碳族元素
碳族元素
(二)碳的氧化物（CO2和CO）
1、CO2（1）物性：无色无味，密度比空气 大的气体，能溶于水，固体CO2称“干冰” （2）化学性质：a、具有酸性氧化物的通性 b、弱氧化性：CO2＋C＝2CO 点燃 CO2＋2Mg==2MgO+C （3）制取：工业上煅烧石灰石 : 高温 CaCO3==CaO+CO2 实验室：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O 固体＋液体－气（不加热）可启普发生器及 简易装置
练习：某无色溶液可能由Na2CO3 、MgCl2 、 NaHCO3 、BaCl2 中的一种或几种混合而成.往 溶液中加入烧碱溶液出现白色沉淀 ，加入稀 H2SO4 也出现白色沉淀，并放出气体，据此分 析，下述组合判断中正确的是 （ B ） ① 肯 定 有 BaCl2 ② 肯 定 有 MgCl2 ③ 肯 定 有 NaHCO3 ④肯定有Na2CO3 或NaHCO3 ⑤肯定 无MgCl2 A、① ② ⑤ B、① ③ C、② ④ D、① ③ ⑤
从左到右酸性减弱、碱性增强
CH4 SiH4
－
－
－
从左到右稳定性减弱
3、单质的物理性质（见P148）
思考1：根据元素周期律的知识，Pb的金属性比Sn强， 而在金属活动性顺序表中，Sn的活动性却比Pb强，这 是否矛盾？
不矛盾。在金属活动性顺序表中，是指金属单质在水溶液中失 去电子的能力；而元素周期表中指元素原子失电子能力强弱。
碳族元素性质递变规律
元素符号 原子半径的变化 金属性、非金属 性变化 最高正价 最高价氧化物化 学式 对应水化物化学 式及酸碱性强弱 氢化物化学式及 稳定性
C
Si
Ge
Sn
Pb
从左到右逐渐增加
碳族元素知识点总结
碳族元素知识点总结碳族元素是元素周期表中的第14组元素，包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)和铅(Pb)。
碳族元素具有许多重要的化学和物理性质，对于我们的日常生活和工业发展具有重要意义。
以下是关于碳族元素的几个主要知识点的总结：1.原子结构和电子配置：碳族元素位于周期表的p区，外层电子结构为ns2np2、碳原子的电子配置为1s2 2s2 2p2、在碳族元素中，碳和硅是典型的非金属，锗是半金属，锡是过渡金属，铅是主族金属。
2.原子半径和离子半径：碳族元素的原子半径有增大的趋势。
这是因为随着原子序数的增加，电子层的数量也增加，电子屏蔽效应增强，从而使得原子半径增加。
在同一族元素中，离子半径随着正电荷数的增加而减小。
3.化学反应性：碳族元素的化学反应性有较大差异。
碳和硅都是非金属，具有较高的电负性。
它们能够形成多种化合价的化合物，如碳的四价化合物和硅的四价和六价化合物。
锡和铅具有特殊的价态行为，可以形成多种化合价的化合物。
锡和铅通常表现出二郎功能。
4.晶体结构和物理性质：碳族元素的晶体结构和物理性质有明显的变化。
碳以钻石、石墨和富勒烯等多种晶体结构存在。
钻石具有非常高的硬度，石墨具有良好的导电性和润滑性，富勒烯则具有独特的球形结构。
硅具有金刚石样的晶体结构，可以形成多种晶体相。
锡和铅以金属晶体结构存在，具有良好的导电性和可塑性。
5.化合物和应用：碳族元素形成了众多的化合物，具有重要的应用价值。
最重要的化合物是碳的氧化物，如二氧化碳和一氧化碳。
二氧化碳在大气中起到重要的温室效应，一氧化碳是一种有毒气体。
锗和硅的氧化物是重要的半导体材料。
锡和铅的氧化物具有良好的导电性和光学性能，常用于制备导电玻璃和陶瓷材料。
此外，锡和铅还广泛用于合金制备和防腐剂。
6.生物学意义：碳族元素在生物学中具有重要的意义。
生命体中含有大量的碳和硅。
碳是有机物的组成要素，是地球上生物多样性的基础。
硅在植物细胞壁和一些动物骨骼中起到结构支持的作用。
无机化学课件碳族元素
高温
SiO2 ＋ CaO
CaSiO3
高温
SiO2＋2C 高温 Si ＋ 2CO↑
SiO2 + CaCO3
CaSiO3 + CO2 ↑
二氧化硅与二氧化碳的比较
二氧化碳CO2 二氧化硅SiO2
物质分类
均属于酸性氧化物
与碱性氧化 物反应
CO2 ＋ CaO＝CaCO3
高温 CaO＋SiO2 CaSiO3
与碱反应 与水反应
(Cr 3+)
[Cr(OH)3 (s)]
3. 碳酸盐的热稳定性较差，它们的差别可用极化理 论解释(如碱土金属的碳酸盐)，金属离子极化力越大，
稳定性越差。稳定性的顺序为：
碳酸盐﹥酸式盐﹥碳酸
碳酸正盐与酸式盐的比较
正盐
酸式盐
水溶 性
热稳 定性
钾钠铵盐易溶于水、其它难溶
K2CO3、Na2CO3受热难分解 CaCO3、(NH4)2CO3受热易分解
通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示。主要用
于建筑材料，实验室常见的有分子筛与沸石（铝硅酸 盐）。见打★的阅读材料。
硅酸钠：Na2SiO3可以写成 Na2O ·SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4
Al2O3 ·2SiO22H2O
钙长石：CaAl2SiO6
CaO ·Al2O3 ·SiO2
特殊玻璃： 钢化玻璃、光学玻璃、 化学玻璃、有色玻璃、 变色玻璃、电加温玻璃、钾玻璃、 微晶玻璃、 石英玻璃
§13.2
碳族元素包括：
碳族元素----P555-582
碳C、硅Si、锗Ge、锡Sn、铅Pb
碳族元素的价层电子构型：
ⅣA —— ns2np2
本节要求：
碳族元素
硅酸盐工业
三、硅单质及其化合物
硅酸盐 硅酸盐的表示方法
三、硅单质及其化合物
重要的硅酸盐—Na2SiO3 硅酸钠俗称泡花碱，其水溶液又叫水玻璃 因为水解而成碱性，是一种建筑粘合剂。
硅、磷、硫、氯气态氢化物的 稳定性比较
三、硅酸盐与无机非金属材料
玻璃 纯碱、石灰石、 原料 石英 CaCO3+SiO2高温 反应 CaSiO3+CO2↑ 高温 原理 NaCO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑ 反应 高温 条件 强热 冷却 生产 原料→熔体→玻璃 过程 水泥 粘土、 石灰石 陶瓷 粘土
要领：两边原子个数守恒， 格式：金属氧化物、二氧化硅、水 顺序：金属按活动顺序表
返回
碳 族 元 素 碳 及 其 化 合 物
2．阅读下列材料，回答有关问题： 锡、铅两种元素的主要化合价分别是+2价、+4 价，其中+2价锡元素和+4价铅元素的化合物均 是不稳定的，+2价锡离子有强还原性，+4价铅 元素的化合物有强氧化性。例如：Sn2+ 还原性 比Fe2+还原性强；PbO2 的氧化性比Cl2 氧化性强。 （1）写出下列反应的化学方程式： ①氯气跟锡共热
2NaHCO3
== SiO3 2- +H2O
(4)不与酸反应
(4)与氢氟酸反应 SiO2+4HF==SiF4+2H2O (腐蚀玻璃）
(1)化工原料：制纯碱、 尿素；高温 (2)灭火
天然存在：石英 水晶 硅藻土 (1)水晶用于制造电子
用
(3)干冰用人工降雨；
途 (4)制碳酸饮料等
仪器的重要部件、光
学仪器、工艺品
化学仪器、光 学仪器、运动 用途 器材、通讯器 材、窗玻璃、 玻璃瓶、杯
碳族元素
碳族元素一、碳族元素碳族元素位于元素周期表第IV A 族,包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)五种元素.最外层电子数均为4个,易形成共价化合物,主要化合价为+2、+4价.碳族元素比同周期的氮族元素的金属性强.由碳→硅→锗→锡→铅,核电核数递增,电子层数增多,原子半径增大,元素单质的非金属性递减,金属性增强;C 、Si 的氢化物RH 4稳定性逐渐减弱,而Ge 、Sn 、Pb 不存在严栺意义上的氢化物.最高价氧化物的水化物酸性递减,碱性增强,酸性H 2CO 3>H 2SiO 3,碱性Ge(OH)4<Sn(OH)4<Pb(OH)4,且后三者均有两性;Pb 以+2价的化合态较为稳定,其他4种元素通常状态下以+4价的化合态较为稳定.锗是一种灰白色的脆性金属,它的晶体结构是金刚石型,熔点为1210 K.在化学性质上,它略比硅活泼些.在400 K 左右,就能被氯化成GeCl 4.若锗呈细粉状,则瞬间燃烧.它能溶于浓H 2SO 4和浓HNO 3中,但不溶于NaOH 溶液中,除非有H 2O 2存在,高纯锗是一种良好的半导体材料.二、碳及其化合物(一)碳的同素异形体不活泼 比金刚石稍活泼 石墨比金刚石稳定碳,表面积大,吸附能力强,称为活性炭.C 60是一种以新的单质形态存在的碳,由60个碳原子构成的分子,形似足球,故又称为足球烯或富勒烯.(二)碳的化学性质1.与非金属反应2C+O 22CO(O 2不足) C+O 2CO 2(O 2充足)C+H 2CH 42.与氧化物反应C+H 2OCO+H 2C+2CuO =====△2Cu +CO 2↑2C+Fe 2O 33Fe+2CO 2↑3.与某些强氧化性酸反应C+2H 2SO 4(浓)=====△CO 2↑+2SO 2↑+2H 2OC+4HNO 3(浓)=====△CO 2↑+4NO 2↑+2H 2O(三)碳的氧化物1.一氧化碳(CO)CO 是无色、无味、剧毒气体;熔点-196℃,沸点-191.5℃;难溶于水,通常1体积水约溶解0.02体积的CO;密度比空气略小;可燃,在高温下有较强的还原性.CO 是一种配体,能与一些有空轨道的金属原子或离子形成配合物.例如同VI B 、VII B 、VIII 族的过渡金属形成 羰基配合物:Fe(CO)5、Ni(CO)4和Cr(CO)6等.(1)CO 是较好的还原剂它在高温下可以从许多金属氧化物中夺取氧,使金属还原,如Fe 2O 3、CuO 或PbO.CO 还能使一些化合物中的金 点燃点燃属离子还原.如:3CO+Fe 2O 32Fe+3CO 2CO+CuO =====△Cu +CO 2CO+H 2O+PdCl 2=Pd↓+2HCl+CO 2(该反应可以作为CO 的检验,反应十分灵敏)以上这些反应都可以用于检测微量CO 的存在.(2)CO 与其他非金属的作用 与卤素反应:CO 与F 2、Cl 2、Br 2反应可得到碳酰卤化物,如CO+Cl 2−−→−光照COCl 2 碳酰氯又名“光气”.目前工业上是用活性炭作催化剂,在200℃时,等体积的一氧化碳和氯气作用制取.碳酰氯在室温时为带有甜味的无色气体,沸点为8.2℃,熔点为-118℃,相对密度1.432,易溶于苯以及甲苯.碳酰氯毒性很强,对人和动物的黏膜以及呼吸道有强烈刺激的作用,具有窒息性,侵入组织则产生盐酸.在第一次世界大战时曾被用作毒气.碳酰氯具有酰氯的一般特性,可収生水解、醇解、氨解等反应,是一种比较活泼的试剂,是有机合成上的一个重要原料.(3)CO 与碱的作用CO 显非常微弱的酸性,在473 K 以及1.01×103kPa 压力下能与粉末状的NaOH 反应生成甲酸钠:CO+NaOH −−−−−→−⨯kPa 1001.1,3活性炭HCOONa2.二氧化碳(CO 2)CO 2是无色无味的气体,比空气重,能溶于水(1:1),易液化,固体CO 2俗称“干冰”,属于分子晶体,能升华,汽化时吸热,常作制冷剂.CO 2一般情况下不能燃烧,也不能助燃,但在与C 、Mg 等物质的反应中体现出氧化性.如 CO 2+2Mg 2MgO+C CO 2是碳酸的酸酐,具有酸酐的通性.与水反应:CO 2+H 2O H 2CO 3与碱的反应:CO 2(不足)+2NaOH=Na 2CO 3+H 2OCO 2(足)+NaOH=NaHCO 3与碱性氧化物反应:CO 2+Na 2O=Na 2CO 3与盐反应:CO 2+Na 2CO 3+H 2O=2NaHCO 3实验室常用石灰石(CaCO 3)与稀盐酸或稀硝酸反应制取CO 2,反应方程式如下:CaCO 3+2HCl=CaCl 2+CO 2+H 2O CaCO 3+2HNO 3=Ca(NO 3)2+CO 2+H 2O知识拓展:碳的其他化合物(1)碳为-4价的化合物(CH 4、Al 4C 3、TiC 、ZrC 、Mo 2C 、W 2C 等)水解性(或与水反应):Al 4C 3+12H 2O=4Al(OH)3↓+3CH 4↑ CaC 2+2H 2O=Ca(OH)2+C 2H 2↑20%HfC 和80%TaC 组成的合金是已知物质中熔点最高的(4400℃).(2)CS 2CS 2是易挥収、易燃的无色有机溶剂,明显水解:CS 2+2H 2O=CO 2↑+2H 2S↑与碱性硫化物的反应:CS 2+Na 2S=Na 2CS 3(四)碳酸(H 2CO 3)和碳酸盐1.碳酸碳酸是CO 2的水溶液,只存在稀溶液中,很不稳定,是一种二元弱酸,具有酸的通性.碳酸的酸性比H 2S 、HClO 、苯酚的酸性强,比CH 3COOH 弱.2.碳酸盐的特征铵盐和碱金属的碳酸盐易溶于水,但其酸式盐的溶解度较低.在饱和Na 2CO 3溶液中通入CO 2会有NaHCO 3晶体析出:CO 2+Na 2CO 3+H 2O=2NaHCO 3↓;而其他金属离子的碳酸盐难溶于水,但其酸式盐却有较大的溶解度. 地表层中的CaCO 3和MgCO 3在CO 2和水的长期侵蚀下部分转变为Ca(HCO 3)2和Mg(HCO 3)2而溶解,所以天然水中含有Ca 2+、HCO 3-等离子.由于长期的自然分解,又会析出沉淀即反应如下:Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓+CO 2↑+H 2O Mg(HCO 3)2=====△MgCO 3↓+CO 2↑+H 2O通过以上反应表明了自然界中钟乳石和石笋的形成原因.易溶于水的碳酸盐,其水溶液显碱性:CO 32-+H 2O HCO 3-+OH -碱金属的碳酸盐加热难以分解,其他金属的碳酸盐高温下分解为金属氧化物和CO 2.3.碳酸氢盐的特征碳酸氢盐都溶于水.一般来说,HCO 3-的水解程度大于其电离程度,所以其水溶液呈碱性:HCO 3-+H 2O H 2CO 3+OH -因为CO 32-的水解程度大于HCO 3-的水解程度,所以相同浓度的Na 2CO 3溶液的碱性大于NaHCO 3溶液的碱性.碳酸氢盐受热不稳定,存在下面的热稳定性规律:CO 2>>相应的碳酸盐>酸式碳酸盐>碳酸 点燃4.金属离子与可溶性碳酸盐的反应特点碳酸盐的重要特点是CO 32-易水解,向CO 32-加入金属离子,有三种情况:(1)金属M 电荷高,极易水解:Al 3+、Fe 3+、Cr 3+加入CO 32-,収生双水解反应,相互促迚,产物为M(OH)3+CO 2↑.(2)金属M 可以水解,其氢氧化物的溶解度与碳酸盐差不多,结果形成碱式盐沉淀,如Be 2+、Mg 2+、Cu 2+. Mg(OH)2的溶解度S=2.4×10-4 g,MgCO 3的溶解度S=3.2×10-3g,则Mg 2+与CO 32-的反应为2Mg 2++CO 32-+H 2O=CO 2↑+Mg 2(OH)2CO 3↓.(3)碳酸盐溶解度较小,M 离子水解程度不大,则生成碳酸盐沉淀,如Ca 2+、Sr 2+、Ba 2+.Ba 2++CO 32-=BaCO 3↓三、硅及其化合物(一)硅硅是自然界中分布很广的一种元素,在地壳中,它的含量仅次于氧.单质硅存在同素异形体,有晶体硅和无定形硅.1.物理性质单质硅的晶体是原子晶体,具有四面体型空间网状结构.晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,熔沸点高,硬度大,是一种良好的半导体材料.硅只能以化合物形式存在于自然界中,主要存在形式为SiO 2以及硅酸盐、铝硅酸盐等.2.化学性质硅原子最外层电子数为4,不易得到电子也不易失去电子,通常形成共价化合物.常温下,单质硅的化学性质不活泼,只与F 2、HF 和强碱溶液収生反应:Si+2F 2=SiF 4 Si+4HF=SiF 4↑+2H 2↑加热条件下,Si 能同O 2、Cl 2、Br 2、C 化合,但难与H 2直接化合生成SiH 4,且SiH 4很不稳定,在空气中自燃.Si+2X 2=====△SiX 4(X=Cl 、Br 、I)Si+O 2=====△SiO 2(研细的Si 能在O 2中燃烧)硅在高温下与水蒸气反应:Si+H 2O(g)H 2SiO 3+2H 2硅在具有氧化性的酸中収生钝化,它可以溶于HF —HNO 3的混合酸中:3Si+4HNO 3+18HF=4NO↑+8H 2O+3H 2SiF 6 知识拓展:硅的制备SiCl 4+Zn=Si+2ZnCl 2SiO 2和C 混合,在电炉中加热:SiO 2 + 2CSi + 2CO↑ SiO 2+CaC 2=Si+Ca+2CO↑硅烷的分解:SiH 4=====△Si+2H 2↑用作半导体的超纯硅,需用区域熔融的方法提纯.(二)二氧化硅(SiO 2)和硅酸二氧化硅又叫硅石,是石英和水晶的主要成分.SiO 2是原子晶体,且Si —O 键键能很大,因此具有很高的熔沸点,硬度大,不溶于水,不导电.纯净的SiO 2晶体叫做水晶,它是六方柱状的透明晶体,是较贵重的宝石.水晶或石英在受压时能产生一定的电场,这种现象被称为“压电效应”.这种“压电效应”被应用在电子工业以及钟表工业和超声技术上. SiO 2是酸性氧化物,但由于Si 的+4价是其最稳定的价态,故SiO 2只能在高温下収生一些反应.与碱的反应:SiO 2＋2NaOH=Na 2SiO 3＋H 2O与碱性氧化物反应:SiO 2＋CaO CaSiO 3弱氧化性:SiO 2 + 2C Si + 2CO↑与氢氟酸反应:4HF(g)+SiO 2=SiF 4+2H 2O(腐蚀玻璃) 6HF(aq)+SiO 2=H 2SiF 6+2H 2O与某些盐的反应:SiO 2+Na 2CO 3Na 2SiO 3+CO 2↑SiO 2用于制备光导纤维、光学仪器、精密仪器轴承、化学仪器等.硅酸是SiO 2对应的水化物,为白色粉末状固体,不溶于水,酸性比碳酸弱,在水溶液中是H 4SiO 4(原硅酸)白色沉淀,失水后为H 2SiO 3.可溶性硅酸盐与H 2O 和CO 2生成H 2SiO 3:Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓易错提示:1.认为Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓与SiO 2+Na 2CO 3Na 2SiO 3+CO 2↑两个方程式有矛盾:原因是没有注意到两个反应的条件不同:第一个反应符合一般复分解反应収生的条件,即用较强酸制取较弱的酸;第二个反应由于生成气体CO 2,可以用平衡的观点加以解释,由于CO 2随反应的迚行不断逸出,使上述平衡正向移动,所以反应得以迚行.2.为何碱性溶液可盛装在玻璃瓶中,而不能使用玻璃塞:原因在于SiO 2是普通玻璃的成分之一,其为酸性氧化物,它可与碱性溶液反应,但反应受外界条件(如温度、浓度、接触面积等)影响.瓶口处沾附的氢氧化钠溶液易挥収水分,使其浓度增大,同时因瓶塞是磨口的,表面凹凸不平增大了与碱性溶液的接触面积,反应易迚行,且生成的硅酸钠是一种矿物胶,时间一长可使瓶塞与瓶体黏合在一起;而瓶内瓶壁光滑,氢氧化钠溶液与瓶体接触面积小,反映量微小.(三)硅化物I A 、II A 族硅化物:Ca 2Si 、CaSi 、CaSi 2等,不稳定,与水反应.副族元素硅化物:Mo 3Si 、Mo 5Si 3、MoSi 、MoSi 2等,熔沸点较高,不溶于氢氟酸和王水,仅仅溶于HF —HNO 3的混合酸或碱液中.SiCl 4、SiO 2、Si 3N 4、SiC 和SiH 4为正四面体结构单元.SiF 4的制备:4HF(g)+SiO 2=SiF 4+2H 2OSiCl 4的制备:SiO 2+2C+2Cl 2=2CO+SiCl 4SiH 4在纯水和微酸性溶液中不水解,但用微量碱作催化剂时,迅速水解:SiH 4+(n +2)H 2O −−→−-OH SiO 2∙n H 2O+4H 2↑(四)无机非金属材料1.传统硅酸盐材料以含有硅物质为原料经加热制成硅酸盐产品的工业叫做硅酸盐工业.如水泥、玻璃、陶瓷产品的生产.(1)水泥水泥主要作为建筑材料,其生产的原料、设备、流程以及产品主要成分如下:主要原料:石灰石、黏土、石膏(辅助原料,用于调节水泥的水硬性).主要设备:回转窑.生产流程:原料(石灰石、黏土一定配比)→粉碎成生料→回转窑中高温烧结→熟料→粉碎加辅助材料得到成品水泥.主要成分:硅酸三钙(3CaO∙SiO 2)、硅酸二钙(2CaO∙SiO 2)、铝酸三钙(3CaO∙Al 2O 3).主要特性:水硬性.(2)玻璃玻璃用途广泛,通常用作建筑材料、光学材料等.普通玻璃的生产是硅酸盐工业的重要组成部分.其主要原料、设备、反应原料、产品成分和种类如下:主要原料:石英、纯碱、石灰石等.主要设备:玻璃熔炉等.反应原理:SiO 2+Na 2CO 3Na 2SiO 3+CO 2↑SiO 2+CaCO 3CaSiO 3+CO 2↑主要成分:Na 2SiO 3、CaSiO 3、SiO 2.玻璃种类:普通玻璃、石英玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃等.(3)传统陶瓷传统陶瓷主要以黏土为原料,制备流程通常是:混合→成型→干燥→烧结→冷却.陶瓷根据原料和烧成温度通常可分为:土器(如砖、瓦等)、陶器(较瓷器要求低、较粗糙)、炻器(介于陶器与瓷器之间,如水缸、砂锅)、瓷器(瓷器较陶器瓷体白净、质地致密)等.陶瓷具有抗氧化性好、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘性好等特性.2.新型无机非金属材料新型无机非金属材料主要指半导体、超硬耐高温材料、収光材料、超导材料等.新型无机非金属材料具有耐高温、超硬性,常用来制作轴承、永久模具等;具有优越的电学性能,常用来制作绝缘体、半导体、导体、超导体等;具有良好的光学性能,可用于通讯、信息处理以及医疗等;具有生物功能,用于生物体替代组织或器官,如骨骼、血管等.新型陶瓷主要有高温结构陶瓷、半导体陶瓷、生物陶瓷等.高温结构陶瓷,如氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷,均具有熔点高、硬度大等优点;半导体陶瓷有氧化锡陶瓷;生物陶瓷有氧化铝、磷酸钙陶瓷等.这些新型陶瓷材料除具有传统陶瓷的耐腐蚀性、耐高温的性能外增添了质硬等许多优良个性.从高纯度的SiO 2或石英玻璃熔融体中,拉出直径约100µm 的细丝,称为石英玻璃纤维,这种纤维称为光导纤维.光纤通信是一种新技术,它将光信号在光导纤维中迚行全反射传播,取代了电信号在铜线中的传播,达到两地通信的目的.光纤通信优点:信息传输量大,每根光缆可同时通过10亿路电话;原料来源广;质量轻,每千米27 g;不怕腐蚀,铺设方便;抗电磁干扰,保密性好.知识拓展:传统无机非金属材料的特征:(1)抗腐蚀、耐高温(2)质脆、经不起热冲击新型无机非金属材料的特征:(1)耐高温、高强度(2)具有光学特征(3)具有电学特征(4)具有生物功能。
碳族元素
铅(Pb)
碳族元素及单质的一些性质
原子半径 nm 主要 化合价 颜色、状态 密度 g/cm3 熔点 ℃ 沸点 ℃
0.077
+2,+4
金刚石：无色固体 石墨：灰黑色固体 晶体硅：灰黑色 固体
3.51 2.25 2.32 ~2.34
3550 3652
4827 4827
0.117
+2,+4
1410
2355
0.122
+2,+4
银灰色固体
5.35
937.4
2830
0.141
+2,+4
银白色固体
7.28
231.9
2260
0.175
+2,+4
蓝白色固体
11.34
327.5
1740
碳族元素性质的特殊性
碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)的+4价化合物是稳定 的, 如CO2、SiO2、GeO2、SnO2的氧化性较弱
Si
Ge Sn Pb
SiH4
GeH4 SnH4
(SiO)
GeO SnO PbO
SiO2
GeO2 SnO2 PbO2
元素符号
C 6
Si 14
Ge 32
Sn 50
Pb 82
原子序数
原子半径的变化趋势
随着原子序数的递增，原子半径增大
金属性与非金属性的变化 金属性逐渐增强，非金属性减弱 趋势 最高正价
最高价氧化物化学式 +4 +4 +4 +4 +4
CO2
SiO2
GeO2
SnO2 PbO2
碳族元素碳及其化合物
碳族元素碳及其化合物碳族元素是指位于元素周期表第14族的元素，包括碳(C)，硅(Si)，锗(Ge)，锡(Sn)和铅(Pb)。
碳族元素在自然界中广泛存在，具有重要的地球化学和生物化学意义。
碳是最为重要的碳族元素，因为它是生命的基础，能形成无数种具有复杂结构的有机化合物。
1.碳的性质碳是一种非金属元素，具有原子序数6和相对原子质量12.01、它的外层电子构型为2s22p2，因此能形成四个共价键。
碳具有非常高的熔点和沸点，以及很高的硬度。
它可以形成纯净的晶体结构，比如钻石和石墨。
2.碳的化合物碳可以与其他元素形成大量的化合物，包括有机化合物和无机化合物。
有机化合物是以碳为主要成分的化合物，它们在自然界和生命体系中广泛存在。
有机化合物包括烷烃、烯烃、炔烃、醇、酮、酸、酯等等。
无机化合物则是碳与非金属元素和金属元素形成的化合物，比如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和碳酸盐。
3.碳的地球化学意义碳是地球上最常见的元素之一，它在地壳中的储量很大。
地球上大部分的有机物质也含有碳，包括化石燃料、生物质和土壤有机质。
碳的循环在地球上起着重要的作用，包括碳的释放和吸收过程。
人类活动导致大量的碳排放，加速了全球变暖和气候变化。
4.碳在生物化学中的作用碳是生命体系中最为重要的元素，它构成了所有有机化合物，包括蛋白质、核酸、脂质和碳水化合物。
这些化合物在生物机体的结构和功能中起着重要的作用。
碳还参与能量代谢过程中的碳循环，包括光合作用和细胞呼吸。
5.碳的应用由于碳形成的有机化合物种类繁多，碳化合物在工业和生活中有广泛的应用。
有机化合物被用于制造塑料、橡胶、纤维和药物等。
碳纳米管和石墨烯等碳材料也具有重要的应用潜力，可用于电子器件、储能材料和生物传感器等。
此外，碳的同位素碳-14也被广泛应用于射击物体的定年和环境探测。
总结：碳族元素是地球上最重要的元素之一，在地球化学和生物化学中起着关键的作用。
碳的化合物形式多样，有机化合物是生命体系中的基本组成部分。
第四讲 碳族元素分解
适量OHH+
α
-
H2SnO3 (s,白)
放
置
Sn 浓HNO3β - H2SnO3 (s,白)
不溶于酸或碱
Sn 4HNO3(浓) β-H2SnO3 4NO2 H2O
12
Sn(II)的强还原性
Sn2 2HgCl 2 4Cl- Hg 2Cl2 (s,白) SnCl62Sn2 Hg 2Cl2 4Cl- 2Hg(l,黑) SnCl62Sn2 2Fe3 Sn4 2Fe2 2Bi(OH) 3 3[Sn(OH)4 ]2- 2Bi(s,黑) 3[Sn(OH)6 ]2-
多数难溶：PbCl
2，PbI
2，PbSO
4，PbCO
等
3
（重难点）
PbCl
溶于热水，也溶于盐酸
2
：
PbCl 2 2HCl H2[PbCl 4 ]
PbSO
溶于浓硫酸，生成
4
Pb(HSO
4
)2。
PbI
溶于浓
2
KI
溶液中。
16
Pb2+的鉴定：
Pb2 CrO24Pb 2H2S 2PbS 4H2O2
第四讲 碳族元素
4.1 碳族元素概述 4.2 碳族元素的单质 4.3 碳的化合物 4.4 硅的化合物 4.5 锡、铅的化合物
1
4.1 碳族元素概述
碳族(IVA)：C, Si, Ge, Sn, Pb
典型非金属 准金属 典型金属
价电子构型：ns2np2
主要氧化值
0、+2、+4
2
4.2 碳族元素的单质
C：sp杂化
：O C
O
：Π
4 3
4
4.3 碳的化合物 2.碳酸及其盐
碳族元素讲解
化一200900111143 杨晓碳族元素碳族元素碳族元素位于元素周期表中ⅣA族，包括碳（C）、硅（Si）、锗（Ge，分散元素）、锡（Sn）、铅（Pb）五种元素。
其中，碳、硅是非金属，其余三种是金属，由于硅、锗的金属性与非金属性均不强，也有人称其为准金属。
一、碳族元素的通性1、碳族元素在自然界中的分布：碳在自然界中主要以煤、石油、天然气、动植物等有机物存在，无机物矿藏主要有石灰石CaCO3、大理石CaCO3、白云石CaCO3·MgCO3、菱镁矿MgCO3等，空气中存在约0.03%（体积比）的CO2。
碳在地壳中的质量含量为0.027%。
碳主要有12C、13C、14C三种同位素，前两种的丰富度分别为98.892%和1.108%。
硅在地壳中的质量分数为28.2%，主要以硅酸盐的形式存在于土壤和泥沙中，自然界中也存在石英矿。
锗、锡、铅在地壳中的质量分数分别为0.0005%、0.0002%、0.0013%，主要以硫化物和氧化物的形式存在，其中锗、锡、以二氧化物存在，铅以硫化物居多。
2、元素结构与性质：3、元素的成键特征：⑴碳的成键特征①采取等性sp3杂化，形成4个共价单键。
如:CH4、金刚石等。
②采取等性sp2杂化，形成3个σ键和1个π键（或离域π键）。
如：石墨，COCl2等。
③ 采取等性sp 杂化，形成2个σ键和2个π键（或离域π键）。
如：CO 2、C 2H 2等。
④ 采取不等性sp 杂化，形成1个σ键和2个π键。
如：HCN 、CO 等。
⑤ 形成配位键。
如：CO 中有π配位键；Fe （CO ）5中有σ配位键。
⑵ 硅的成键特征① 采取等性sp 3杂化，形成4个共价单键。
如：Si 4、SiCl 4等。
② 采取sp 3d 2杂化，形成六个共价单键。
如：SiF 62-等。
③ 形成配位键。
如：SiF 62-中有2个σ配位键。
Si-Si 、Si-H 、Si-O 键的键能分别为197kJ ·mol -1、320 kJ ·mol -1、368 kJ ·mol -1，除Si-O 键外前两者的键能分别小于C-C 键和C-H 键，因此，Si 、H 、O 可以形成一些类似于C 、H 、O 形成的有机物，但数量有限。
碳族元素
碳族元素1．碳族元素(1)碳族元素的特征在元素周期表中，碳族元素处在从活泼金属(IA)向活泼非金属(ⅦA)过渡的中间位置，其最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，所以碳族元素的成键特点是易形成共价键，难形成离子键。
这一特点以碳、硅最为典型，碳族元素从非金属性向金属性递变最为明显，是元素周期律和物质结构理论的典型体现。
碳族元素形成的非金属单质为原子晶体，在同周期中硬度最大(石墨例外)，熔沸点最高(如金刚石、晶体硅)。
硅在地壳中含量仅次于氧，晶体硅是一种良好的半导体材料。
(2)碳族元素的化合价碳族元素的主要化合价有+2、+4，其中铅+2价稳定，其余元素+4价稳定。
价态的稳定与否，能很好地帮助我们判断物质的氧化性、还原性及稳定性。
如铅的+2价稳定，则铅的+4价的化合物不稳定。
易在氧化还原反应中生成稳定价态的+2价化合物而表现出强的氧化性；又如CO中的碳为+2价，而其+4价更稳定，则CO不如CO2稳定而有较强的还原性。
(3)碳族元素的性质及递变规律在元素周期表中，碳族元素位于活泼金属向活泼非金属过渡的中间位置，其最外层电子数为4，在性质相似的同时，从上到下电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，失电子的能力增强，从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型，即由C→Pb，元素的非金属性逐渐减弱、金属性逐渐增强。
其中碳、硅是非金属，锗是半导体材料，锡、铅是金属。
碳族元素，随着原子序数逐渐增大，非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱。
气态氢化物的稳定性：CH4＞SiH4＞GeH4最高价氧化物对应水化物的酸性：H2CO3＞H2SiO3＞H4GeO4(4)碳族元素在自然界里的存在在自然界里，碳的存在形式有游离态和化合态两种；硅在地壳上主要以硅酸盐矿石的形式存在；锗是不常见的金属；锡和铅两种金属都以化合态的形式存在。
(5)单质的性质：碳族元素的单质在室温下都是固体、颜色各不相同。
碳族元素
那么榴莲的气味呢，
• 硫化氢、乙基氢化二硫化物、几种二烷基 多硫化物、乙酸乙酯、一二乙氧基乙烷和 乙基一2一甲基丁酮酸酯。 主要为硫化物和 酯类，烷类 • 泰国农业部的专家经过十年的研究，于 2007年成功开发出没有特殊臭味的榴莲， 并将这种榴莲命名为“尖竹汶1号。榴莲糖 的气味呢 Nhomakorabea•
老大：碳C，Carbon（起源于拉丁文 碳
carbo，意为“charcoal（木炭）碳主要有三 种同素异形体：金刚石；无定形炭石墨（木 炭，炭黑，活性炭，焦炭等都属石墨的微晶 体，）；富勒烯碳（足球烯等)
碳族元素
•
金刚石
石墨
•
碳和硅在自然界中分布很广，碳含量不 多，但却是地球上化合物种类最多的元素 之一，动植物机体也是多种含碳的有机化 合物，所以碳是是生物界的主要元素。
你们太早熟啦， 我举脚鄙视 你们！嘿嘿 嘿
碳的同素异形体
• 金刚石——世界上最大的一颗钻石是1905年1 月27日在南非扎伊尔伯里梅尔（Premier）发现的， 该钻石取名“库里南”（Cullinan），重达3106克 拉。长100mm，宽65mm，厚50mm。宝石界行家 估计“库里南”的价值高达75亿美元。金刚石 与钻石的区别——金刚石是矿物学 名称，而钻石是宝石学名称。因 此，严格地说，钻石应当是经过 琢磨做成了首饰的金刚石宝石 库里南钻石——
坚硬，因为铜被掺入锡后会得到更加 • 坚硬的青铜，英语为Tin。
• 老五：铅 Lead ，Pb(Plumbum)，原指铅
(Plumbum Nigrum，黑铅)和锡(Plumbum Album， 白铅 • )，古代就已发现。英语为Lead，原意为领导，后 逐步引申为导线和铅锤。
老六：Uuq,也不知是男是女，才刚 吃奶呢，大家就不用理它啦!
碳族元素及其化合物
碳族元素及其化合物
碳族元素及其化合物
从表中有关数据可知，碳族元素从上至下金属性增强，碳 和硅是非金属元素，锗、锡和铅是金属元素。它们单质的化学 性质都不太活泼，从碳至铅活泼性略有增强。
碳处于第二周期，半径小，电负性较大，与同族其他元素 相比表现出许多特殊性。碳和硅的同种原子间可形成键，并能 与氢形成一系列碳氢化合物和硅氢化合物，这是它们的重要特 征。硅和锗是重要的半导体元素。碳、硅、锗、锡、铅及其化 合物在材料领域有广泛应用。
碳族元素及其化合物
二、 碳及其重要化合物 1. 碳的同素异形体
碳可形成立方系金刚石结构的 原子晶体、六方系的石墨和富勒烯 C60等三种同素异形体。它们的结 构模型如图8-3所示。
碳族元素及其化合物
图8-3 金刚石、石墨和富勒烯的结构
碳族元素及其化合物
金刚石是具有立方对称结构的原子晶体，而石墨是六方层状结构。 在石墨晶体中，同层C—C键键长为142 pm，层与层之间以范德华力 结合，C原子之间相距335 pm。
碳族元素及其化合物
3. 碳酸及其盐
二氧化碳溶于水可得到碳酸，但在水溶液中大部分CO2与 H2O分子形成不太紧密的水合物，只有一小部分生成H2CO3，经 测定在饱和CO2的水溶液中［CO2］/［H2CO3］=600/1。
碳酸为二元弱酸，碳酸盐有正盐（碳酸盐）和酸式盐（碳酸 氢盐）两种类型。碱金属（Li除外）和铵的碳酸盐易溶于水，其 他金属的碳酸盐难溶于水。因此自然界中存在很多碳酸盐矿物， 如大理石CaCO3、菱镁矿MgCO3、菱铁矿FeCO3、白铅矿 PbCO3、孔雀石CuCO3·Cu(OH)2等。对于难溶的碳酸盐来说，相 应的酸式碳酸盐溶解度大。
碳族元素及其化合物
CO2是无色无嗅的气体，加压易液化。在低温下CO2凝为 白色雪花状固体，压紧可成块状，故称干冰，可作致冷剂。 CO2的临界温度为304 K，加压可液化（258 K，1.545 MPa），一般储存在钢瓶中，便于运输和计量。在临界温度 下，CO2可作为优良溶剂进行超临界萃取，选择性地分离各种 有机物，如从茶叶中提取咖啡因。它也是主要的温室效应气体， 其排放量受到《京都议定书》的限制。
《化学》碳族元素
《化学》碳族元素碳族元素是元素周期表中的第14族元素，包括碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）和铅（Pb）。
这些元素的特点是在外层电子层中具有4个电子，因此它们通常能与其他元素形成强烈的化学键。
本文将分别介绍这些元素的性质和应用。
首先，让我们来看看碳。
碳是地球上广泛存在的元素之一，它是生命的基础。
它的原子结构包含6个质子和6个中子，因此在最外层电子层中有4个电子。
碳的全电子层配置是1s2,2s2,2p2、由于其外层电子数为4个，碳能形成多种化合物，包括有机化合物。
有机化合物是由碳和氢以及其他一些元素组成的化合物。
碳元素有独特的特点，能够与其他碳原子形成共价键，形成碳链结构，从而形成复杂的有机分子。
有机分子具有多样的性质和用途，包括生物分子、药物、塑料和燃料等。
同时，硅是碳族元素中的另一个重要成员。
它的原子结构包含14个电子，其中4个位于最外层电子层。
硅的全电子层配置是1s2,2s2,2p6,3s2,3p2、硅是地壳中第二丰富的元素，其化合物被广泛应用于电子工业和建筑业。
硅的一个重要特点是其半导体性质。
在纯净的晶体硅中，硅原子通过共价键结合成球状结构，但它们之间并不是完全连接的。
这使得硅具有在一定条件下导电性的特性，可以用于制造各种电子器件，如二极管和晶体管等。
此外，硅化合物也被用于太阳能电池的制造。
除了碳和硅外，锗、锡和铅也是碳族元素中的重要成员。
锗和锡在外层电子层分别有4个电子和2个电子，可与其他元素形成化学键。
它们被广泛用于半导体材料和电子器件的制造，如晶体管和太阳能电池。
铅是碳族元素中密度最高的元素，具有较高的电导率和延展性。
它的外层电子层有4个电子，可以形成化合物和锡类似。
铅在建筑和汽车制造等许多领域中得到广泛应用，但也因其毒性而受到一些限制。
综上所述，碳族元素包括碳、硅、锗、锡和铅，它们在外层电子层中具有4个电子，能够与其他元素形成强烈的化学键。
碳元素是生命的基础，能形成多种有机分子；硅是重要的半导体材料；锗、锡和铅也在电子和工业领域发挥重要作用。
碳族元素
第一节碳族元素注意：C、Si、Ge、Sn的+4价化合物是稳定的，而Pb的+2价化合物是稳定的，由此注意：（1）碳元素形成的单质（金刚石）硬度最大，碳元素所形成的化合物种类最多；在所有非金属元素形成的气态氢化物中，甲烷含氢量最大。
（2）硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。
（3）碳族元素单质的熔沸点大致随核电荷数的增多而逐渐降低，这和碱金属相似，但变化实质不同，碱金属全部是金属，熔点随金属键的减弱而降低；而金刚石、晶体硅、锗是原子晶体，其熔点随共价键的减弱而降低。
锡和铅是金属，熔沸点较低。
二、碳及其化合物注意：1、碳的同素异形体：金刚石（原子晶体）、石墨（过度型晶体）、C60（分子晶体）等。
2、碳酸盐性质的一般规律(1)溶解性：如果碳酸的正盐溶解度较大，则酸式盐的溶解度较小[如：Na2CO3＞NaHCO3]；如果碳酸的正盐溶解度较小，则对应的酸式盐的溶解度较大[如：CaCO3＜Ca(HCO3)2](2)稳定性：难溶性的碳酸盐、(NH4)2CO3及酸式盐受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。
3、HCO3—与CO32—的检验：(1)利用溶解性（固）(2)加热（固）(3)与盐酸反应（比较反应速率，要求溶液同浓度、同体积）(4)滴加BaCl2或CaC l2溶液(5)与酸反滴命题规律碳、硅等元素知识是近几年高考题试题中命题的一个热点，该族元素性质相对稳定，常以元素及其化合物知识为载体与化学基本概念、基本理论、化学实验及化学计算密切结合来考察；考察的主要内容有：1、C、CO的还原性；2、CO、CO2的检验与鉴别；3、CO、CO2等气体的制取和收集；4、CO2与NaOH、SiO2与C等反应产物的确定及计算；5、金刚石、石墨、晶体硅、二氧化硅的结构和性质，C60的空间结构及计算；6、环境保护、消除碳氧化物污染及防治。
该部分知识涉及面广，实际应用性强，命题方向比较灵活。
2004年北京、上海卷中有3个选择题的测试内容包括碳的同素异形体相关知识、CaCO3与酸反应。
第十四章 碳族元素
1)、SiH4的热稳定性不如CH4，SiH4 →Si + 2H2 2)、SiH4的还原性强，在空气中自燃 SiH4 + 2O2 →SiO2 + 2H2O SiH4 + 2KMnO4 →2MnO2 + K2SiO3 + 2H2O + H2 3)、SiH4易水解： SiH4 + (n+2)H2O→SiO2.nH2O + 4H2
Pb：软、强度不高的金属，密度很大(11.35g.cm-3)， m.p.，601K，新鲜的Pb表面有金属光泽，它受空气 中的氧、水、CO2作用，迅速生成一层致密的碱式 碳酸盐保护。 在HCl中缓慢作用：Pb + 2HCl === PbCl2 + H2 ＞79%的H2SO4中： Pb + 2H2SO4 === Pb(HSO4)2 + H2
2. 硅烷的制法 SiO2 + 4Mg === Mg2Si +2MgO Mg2Si +4HCl === SiH4 + 2MgCl2 此法制得的SiH4不纯，常含乙硅烷，丙硅烷 SiCl4 + LiAlH4 === SiH4 + LiCl + AlCl3
六、卤化物和硫化物 1. Si、Sn、Pb的卤化物 Si的卤化物：SiF4和SiCl4，其制备： SiO2 + 4HF === SiF4 + 2H2O Si + 2Cl2 === SiCl4 SiO2 + 2C + 2Cl2 === SiCl4 + 2CO SiF4易溶于水，并水解： 3SiF4 + 4H2O === H4SiO4 + 4H+ + 2SiF62SiCl4 + 4H2O === H4SiO4 + 4HCl
高中化学关于炭族元素的知识点详解
高中化学关于炭族元素的知识点详解高中化学关于炭族元素的知识点的介绍1. 碳族元素性质的相似性和递变性：1相似性① 碳族元素原子结构最外层都为4个电子，C、Si为非金属元素，Ge、Sn、Pb为金属元素。
② 最高正价为 4，负价为-4。
③ 非金属元素可形成气态氢化物RH4④ 非金属元素最高价氧化物对应的水化物为H2RO3，其水溶液呈酸性;金属元素低价氧化物对应水化物为、具两性偏碱性。
2. 碳单质C碳元素价态变化及重要物质：碳的同素异形体有金刚石和石墨两种。
1金刚石和石墨的晶体结构：金刚石晶体里，每个碳原子都处于四个碳原子的中心，以共价键跟四个碳原子结合成正四面体结构，正四面体结构向空间发展，构成一个空间网状晶体，为原子晶体。
石墨晶体是层状结构，每层内的碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面网状结构，同一层内，相邻的碳原子以非极性共价键结合，层与层以范德华力相结合，因层与层之间易滑动，质软。
石墨晶体为层状晶体看作混合型晶体。
2物理性质：金刚石和石墨物理性质有较大差异。
3化学性质：碳单质常温下性质很稳定，碳的性质随温度升高，活性增大。
碳的同素异形体化学性质相似。
① 可燃性：在充足空气中燃烧C O2足 2CO② 高温下，与氢、硫、硅等发生化合反应：C+2S CS2C表现还原性C+Si SiCC表现弱氧化性C+2H2 CH4C表现弱氧化性③ 高温下，与钙、铁、铝、硅的氧化物发生反应，生成碳化物或还原出金属单质。
CaO+3C CaC2+CO电石CuO+C Cu+COSiO2+2C Si+2COFe2O3+3C 2Fe+3CO④ 高温下，与水蒸汽发生反应，⑤ 与氧化性酸发生反应：C 4HNO3浓CO2↑ 2SO2↑ 2H2O3. 二氧化碳CO2属于酸性氧化物，即为碳酸酸酐。
1分子组成和结构：二氧化碳分子是由两个氧原子和一个碳原子通过极性共价键结合成直线型的非极性分子;固态时为分子晶体。
2物理性质：二氧化碳是无色、无嗅的气体，密度比空气大，加压和降温下变为雪状固体叫干冰，若在压强为101帕，温度℃时，干冰可升华成气体;CO2可溶于水通常状况下1:1。
无机化学第十五章碳族元素
05
碳族元素的前景展望
新材料和新能源的发展
新材料
碳族元素如硅、锗等在新型材料领域具有广泛的应用前景， 如硅基太阳能电池、锗基半导体材料等。随着科技的发展， 碳族元素有望在新型材料领域发挥更大的作用。
新能源
碳族元素在新能源领域如燃料电池、锂电池等也有着重要的 应用，其性能和安全性不断提高，有助于推动新能源产业的 发展。
THANKS
感谢观看
碳族元素在工业中有许多应用，如硅 和锗用于半导体材料，锡用于制造合 金和焊料，铅用于电池和颜料等。
02
碳族元素的通性
碳族元素的原子结构
原子结构相似
碳族元素原子的最外层电子数均 为4，容易形成共价键。
电子构型相同
碳族元素的电子构型为ns²np²，其 中n为能级数。
价电子构型相似
碳族元素的价电子构型为(ns²)(np²)， 表现出相似的化学性质。
锗
较少见，主要存在于硫化物矿 中。
锡和铅
存在于地壳中的多种矿石和岩 石中。
碳族元素的主要用途
碳
用于制造各种有机化合物，如塑 料、合成纤维、染料等，也是钢
铁和其他金属的合金元素。
硅
用于制造半导体器件、集成电 路、太阳能电池等，也是建筑 和耐火材料的重要成分。
锗
用于制造电子器件、光纤通信 、红外光学仪器等。
碳族元素在环境保护中的作用
空气净化
碳族元素如硅和锗等可用于空气净化技术，通过吸附和催化作用去除空气中的有害物质，提高空气质 量。
水处理
碳族元素可用于水处理技术，如硅藻土和活性炭等，能够有效去除水中的杂质和有害物质，保障饮用 水安全。同时，碳族元素还可用于土壤修复和废物处理等领域，为环境保护做出贡献。
高中化学碳族元素的知识点总结
高中化学碳族元素的知识点总结碳族元素是周期表中的第14族，包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)和麦家(Ja)。
碳族元素具有一些共同的性质和特征，下面将对碳族元素的知识点进行总结。
1.原子结构：碳族元素的原子结构特点是外层电子壳的电子数量为4个。
每个碳族元素的原子内核都有与其电子数相等的质子数，电荷中和，具有相应的原子序数。
电子层的排布为[2,8,4]，其中两个内层电子属于填充内层，而最外层电子属于价电子。
2.定位和周期性：碳族元素位于第2周期，是元素周期表中的第14组。
它们具有相似的化学性质，因为它们有相同数量的价电子，并且在化学反应中容易失去或获得4个电子。
3.物理性质：碳族元素的物理性质有一定的规律性。
随着原子序数的增加，原子半径逐渐增加，原子核对外层电子的束缚减弱，电子云容易发生形变。
此外，碳族元素的密度、熔点和沸点也随着原子序数的增加而递增。
4.化学性质：碳族元素的化学性质主要由它们的外层电子配置所决定，其中最外层电子的数量为4个。
碳族元素常发生+4价和-4价两种价态。
在化合物中，它们通常与其他元素形成共价键或离子键。
5.碳的性质：以碳为代表的碳族元素是生命中的基础元素，生物分子的骨架和结构都以碳为主要构成部分。
碳的共有4个价电子，因此形成氧化态及共价化合物较为常见。
碳的同素异形体分子和同系物在化学反应中具有独特的性质和活性。
6.半金属元素：碳族元素中的硅，被认为是一种半金属元素。
硅的特点是中等电负性、半导体特性和热稳定性较好。
硅在电子学和材料科学领域有广泛的应用，如制备半导体器件和太阳能电池。
7.其他碳族元素：除碳和硅外，锡、铅和麥家也是碳族元素。
锡和铅是广泛使用的金属，它们常用于制备合金。
麦家是放射性元素，具有高毒性和放射性衰变的特点。
8.化合物和应用：碳族元素形成的化合物具有多样性和广泛的应用。
例如，碳形成的化合物包括有机化合物(有机化学的基础)、无机化合物(如碳酸盐)和碳化物(如硅碳化物)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
硅 碳族元素
第一部分 碳族元素
碳族元素在元素周期表中的位置
C Si Ge Sn Pb
一、碳族元素相似性和递变性
元素符号 原子序数 原子半径的变化 金属性与非金属 性的变化趋势 常见化合价 最高价氧化物 最高价氧化物的 水化物的化学式 及酸碱性强弱
气态氢化物的化学式 及稳定性强弱
+2、+4 、
C 6
大（结构类似金刚石）、 结构类似金刚石）、 是半导体
有晶体和无定形两种同素异形 体
2. 化学性质
化学性质稳定
常温下性质稳定
常温下只和F 常温下只和 2 、HF、强碱反应 、
Si + 2F2 = SiF4
Si + 4HF = SiF4 +2H2↑
Si + 2NaOH +H2O = Na2SiO3+ 2H2↑ Si + 2NaOH +4H2O = Na2SiO3 +2H2 ↑+3H2O 4e加热时能和O 反应: 加热时能和 2、Cl2 等反应 Si + O2
第二节 硅及其化合物的性 质 无机非金属材料
一、硅
1. 存在和物理性质： 存在和物理性质：
含量居第二（ 、 、 、 含量居第二（O、Si、Al、Fe ) 无游离态，是构成矿物和岩石的主要成分。 无游离态，是构成矿物和岩石的主要成分。 灰黑色、有金属光泽， 灰黑色、有金属光泽，硬而脆 的固体, 的固体 熔沸点很高硬度很
例2： 水蒸气通过灼热的煤所产生的混合气， ： 水蒸气通过灼热的煤所产生的混合气， 其主要成分是CO、H2，还含有 还含有CO2和水蒸气，请用 和水蒸气， 其主要成分是 、 如图所示装置设计一个实验， 如图所示装置设计一个实验，以确认上述混合气中 含有CO和H2。 含有 和
连接上述装置的正确顺序是： 连接上述装置的正确顺序是：
1、如何检验CO气体？ 如何检验CO气体？ CO气体 2、写出三个不同类型的生成CO的化学反应方程式 写出三个不同类型的生成CO的化学反应方程式 CO
高温
3CO2+2Fe（炼铁） （炼铁）
（2）CO2： 物理性质： 无色无味、微溶于水，无毒， 物理性质： 无色无味、微溶于水，无毒，不支持燃烧 化学性质： 化学性质：
例5
课本上说： ‥‥‥碳 课本上说：“‥‥‥碳、硅、锗、锡的 +4价化合物是稳定的 ，而铅的 价化合物 价化合物是稳定的 而铅的+2价化合物 是稳定的” 是稳定的”。
价化合物（ （1）根据上一句话判断：锡的 价化合物（SnCl2） ）根据上一句话判断：锡的+2价化合物 应该具有较强的_______性 铅的+4价化合物 应该具有较强的 还 原 性，铅的 价化合物 应该具有较强的_______性。 （PbO2）应该具有较强的 性 氧化 可以写成FeO · Fe2O3的形式，根据 的形式， （2） Fe3O4可以写成 化合价规律和这种书写方法， 化合价规律和这种书写方法， Pb3O4用上述形 2PbO · PbO2 。 式表示， 式表示，其化学式可写为 PbO · Pb2O3 （3）与浓盐酸可发生氧化还原反应生成Cl2,该 与浓盐酸可发生氧化还原反应生成Cl 反应的化学方程式为
酸式盐
都溶于水
△
热稳 定性 与酸 反应 与碱 反应 转化 关系
2NaHCO3＝ Na2CO3+CO2↑+H2O HCO3- +H+= CO2↑+H2O NaHCO3+NaOH= Na2CO3+H2O
△
Na2CO3+CO2+H2O= 2NaHCO3
2NaHCO3＝ Na2CO3+CO2↑+H2O
例1
稳定性减弱
二、碳及其化合物 1、单质
金刚石、石墨、 金刚石、石墨、C60、C20、C40、C70等 （1）同素异形体： 同素异形体： 、 、
金刚石
石墨
C60
碳的第三种同素异形体
笼状分子， 笼状分子，固态时是分子晶 体，每个碳原子只跟相邻的 三个碳原子形成共价键， 三个碳原子形成共价键，60 个碳原子构成球形， 32面 个碳原子构成球形，共32面 包括12个五边形，20个 12个五边形 体，包括12个五边形，20个 六边形。 六边形。
E，F接D，C接A，B（或B，A）接J，I接H，G ， 接 ， 接 ， （ ， ） ，接 ，
例3.①CaCO3 3.①
②Ca(HCO3)2
③H2CO3
④CO2
的稳定性顺序为
(C ) (A) ①＞②＞③＞④ (B) ①＞②＞④＞③ (C) ④＞①＞②＞③ (D) ①＞③＞②＞④
向碳酸钠溶液中逐滴加入盐酸， 例4. 向碳酸钠溶液中逐滴加入盐酸，直到不再 产生CO 气体为止，则此过程中， 产生 2气体为止，则此过程中，溶液中的碳酸 氢根离子浓度变化的趋势可能是： 氢根离子浓度变化的趋势可能是： (A) 逐渐减小 (C) 先逐渐增大后逐渐减小 (D) 先逐渐减小再逐渐增大 ( C (B) 逐渐增大 )
小结：组成符合
(CO)a(H)b 的物质充分燃烧后的 产物与足量过氧化钠反应时，固体增加的质量等于 该可燃物的质量。
2.有 2.有Na2CO3、NaHCO3、CaO和NaOH组成的 、 和 组成的 混合物27.2g , 把它们溶于足量水中 , 充分反 混合物 应后， 应后，溶液中 Ca2+、CO32-、HCO3- 均转化 为沉淀，将反应后容器内的水份蒸干， 为沉淀，将反应后容器内的水份蒸干，最后 得到白色固体共29g ，则原混合物中 2CO3 则原混合物中Na 得到白色固体共 的质量是（ A 的质量是（ A ） A、10.6g 、 计算 B、16.6g 、 C、21.2g 、 D、无法 、
+2 +3
PbO2+4HCl(浓) = PbCl2+Cl2↑+2H2O 浓
ห้องสมุดไป่ตู้
三、碳酸和碳酸盐
1、碳酸:不稳定易分解的易挥发二元弱酸 可使指示剂变色 、碳酸 不稳定易分解的易挥发二元弱酸 不稳定易分解的易挥发二元弱酸,可使指示剂变色 常见的不稳定酸有： ①常见的不稳定酸有： H2CO3、H2SO3、HClO、HNO3、H2SiO3等，其中: 其中: 、 a.H 极不稳定; a. 2CO3极不稳定; b.光照能加快 b.光照能加快HClO、HNO3的分解; 、 的分解; 光照能加快 c.H 受热时才分解。 c. 2SiO3受热时才分解。 ②常见的酸性比碳酸弱的酸（或酚）有： 常见的酸性比碳酸弱的酸（或酚） HClO、H2SiO3、C6H5OH 、Al(OH)3等 、 常见的反应有： ③常见的反应有： CO2+H2O+Ca(ClO)2 ==CaCO3↓+2HClO CO2+ H2O + Na2SiO3==Na2CO3+2H2 SiO3↓ CO2+ H2O + C6H6ONa → C6H5OH + NaHCO3 CO2+2NaAlO2+3H2O==2 Al(OH)3 ↓+ Na2CO3
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
高温 高温
实验室制法 工业制法
略
C+H2O=CO+H2
CaCO3=CaO+CO2↑
气体发生器的情况下， 例1： 在没有现成的 ： 在没有现成的CO2气体发生器的情况下， 请你选用下图中的部分仪器，装配成一个简易的、 请你选用下图中的部分仪器，装配成一个简易的、能 随用随停的CO2气体发生装置。应选用的仪器是 气体发生装置。 随用随停的 a、c、d、e （填编号）。 、 、 、 ________________（填编号）。
氧化性： 氧化性： CO2+C
高温
2CO 2MgO+C
CO2+2Mg 点燃 酸性氧化物通性： 酸性氧化物通性：
2NaOH十 思考: 十CO2＝Na2CO3十H2O 思考 Ca(OH)2十CO2＝CaCO3↓十H2O
(用于吸收 2) 用于吸收CO 用于吸收 (用于检验 2) 用于检验CO 用于检验
溶液中通CO2的现象 侯氏制碱法 的现象?侯氏制碱法 1.在饱和 2CO3溶液中通 在饱和Na 在饱和 CO2与碱溶液反应时，随着反应物量的比例不同，产物不同： 与碱溶液反应时，随着反应物量的比例不同，产物不同： 的原理是什么? 的原理是什么 2.在澄清石灰水中通足量的 2的图象如何 产生 在澄清石灰水中通足量的CO 的图象如何,产生 在澄清石灰水中通足量的 CO2十NaOH(不足量 不足量) 不足量 同样的沉淀通入的CO2一样吗 一样吗,如何求解 同样的沉淀通入的＝NaHCO3 如何求解
CO2十2NaOH(过量 =Na2CO3十H2O 过量) 过量
(3).一氧化碳与二氧化碳的比较 一氧化碳与二氧化碳的比较 一氧化碳与二氧化碳的
一氧化碳 物理性质 化学性质 二氧化碳
无色、无味、有毒、无色、略带酸味、能溶于水、 无色、无味、有毒、无色、略带酸味、能溶于水、 难溶于水 固态称干冰 1、可燃性 、 2、还原性 、 3、不成盐氧化物 、 1、不能燃烧、不助燃 、不能燃烧、 2、氧化性 、 3、酸性氧化物 、