元素化合物碳族元素
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2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ == 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O
鉴定H2O2的方法: Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ == 2CrO5 + 5H2O
用乙醚萃取CrO5,显蓝紫色。
(3)中和(取代)反应:NaOOH(一取代)、Na2O2(二取代)
(4)加合反应: (通水合物) 2Na2CO3 + 3H2O2 == 2Na2CO3•3H2O2
第六节 二氧化硅和硅酸盐 1、SiO2(Silica) SiO2(s) + 4HX(g) == SiX4(g) + 2H2O HF ΔG = -92.82kJ HCl: ΔG = 138.87kJ
存在、用途:刚玉、宝石、翡翠;光纤、石英表。
思考:说明下列反应能够发生的理由或条件或用途:
(1)SiO2 + 2OH- == SiO32- + H2O (2) SiO2 + Na2CO3 == Na2SiO3 + CO2 (3)SiO2 + Na2SO4 = Na2SiO3 + SO3 (4) 2KNO3 + SiO2 = K2SiO3 + NO + NO2 +O2 (5) SiO2 + CaO == CaSiO3
SiF4 + 2F- = SiF62- ΔH = -130.5kJ Na2SiF6 + 2H2O == 2NaF + SiO2 + 4HF
SiF62-: (1)杂化形式:sp3d2 (2)等电子体:AlF63- 、PF6-、 SF6
问题:为什么SiF4易水解,而CF4不易水解?
(2)SiCl4: SiCl4 + 2H2O = SiO2 + 4HCl(不可逆) SiO2 + 2C + 2Cl2 SiCl4 + 2CO
(ii)[H+] = K1K2 = 10-8.3
pH = 8.3
(4)已知:
Ksp CaCO3 Ca(OH)2 MgCO3 Mg(OH)2
Ksp 2.5*10-9 5.5*10-6 1.0*10-5 1.8*10-11
H2CO3 HCO3-
K 4.2*10-7 5.6*10-11
a: 0.20mol/LCaCl2溶液与等体积0.20mol/LNa2CO3溶液混合,沉淀为 ? b: 0.20mol/LMgCl2溶液与等体积0.20mol/LNa2CO3溶液混合 ,沉淀为 ?
第四节 硅
2、制备: SiO2 + 2C(s) = Si(s) + 2CO(g) Δ H = -690kJ ΔS = 0.361kJ/K
SiO2 + CaC2 = Si + Ca + 2CO SiH4 == Si + 2H2
第五节 硅化氢和卤化物 1、硅烷: Mg2Si + 4HCl = SiH4 + 2MgCl2 SiCl4 + LiAlH4 = SiH4 + LiCl + AlCl3 SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O
2、CO2(Carbon dioxide)
(1)结构: 等电子体:CO2 N3- NO2+ N2O+ OCN-
(2个Π )
4
3
(2)化学性质:
CO2(g) + 2Mg(S) == 2MgO(S) + C(s) CO2 + M(OH)2 === MCO3 + H2O (M = Ca、Ba) MgO(s) + C(s) ==== Mg(g) + CO(g) (~2000K) Al2O3(l) + C(s) === 2Al(g) + 3CO(g) (~2300K) 注:高温条件生成CO!
OH OC
O
O C
HO
2-
O
(2)向饱和碳酸钠溶液中通入CO2,有何现象发生?
(3)NaHCO3溶液为什么显碱性,用具体数据说明? 已知:K1=4.2*10-7、K2 = 5.6*10-11 Kw = 10-14
(i) 水解平衡常数>电离平衡常数:水解趋势大于电离的趋势。
(ii)
Kw/K1 = 2.4*10-8 > K2 = 5.6*10-11
(燃烧热分别为:397.27 394.38kJ/mol)
(4)石墨和金刚石的用途?
3、活性炭的吸附 物理吸附、化学吸附:均为放热反应,后者大于前者。
1、CO(Carbon monoxide)
第二节 碳的化合物
(1)制法:
H2SO4(浓)
HCOOH
CO + H2O
CO + NaOH = HCOONa
讨论:CO是否是甲酸的酸酐或酸性氧化物?
4HClO4 + P4O10 = 4HPO3 + 2Cl2O7(极难缩合) H2SO4强酸,难缩合:H2S2O7(焦硫酸) H3PO4中强酸,可缩合:Hn+2PnO3n+1(n聚磷酸) H4SiO4弱酸,易缩合:
(2)硅酸盐 水玻璃(water glass):硅酸钠的水溶液。 SiO32- + 2H+ = H2SiO3(胶体或凝胶) SiO32- + 2CO2 + 2H2O = H2SiO3 + 2HCO3SiO32- + 2NH4+ = H2SiO3 + 2NH3
极性分子 2、制法:
(1)电解HSO4-得过二硫酸盐, M2S2O8(M=K、NH4)
阳极:2SO4 2 - -2e == S2O82阴极:2H+ + 2e == H2 S2O82- + 2H2O === 2SO42- + H2O2 + 2H+ (减压蒸馏)
(2)乙基蒽醌法
H2O2保存: 阴凉、加阻化剂锡酸钠Na2Sn(OH)6 3、性质: 酸性:K1 = 1.55×10-12 K2 ~=10-25
Freon:CClnF4-n
COX2(X = F、 Cl、 Br) 2、硫化物
写出下列反应的方程式: (1)CS2 + Na2S (2)BaCS3 + HCl (3)Na2S2 + CS2
1、性质: Si + 4OH- = SiO44- + 2H2 SiO44- + 4H2O = Si(OH)4 + 4OH- Si + 4HF(aq) = SiF4 + 2H2 Si(s) + O2(g) = SiO2(s) ΔG = -805kJ
3、碳酸(Carbonic acid)
CO2 + H2O == H2CO3 K = 1.8X10-3 CO2 + H2O == H+ + HCO3- K = 4.2X10-7 相加得:H2CO3 = H+ + HCO3- K = 2.4X10-4
4、碳酸(氢)盐:
(1)同条件下,碳酸钠的溶解度略大于碳酸氢钠,WHY?
§7 Sn&Pb (1) PbO2:(强氧化剂)
PbO2 + 4HCl == PbCl2 + Cl2 + 2H2O 5PbO2 + 2Mn2+ + 4H+ == 5Pb2+ 2MnO4- + 2H2O
PbSO4 +2e = Pb + SO42- Eø= -0.356V PbO2 + SO42- + 4H+ +2e = PbSO4 + 2H2O Eø= 1.685V
(2)等电子体: CO、N2、CN-、NO+(写出各自的电子结构式)
用分子轨道理论解释其中的化学键。
(3)主要化学性质
(I)作为一种配体,能与一些有空轨道的金属原子或离子 形成配合物。如:Fe(CO)5、Ni(CO)4、Cr(CO)6
问题:为什么CO比N2更容易参加反应? CO为什么对人体有毒? CO如何被吸收?
Cu(NH)2CH3COO + CO + NH3 = Cu(NH3)2.CH3COO.CO (II)还原性
CO + PdCl2 + H2O = CO2 + Pd + 2HCl CO + 2Ag(NH3)2OH = 2Ag + CO2 + 4NH3 + H2O
(检验CO)
(iii)与非金属作用:
CO + 2H2 ==== CH3OH CO + 3H2 ===== CH4 + H2O CO + Cl2 ====== COCl2
(5)等电子体:CO32-、NO3- 、BO33-、BF3
Sp2杂化
6 4
第三节 碳的卤化物和硫化物 1、四卤化碳
F2 + CCl2F2 = CF4 + Cl2 3Cl2 + CS2 = CCl4 + S2Cl2
问题:CCl4为什么不能作为Na的灭火剂? 4Na + CCl4 = 4NaCl + C
2、卤化硅 (1)SiF4:SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O
300~350ºC
BaSiF6 ==== BaF2 + SiF4(g)
SiF4 + 2H2O == SiO2 + 4HF SiF4 + 2Na2CO3 + 2H2O == 2Na2SiF6 + H4SiO4 + 2CO2 (防止污染)
SnCl2 、SnCl4、 PbCl2(无PbCl4?)易形成SnCl3-、SnCl62- PbCl42-、PbCl64-(11mol/LHCl)
元素化合物——氧族元素
一、氧分子结构: 用分子轨道理论(Molecular Orbital theory)解释O2的磁性: 二、过氧化氢(Hydrogen peroxide) 1、结构:
2、同素异形体: (Allotrope)
3、硫化物
H2S NaSH H2O NaOH
碱性
Na2S Na2O 碱性
As2S3
As2S5
Na2S2
As2O3
As2O5
Na2O2
两性、还原性 酸性 碱性、氧化性
思考:Na2S、硫化铵为什么要保存在棕色瓶中? 2S2- + O2 + 2H2O == 2S + 4OH-
元素化合物碳族元素
1、碳的同位素
第一节 碳
(1)12C:原子量的相对标准
(2)14C: 形成:由中子和14N在宇宙射线影响下形成 14N + 1n = 14C + 1H2
半衰期:14C = 14N + β- (5685years) 2、同素异形体
(1)金刚石和石墨谁的熔点高,为什么? (2)石墨为什么有导电性? (3)金刚石和石墨谁更稳定?
放电
PbO2 + Pb + 2H2SO4 ===== 2PbSO4 + 2H2O E = 2.041V
充电
(2)Pb3O4: (类似Fe3O4、I4O9) 思考:分别写出Pb3O4、Fe3O4与浓盐酸反应的方程式。
(3)硫化物: SnS + 2H+ + 3Cl- = SnCl3- + H2S SnS+ S22- = SnS32-
SnS2 + 4H+ + 6Cl- = SnCl62- + 2H2S SnS2 + S22- =SnS32-
3SnS2 + 6OH- == 2SnS32- + Sn(OH)62-
PbS + 2H+ + 4Cl- = PbCl42- + H2S
3PbS + 2NO3- + 8H+ = 3Pb2+ + 3S + 2NO + 4H2O PbS为半导体材料,S过剩为p型,Pb过剩为n型。 (4)卤化物: SnCl2 + H2O = Sn(OH)Cl + HCl 2Fe3+ + Sn2+ = 2Fe2+ + Sn4+ 2Hg2+ + Sn2+ + 2Cl- = Hg2Cl2 + Sn4+ Hg2Cl2 + Sn2+ = 2Hg + Sn4++ 2Cl- 2Sn2+ + O2 + 4H+ == 2Sn4+ + 2H2O Sn4+ + Sn == 2Sn2+
2、硅酸及其盐: (1)硅酸的种类:
H2SiO3 H4SiO4 H6Si2O7 H4Si3O8 H2Si2O5
SiO2•H2O SiO2•2H2O 2SiO2•3H2O 3SiO2•2H2O 2SiO2•H2O
偏(正)硅酸 正(原)硅酸
二偏硅酸
H2SiO3特点 (1) 二元弱酸(K1=4.2*10-10 K2=10-12) (2)弱酸易发生缩合反应: (下页)
1、结构:
三、臭氧(Ozone)
(唯一单质极性分子)
Hale Waihona Puke 2、强氧化性:鉴定或测定O3含量: O3 + 2I- + H2O == O2 + I2 + 2OHI2 + 2S2O32- === 2I- + S4O62-
(转移电子4/3e)
四、硫
1、存在:硫化物(ZnS、PbS、FeS2、Sb2S3) 硫酸盐(CaSO4、CrSO4、BaSO4) 煤、蛋白质
(1)分解:催化剂(如:MnO2) MnO2 + H2O2 = Mn2+ + O2 + H2O H2O2 + Mn2+ == MnO2 + H2O
总反应:2H2O2======= 2H2O + O2
MnO2
(低温蒸馏)
(2) 氧化还原性: 作为氧化剂的突出优点:氧化性强、不引入杂质。
PbS + 4H2O2 = PbSO4 + 4H2O (将油画还原颜色) 测定H2O2的定量方法:用KMnO4溶液滴定:
鉴定H2O2的方法: Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ == 2CrO5 + 5H2O
用乙醚萃取CrO5,显蓝紫色。
(3)中和(取代)反应:NaOOH(一取代)、Na2O2(二取代)
(4)加合反应: (通水合物) 2Na2CO3 + 3H2O2 == 2Na2CO3•3H2O2
第六节 二氧化硅和硅酸盐 1、SiO2(Silica) SiO2(s) + 4HX(g) == SiX4(g) + 2H2O HF ΔG = -92.82kJ HCl: ΔG = 138.87kJ
存在、用途:刚玉、宝石、翡翠;光纤、石英表。
思考:说明下列反应能够发生的理由或条件或用途:
(1)SiO2 + 2OH- == SiO32- + H2O (2) SiO2 + Na2CO3 == Na2SiO3 + CO2 (3)SiO2 + Na2SO4 = Na2SiO3 + SO3 (4) 2KNO3 + SiO2 = K2SiO3 + NO + NO2 +O2 (5) SiO2 + CaO == CaSiO3
SiF4 + 2F- = SiF62- ΔH = -130.5kJ Na2SiF6 + 2H2O == 2NaF + SiO2 + 4HF
SiF62-: (1)杂化形式:sp3d2 (2)等电子体:AlF63- 、PF6-、 SF6
问题:为什么SiF4易水解,而CF4不易水解?
(2)SiCl4: SiCl4 + 2H2O = SiO2 + 4HCl(不可逆) SiO2 + 2C + 2Cl2 SiCl4 + 2CO
(ii)[H+] = K1K2 = 10-8.3
pH = 8.3
(4)已知:
Ksp CaCO3 Ca(OH)2 MgCO3 Mg(OH)2
Ksp 2.5*10-9 5.5*10-6 1.0*10-5 1.8*10-11
H2CO3 HCO3-
K 4.2*10-7 5.6*10-11
a: 0.20mol/LCaCl2溶液与等体积0.20mol/LNa2CO3溶液混合,沉淀为 ? b: 0.20mol/LMgCl2溶液与等体积0.20mol/LNa2CO3溶液混合 ,沉淀为 ?
第四节 硅
2、制备: SiO2 + 2C(s) = Si(s) + 2CO(g) Δ H = -690kJ ΔS = 0.361kJ/K
SiO2 + CaC2 = Si + Ca + 2CO SiH4 == Si + 2H2
第五节 硅化氢和卤化物 1、硅烷: Mg2Si + 4HCl = SiH4 + 2MgCl2 SiCl4 + LiAlH4 = SiH4 + LiCl + AlCl3 SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O
2、CO2(Carbon dioxide)
(1)结构: 等电子体:CO2 N3- NO2+ N2O+ OCN-
(2个Π )
4
3
(2)化学性质:
CO2(g) + 2Mg(S) == 2MgO(S) + C(s) CO2 + M(OH)2 === MCO3 + H2O (M = Ca、Ba) MgO(s) + C(s) ==== Mg(g) + CO(g) (~2000K) Al2O3(l) + C(s) === 2Al(g) + 3CO(g) (~2300K) 注:高温条件生成CO!
OH OC
O
O C
HO
2-
O
(2)向饱和碳酸钠溶液中通入CO2,有何现象发生?
(3)NaHCO3溶液为什么显碱性,用具体数据说明? 已知:K1=4.2*10-7、K2 = 5.6*10-11 Kw = 10-14
(i) 水解平衡常数>电离平衡常数:水解趋势大于电离的趋势。
(ii)
Kw/K1 = 2.4*10-8 > K2 = 5.6*10-11
(燃烧热分别为:397.27 394.38kJ/mol)
(4)石墨和金刚石的用途?
3、活性炭的吸附 物理吸附、化学吸附:均为放热反应,后者大于前者。
1、CO(Carbon monoxide)
第二节 碳的化合物
(1)制法:
H2SO4(浓)
HCOOH
CO + H2O
CO + NaOH = HCOONa
讨论:CO是否是甲酸的酸酐或酸性氧化物?
4HClO4 + P4O10 = 4HPO3 + 2Cl2O7(极难缩合) H2SO4强酸,难缩合:H2S2O7(焦硫酸) H3PO4中强酸,可缩合:Hn+2PnO3n+1(n聚磷酸) H4SiO4弱酸,易缩合:
(2)硅酸盐 水玻璃(water glass):硅酸钠的水溶液。 SiO32- + 2H+ = H2SiO3(胶体或凝胶) SiO32- + 2CO2 + 2H2O = H2SiO3 + 2HCO3SiO32- + 2NH4+ = H2SiO3 + 2NH3
极性分子 2、制法:
(1)电解HSO4-得过二硫酸盐, M2S2O8(M=K、NH4)
阳极:2SO4 2 - -2e == S2O82阴极:2H+ + 2e == H2 S2O82- + 2H2O === 2SO42- + H2O2 + 2H+ (减压蒸馏)
(2)乙基蒽醌法
H2O2保存: 阴凉、加阻化剂锡酸钠Na2Sn(OH)6 3、性质: 酸性:K1 = 1.55×10-12 K2 ~=10-25
Freon:CClnF4-n
COX2(X = F、 Cl、 Br) 2、硫化物
写出下列反应的方程式: (1)CS2 + Na2S (2)BaCS3 + HCl (3)Na2S2 + CS2
1、性质: Si + 4OH- = SiO44- + 2H2 SiO44- + 4H2O = Si(OH)4 + 4OH- Si + 4HF(aq) = SiF4 + 2H2 Si(s) + O2(g) = SiO2(s) ΔG = -805kJ
3、碳酸(Carbonic acid)
CO2 + H2O == H2CO3 K = 1.8X10-3 CO2 + H2O == H+ + HCO3- K = 4.2X10-7 相加得:H2CO3 = H+ + HCO3- K = 2.4X10-4
4、碳酸(氢)盐:
(1)同条件下,碳酸钠的溶解度略大于碳酸氢钠,WHY?
§7 Sn&Pb (1) PbO2:(强氧化剂)
PbO2 + 4HCl == PbCl2 + Cl2 + 2H2O 5PbO2 + 2Mn2+ + 4H+ == 5Pb2+ 2MnO4- + 2H2O
PbSO4 +2e = Pb + SO42- Eø= -0.356V PbO2 + SO42- + 4H+ +2e = PbSO4 + 2H2O Eø= 1.685V
(2)等电子体: CO、N2、CN-、NO+(写出各自的电子结构式)
用分子轨道理论解释其中的化学键。
(3)主要化学性质
(I)作为一种配体,能与一些有空轨道的金属原子或离子 形成配合物。如:Fe(CO)5、Ni(CO)4、Cr(CO)6
问题:为什么CO比N2更容易参加反应? CO为什么对人体有毒? CO如何被吸收?
Cu(NH)2CH3COO + CO + NH3 = Cu(NH3)2.CH3COO.CO (II)还原性
CO + PdCl2 + H2O = CO2 + Pd + 2HCl CO + 2Ag(NH3)2OH = 2Ag + CO2 + 4NH3 + H2O
(检验CO)
(iii)与非金属作用:
CO + 2H2 ==== CH3OH CO + 3H2 ===== CH4 + H2O CO + Cl2 ====== COCl2
(5)等电子体:CO32-、NO3- 、BO33-、BF3
Sp2杂化
6 4
第三节 碳的卤化物和硫化物 1、四卤化碳
F2 + CCl2F2 = CF4 + Cl2 3Cl2 + CS2 = CCl4 + S2Cl2
问题:CCl4为什么不能作为Na的灭火剂? 4Na + CCl4 = 4NaCl + C
2、卤化硅 (1)SiF4:SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O
300~350ºC
BaSiF6 ==== BaF2 + SiF4(g)
SiF4 + 2H2O == SiO2 + 4HF SiF4 + 2Na2CO3 + 2H2O == 2Na2SiF6 + H4SiO4 + 2CO2 (防止污染)
SnCl2 、SnCl4、 PbCl2(无PbCl4?)易形成SnCl3-、SnCl62- PbCl42-、PbCl64-(11mol/LHCl)
元素化合物——氧族元素
一、氧分子结构: 用分子轨道理论(Molecular Orbital theory)解释O2的磁性: 二、过氧化氢(Hydrogen peroxide) 1、结构:
2、同素异形体: (Allotrope)
3、硫化物
H2S NaSH H2O NaOH
碱性
Na2S Na2O 碱性
As2S3
As2S5
Na2S2
As2O3
As2O5
Na2O2
两性、还原性 酸性 碱性、氧化性
思考:Na2S、硫化铵为什么要保存在棕色瓶中? 2S2- + O2 + 2H2O == 2S + 4OH-
元素化合物碳族元素
1、碳的同位素
第一节 碳
(1)12C:原子量的相对标准
(2)14C: 形成:由中子和14N在宇宙射线影响下形成 14N + 1n = 14C + 1H2
半衰期:14C = 14N + β- (5685years) 2、同素异形体
(1)金刚石和石墨谁的熔点高,为什么? (2)石墨为什么有导电性? (3)金刚石和石墨谁更稳定?
放电
PbO2 + Pb + 2H2SO4 ===== 2PbSO4 + 2H2O E = 2.041V
充电
(2)Pb3O4: (类似Fe3O4、I4O9) 思考:分别写出Pb3O4、Fe3O4与浓盐酸反应的方程式。
(3)硫化物: SnS + 2H+ + 3Cl- = SnCl3- + H2S SnS+ S22- = SnS32-
SnS2 + 4H+ + 6Cl- = SnCl62- + 2H2S SnS2 + S22- =SnS32-
3SnS2 + 6OH- == 2SnS32- + Sn(OH)62-
PbS + 2H+ + 4Cl- = PbCl42- + H2S
3PbS + 2NO3- + 8H+ = 3Pb2+ + 3S + 2NO + 4H2O PbS为半导体材料,S过剩为p型,Pb过剩为n型。 (4)卤化物: SnCl2 + H2O = Sn(OH)Cl + HCl 2Fe3+ + Sn2+ = 2Fe2+ + Sn4+ 2Hg2+ + Sn2+ + 2Cl- = Hg2Cl2 + Sn4+ Hg2Cl2 + Sn2+ = 2Hg + Sn4++ 2Cl- 2Sn2+ + O2 + 4H+ == 2Sn4+ + 2H2O Sn4+ + Sn == 2Sn2+
2、硅酸及其盐: (1)硅酸的种类:
H2SiO3 H4SiO4 H6Si2O7 H4Si3O8 H2Si2O5
SiO2•H2O SiO2•2H2O 2SiO2•3H2O 3SiO2•2H2O 2SiO2•H2O
偏(正)硅酸 正(原)硅酸
二偏硅酸
H2SiO3特点 (1) 二元弱酸(K1=4.2*10-10 K2=10-12) (2)弱酸易发生缩合反应: (下页)
1、结构:
三、臭氧(Ozone)
(唯一单质极性分子)
Hale Waihona Puke 2、强氧化性:鉴定或测定O3含量: O3 + 2I- + H2O == O2 + I2 + 2OHI2 + 2S2O32- === 2I- + S4O62-
(转移电子4/3e)
四、硫
1、存在:硫化物(ZnS、PbS、FeS2、Sb2S3) 硫酸盐(CaSO4、CrSO4、BaSO4) 煤、蛋白质
(1)分解:催化剂(如:MnO2) MnO2 + H2O2 = Mn2+ + O2 + H2O H2O2 + Mn2+ == MnO2 + H2O
总反应:2H2O2======= 2H2O + O2
MnO2
(低温蒸馏)
(2) 氧化还原性: 作为氧化剂的突出优点:氧化性强、不引入杂质。
PbS + 4H2O2 = PbSO4 + 4H2O (将油画还原颜色) 测定H2O2的定量方法:用KMnO4溶液滴定: