHCO3或通CO2于碱式醋酸铅溶液转变为碱式碳酸铅2PbCO3.Pb(OH)2,这化合物俗名“铅白”。

用于制防锈油漆和陶瓷工业

铬酸铅
PbCrO4

亮黄色晶体。有毒。加热分解出O2,所以是一种氧化剂。由可溶性铅盐与Na2CrO4反应而得到。

为黄色涂料-“铬黄”的主要成分