碳族元素ppt

☞碳的同素异形体
金刚石晶莹美丽，光彩夺目，是自然界最硬 金刚石 的矿石。在所有物质中，它的硬度最大。在
所有单质中，它的熔点最高，达3823K。
石墨
石墨很软，具有润滑性，导电导热，密度比金 刚石小，熔点比金刚石仅低50K，为773K。
碳-60
1996年10月7日，瑞典皇家科学院决定把1996年
诺贝尔化学奖授予Robert Fcurl.Jr (美国)、
高，可做火箭的燃料。精选可编辑ppt
9
2-2 无定形碳和碳的化学性质
☞无定形碳的种类
木炭 活性炭
焦炭 炭黑
骨炭
常温下碳的化学性质是不活泼的，在高温下，它既可以与 氧反应作为能源提供热量，又可以作为还原剂用于冶炼金 属矿物。所以有关于碳的反应都是高温反应
Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO
CuO + C = Cu + CO
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2
第一节 碳族元素的通性
碳C 单质: 石墨, 金刚石, C60, C70 无机化合物: CO2, 白云石MgCa(CO3)2 , 石灰石、大理石、方解石 CaCO3 。 有机化合物: 动植物体, 煤, 石油, 天然气 13 位
硅Si 以Si－O－Si键存在: 水晶、石英SiO2 , 其它硅酸盐矿物 第 2 位
☞与非金属反应
CO＋2H2
Cr2O3·ZnO，623－673K
====================
CH3OH
Fe,Co或Ni 523K, 101KPa
CO＋3H2 ================= CH4＋H2O
活性碳
CO＋Cl2 ====== CO精C选可l2编辑ppt
13
☞二氧化碳 O=C=O
CO2的分子结构：C sp等性杂化，2
个键，两个
4 3
. . ..
CO2是酸性氧化物，能与碱反应。 工业上 CO2用于制备纯碱、小苏打、
:O. —— C.. —— O. :
碳酸氢铵、啤酒、饮料、干冰。
NH4HCO3 氨水
Na2CO3
CO2用于作灭火剂。但着 火的镁条在CO2气中能继 续燃烧，所以CO2不助燃 也是相对的。
23
3-2 硅烷
☞硅烷的组成 ☞硅烷的制备
与碳类似，硅和氢组成的化合物称
硅烷，但其数量和稳定性远不如烷
烃，其组成为 ： SinH2n+2 n≤7 重要的硅烷是甲硅烷：SiH4
（1）SiO2 + 4Mg = Mg2Si + 2MgO Mg2Si + 4HCl = SiH4↑ + 2MgCl2
（2）2Si2Cl6＋3LiAlH4＝2Si2H6＋3LiCl＋3AlCl3
CaO + 3C = CaC精2选+可C编辑Oppt
10
☞氧化物
2-3 碳的化合物
☞一氧化碳
KK(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2pz)2
☞制备
结构式：C O
••
C• —•—O
工业水煤气法： C＋H2O＝CO＋H2(主要的)
CO＋H2O＝CO2＋H2
实验室法H：COOH──浓─H─2→SOC4 O＋H2O
1086.1
2.55
3s23p2 +4 (+2)
117
786.1 1.90
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C、Si既 不易失去电 子，也不夺取 电子，主要 形成共价键
电离势和 电负性以 碳的最大
4
1-3 成键特征
一些单键键能的平均值（kJ•mol-1）
C—C 345.6 Si—Si 222
C—O 357.7 Si—O 452
☞碳酸盐的性质
☞
溶 解 性
酸式碳酸盐是可溶的，正盐只有碱金属和铵盐是 可溶的, 难溶碳酸盐均可溶于稀酸中： MCO3＋2H+＝M2+＋CO2↑＋H2O
☞ CO32- + H2O ＝ HCO3- + OH-
水 HCO3- + H2O = H2CO3 + OH-
解 2Al3+ + 3CO32- + 3H2O ＝ 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑
所以沉淀要视M(CO3)n和M(OH)n的Ksp而定。
☞若M(CO3)n的Ksp << M(OH)n的Ksp，则加入只生成 M(CO3)n 沉淀。如 Ca2+，Sr2+ ，Ba2+ 。
☞若M(OH)n的Ksp极小，则只生成M(OH)n。如 Al3+， Fe3+，Cr3+ 。
☞若两种物质的Ksp介于相精选近可编，辑p则pt 生成碱式盐。
C可以有sp、sp2、 sp3等多种杂化态
C—H 411±7 Si—H 318
C—F 485 Si—F 565
成键，因而可以 构成结构复杂多 样的键合方式，
包括双键、叁键、
pπ-pπ键等。而Si
碳与氢结合的键能最大， 则是以共价单键
它构成了庞大的有机物界。 为主
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5
第二节 碳
2-1 碳单质
Harold W. Kroto(英国)和Richard E Smalley(美
国)，以表彰他们精选发可编现辑ppCt 60。
6
☞三种碳单质的分子结构图
335pm
碳原子sp2杂化成键，剩余的 金刚石硬度最大，熔
pz 轨道互相平行，均垂直于 分子平面，在层内形成大
∏mm键。有离域 ∏ 电子，所 以石墨导电。层间的分子间
精选可编辑加ppt热
11
☞性质
☞ CO＋PdCl2＋H2O＝CO2＋Pd↓+ 2HCl
还 CO + 2Ag(NH3)2OH = 2Ag + (NH4)2CO3 + 2NH3
原 高温还原： CuO + CO = Cu + CO2
性
Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2
☞ CO容易与ⅥB、ⅦB、Ⅷ族金属形成羰基配合
Si在含氧酸中被钝化，与氢氟酸及其混合酸反应，生成
SiF4或H2SiF6: 3Si + 4HNO3 + 18HF＝3H2SiF6 + 4NO↑+ 8H2O
☞与碱反应
无定形硅能与强碱反应放出氢气： Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
☞与金属反应 与钙、镁、铜、铁等化合生成硅化物：
高温
Si＋2Mg精选=可=编=辑=pptMg2Si
第十五章 碳族元素
ⅣA 碳 6C 硅 14Si 锗 32Ge 锡 50Sn 铅 82Pb
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1
教学要求：
1. 掌握碳、硅、锗、锡、铅的单质、氢化物、 卤化物、硫化物、氧化物、含氧酸及其盐的结 构和性质。
２. 掌握锗分族元素及其化合物性质变化规律。 低价锡盐的还原性和常见铅盐的性质和用途 3. 认识碳、硅的相似性和差异性。 4. 了解硅酸和硅酸盐的结构与特性。
点最高的单质。m.p. 3823K。 碳原子sp3等性杂
作用力小，易滑动，有润滑 化，无自由电子，
性。
精选可编辑ppt 不导电。
7
碳簇 以 C60 （足球烯，富勒烯）为最常见。
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8
☞用途和性质
金刚石俗称钻石，除用作装饰品外，主要用于制 造钻探用的钻头和磨削工具，是重要的现代工业 原料，价格十分昂贵。
18
如 Mg2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Ag+，Zn2+，Mn2+ 。 2Mg2+ + 2CO32- + H2O = Mg(OH)2•MgCO3 + CO2
☞若加入NaHCO3 溶液，则[OH-]小了， 某些离子则可 生成正盐。如Mg2+，Ni2+，Ag+，Mn2+等可生成碳酸盐。
Mg2+ + HCO3－ = MgCO3 + H+
原因是 HCO3－ 分子间有氢键，缔合成双聚酸根造成的。
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17
☞碳酸盐的生成
在含有Mn+离子的溶液中加Na2CO3时，相当于加入两种 沉淀剂，OH-和CO32-:若Na2CO3浓度 = 1.0 × 10-2 M时，
将有:
[CO32－] = 8.6 × 10－3 mol·dm－3 [OH－] = 1.4 × 10－3 mol·dm－3
☞二硫化碳
是有机物、磷和硫的溶剂，
由硫蒸气和煤反应得到。
2S + C ＝ CS2
它是易燃物质，也是制
CS2 + 3O2 ＝ CO2 + 2SO2 CCl4的主要原料。 CS2 + 3Cl2 =M=n=C=l2 CCl4 + S2Cl2
☞卤化物
碳的卤化物可以看作是CH4的取代物, 是分子物质, 具有较低的沸点,CCl4是常用的有机溶剂, 也用于作 灭火剂, 氟利昂-12(CCl2F2)用于作冰箱的致冷剂， CBrClF2用于作灭火剂（称灭火剂-1211）。
☞若加入的沉淀剂是被CO2饱和了的NaHCO3 溶液，则 [OH-]将更少些，可使Co2+，Zn2+沉淀出正盐，但由于 [CO32- ] 也少了，致使Ksp大的MgCO3不能沉淀。
CuCO3 和 HgCO3 尚未制得 。
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19
☞碳硫化物和卤化物
CS2是无色有毒的有挥发 生液体(b.p＝226.9K)，
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20
第三节 硅
3-1 硅单质
☞硅的制备
硅是本族元素丰度最大的元素，在所 有元素中居于第二，它是构成自然界 矿物的主体元素， 主要以氧化物和硅 酸盐的形式存在。
用碳或碳化钙 在电炉中还原 二氧化硅可得 到粗硅，经过精 炼可得到纯硅
电炉 2C + SiO2 ==== Si + 2CO↑
由于石墨能导电，具有化学惰性，耐高温，易于成 型和机械加工，所以石墨被大量用来制作电极、高 温热电偶、坩埚、电刷、润滑剂和铅笔芯。
C60可做超级耐高温的润滑剂，被视为“分子滚珠”。
把K、Cs、Tl等金属原子掺进C60分子的笼内，就能 使其具有超导性能。可用于制成低耗能电机。再有
C60H60这些相对分子质量很大的碳氢化合物热值极
羰 物，如Fe(CO)5，Ni(CO)4， Cr(CO)6等。这类
基 化
配合物具有受热挥发的特点，高温下分解为金
属和CO， 用于提纯金属。 Ni + 4CO = Ni(CO)4
反
高温,低压
在羰基物
应
Ni(CO)4 ======== Ni + 4CO 中金属氧
化数为零
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12
☞配位反应
Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 = Cu(NH3)3·CO·Ac 醋酸羰基三氨合铜(Ⅰ) Ac = CH3COO CO被人体吸收会引起中毒，这是由于它与血液中的血 红蛋白结合为COHb ， 使Hb失去输送氧气的能力。空 气中只要有1/800体积比的CO就能使人在半小时内死亡。
学性质、电学性质等物理性质方面。
多晶硅均不如单晶硅好。
无定形硅
无定形硅是一种黑灰色的粉末，化学性质 比晶态活泼
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☞化学性质
☞与非金属反应
☞与酸反应
Si + F2 = SiF4
△
Si + 2X2 ＝ SiX4 (X = Cl,Br)
△
Si + O2 = SiO2
1573K
3Si + 2N2 ==== Si3N4
锗Ge 锡Sn 铅Pb
锗石矿 Cu2S·FeS·GeS2 。
锡石矿 SnO2 云南个旧称为锡都 。
方铅矿 PbS 。精选可编辑ppt
3
1-2 元素的基本性质
☞碳、硅的一些基本性质
性质
碳
硅
价电子层
主要氧化态
共价半径 /pm
第一电离势 /kJ·mol-1
电负性
2s22p2 +4,+2 (-2,-4)
77
性 2Cu2+ + 2CO32- + H2O ＝ Cu2(OH)2CO3 + CO2
☞ 热稳定性与阳离子的极化能力有关，阳离子的
热 稳 定
极化能力越强，稳定性越差。稳定性：正盐>酸 式盐>碳酸
性
碱金属盐 > 碱土金属盐 > 重金属盐
碱土金属盐随精半选可径编辑的ppt增大而增强
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Na2CO3 ，K2CO3 和 (NH4)2CO3 等均易溶于水。但 NaHCO3 ，KHCO3 和 NH4HCO3 的溶解度相对小些。
723-773K
Si(粗硅) + 2Cl2 ===== SiCl4 SiCl4 + 2H2 = Si(纯) + 4HCl
纯硅用区域熔融法可以得到高纯硅
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21
☞物理性质
硅晶体为原子晶体，熔点高，可导电，
单晶硅 导电率随温度的升高而增大，是典型
质硅
的半金属。
单 多晶硅 多晶硅与单晶硅的差异主要表现在力
稳定性：硅烷<烷 还原性：硅烷>>烷
☞硅烷的性质
水解性：硅烷水解 键能(kJ•mol-1)：电负性:
（碱介质）， 烷烃 C-C Si-Si C H Si
不水解
2精2选2可编辑3p4pt5.6
2.55 2.2 12.490
☞还原性
SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O SiH4 + 2KMnO4 = 2MnO2↓ + K2SiO3 + H2 + H2O SiH4 + 8AgNO3 + 2H2O = 8Ag↓ + SiO2↓ + 8HNO3
CO2
NaHCO3
NaOH
NaOH
2Mg + CO精选2可=编辑2pMpt gO + C
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☞碳酸和碳酸盐
☞碳酸根的结构
CO2溶于水生成碳酸， 弱酸，仅存在于水溶液中，
碳酸盐是相当多的一类物质
O2-O-O Nhomakorabea∏46 C
C
C
O
O HO
O HO
OH
正盐
酸式盐
碳酸
热稳定性：正盐>酸式盐>酸
精选可编辑ppt
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