Свойства р-металлов IV группы - Sn, Pb

Олово и свинец относят к семейству р-элементов, общая электронная формула: ns²np², где n - номер периода. Итак, для этих металлов: Sn -5s²5p², для Pb -6s²6p². Практически для всех s, p-элементов возможные степени окисления могут быть определены на основании распределения валентных электронов по квантовым ячейкам в нормальном и возбужденном состоянии. Для элементов подгруппы Ge:

в нормальном состоянии в возбужденном состоянии

2 валентных электрона 4 валентных электрона

Таким образом, олово и свинец в соединениях могут проявлять степени окисления 0; +2; +4. В водородных соединениях - SnH₄ и PbH₄ – металлы проявляют отрицательную степень окисления -4.

При определении кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов олова и свинца в степенях окисления +2 и +4 необходимо помнить, что они являются промежуточными металлами V и VI периодов, следовательно, их оксиды и гидроксиды в этих степенях окисления амфотерные.

ослабление кислотных свойств

SnO PbO SnO₂ PbO₂

Sn(OH)₂ Pb(OH)₂ H₂SnO₃ H₂PbO₃

усиление основных свойств

Вследствие амфотерности гидроксидов Sn(OH)₂ и Pb(OH)₂ металлы олово и свинец легко растворяются в водных растворах щелочей с образованием водорода и комплексной соли: .

Взаимодействие этих металлов с разбавленными кислотами сопровождается окислением олова и свинца до степени окисления +2 с образованием соответствующих солей. Реакции протекают при нагревании. Все эти реакции гетерогенные, поэтому непременным условием их протекания является растворимость образующихся солей. Из трех солей PbCl₂, PbSO₄, Pb(NO₃)₂ хорошо растворимый только нитрат, поэтому свинец лучше растворяется в HNO₃:

-2e® Pb²⁺ 3

NO₃^- +4H⁺ +3e® 2

При взаимодействии с концентрированными кислотами свинец во всех случаях окисляется до Pb(2+), и образует с концентрированной H₂SO₄ кислую соль - Pb(HSO₄)₂. C концентрированными серной и азотной кислотами олово окисляется до степени окисления +4. Причем, при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образуется не соль, а b-оловянная кислота, нерастворимая ни в кислотах, ни в щелочах.

Окислительно-восстановительные свойства соединений Sn и Pb обусловлены различной стойкостью их соединений в разных степенях окисления. В степени окисления +4 они могут быть только окислителями (поскольку степень окисления +4 максимальна). Это свойство наиболее ярко выражено у соединений Pb⁺⁴, потому что для свинца более стойкие соединения в степени окисления +2. В степени окисления +2 соединения этих элементов проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства, однако более характерный переход Sn²⁺ - 2e® Sn⁺⁴,то есть, проявление соединениями Sn(+2) восстановительных свойств. Благодаря наличию вакантных d-орбиталей, эти металлы образуют многочисленные тетраэдрические и октаэдрические комплексы, например, гидроксокомплексы Na₂[Sn(OH)₄], Na₂[Sn(OH)₆], K₄[Pb(OH)₆].

Задача 1. Рассчитайте, хватит ли 20 г олова, содержащего 5% примесей, для получения 2,24 л Н₂ (н.у.) в реакции олова с HCl?

Решение. Рассчитаем, сколько в образце олова действующего вещества:

20 - 20∙0,05 = 19 г. Используя закон эквивалентов, вычислим, сколько необходимо металла для получения указанного объема Н₂:

, тогда .

Для получения 2,24 л Н₂ необходимо 5,9 г Sn , что на 13,1 г меньше, чем дано по условию. Ответ: хватит.

Задача 2. Определите тепловой эффект реакции, используя значения стандартных энтальпий образования: _.

Решение. Согласно следствию из закона Гесса: ΔН⁰_х.р. = ΣΔНº_прод - ΣΔНº_исх.

Задача 3. Пользуясь таблицей стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, определить продукты и возможность протекания реакций при стандартных условиях: а) ; б) .

Решение. а) Вследствие большей устойчивости Sn(4+) в данной реакции Sn²⁺ является восстановителем: Sn²⁺-2 ® Sn⁴⁺, E⁰=-0,15B, следовательно, Fe³⁺ - окислитель: