碳族元素及其化合物
碳及其化合物课件(共45张)
炔烃
芳香烃
含有碳碳三键的烃类化合物，分子式通式 为CnH2n-2。
分子结构中具有环状结构的烃类化合物， 具有特殊芳香性气味。
烃的衍生物
01
02
03
04
醇类
烃分子中的氢原子被羟基取代 后的化合物，如乙醇、甲醇等
。
醚类
烃分子中的氢原子被氧原子取 代后的化合物，如乙醚、甲醚
等。
醛类
烃分子中的氢原子被醛基取代 后的化合物，如甲醛、乙醛等
化工领域的应用
有机合成
碳化合物是有机合成的基 础，可用于生产各种化学 品、塑料和纤维等。
药物制造
许多药物都含有碳元素， 通过合成特定的碳化合物 ，可以生产出治疗各种疾 病的药品。
农药制造
碳化合物也可用于制造各 种农药，以控制农作物病 虫害。
材料领域的应用
金属材料
碳化合物中的石墨可用于制造各 种金属材料，如碳钢和合金钢等
碳具有较低的熔点和沸点，不溶于水 ，可导电和传热。
碳的化学性质
碳的非金属性较弱， 在常温下不易与其它 元素发生化学反应。
碳的化合物种类繁多 ，包括一氧化碳、二 氧化碳、碳酸、碳酸 盐等。
碳具有还原性，能够 还原金属氧化物和其 它含氧化合物。
碳的同位素
碳存在多种同位素，如C、C、C 等，其中最常见的是C。
05
碳化合物应用
燃料领域的应用
01
02
03
燃料
碳化合物是燃料的主要来 源，如煤、石油和天然气 等，它们在能源生产和生 活中发挥着重要作用。
燃烧效率
碳化合物在燃烧过程中能 够释放大量的热能，为各 种工业生产和家庭生活提 供所需的热量。
污染控制
随着环保意识的提高，人 们正在寻找更加清洁的燃 料，如生物质能和氢能等 ，以减少对环境的污染。
碳族元素化合物及有关矿石
碳族元素碳 C 单质石墨，金刚石，无机化合物一氧化碳CO 二氧化碳CO2白云石MgCa (CO3)2 C60，C70碳酸钙CaCO3 石灰石、大理石、方解石碳酸氨(NH4)2CO3碳酸氢钠NaHCO3 碳酸氢铵NH4HCO3 五一氧化碳合铁Fe(CO)5 碳酸氢钙Ca(HCO3)2碳酸钠Na2CO3碳酸氢氧化镁Mg2(OH)2CO3碳酸镁MgCO3有机化合物动植物体，煤，石油，天然气草酸H2C2O4甲酸HCOOH碳酸H2CO3甲烷CH4乙烷C2H2硅Si 水晶、石英、SiO2二氧化硅四氟化硅SiF4六弗硅酸H2SiF6 四氯化硅SiCl4甲硅烷SiH4H2SiO3偏硅酸H4SiO4正硅酸H2Si2O5二偏硅酸H6Si2O7焦硅酸硅酸钠Na2SiO3水玻璃、泡花碱钪硅石Sc2Si2O7云母KMg3(OH)2Si3AlO10硅化镁Mg2Si硅酸钾K2SiO3四溴化硅SiBr4四碘化硅SiI4锗Ge锗石矿Cu2S·FeS·GeS2 GeO2·H2O硫化亚锗GeS硫化锗GeS2锡Sn锡石矿SnO2二氧化锡氢氧化锡Sn(OH)2灰锡α白锡β脆锡γ氯化锡SnCl2硝酸锡S n(NO3)2 氧化亚锡SnOSn(OH)Cl锡酸α-H2SnO3β -H2SnO3六氯合锡酸H2SnCl6一氯氢氧化亚锡四氯化锡SnCl4硫化亚锡SnS 硫化锡SnS2锡酸钠Na2SnO3铅Pb 方铅矿PbS 硫化铅硝酸铅Pb(NO3)2氯化铅PbCl2三氯铅酸HPbCl3氧化铅PbO又名密陀僧三氧化二铅Pb2O3可看作：PbO·PbO2四氯合铅酸H2[PbCl4]四氧化三铅Pb3O4又名铅丹，可看作：2PbO·PbO2二氧化铅PbO2 铬酸铅PbCrO4氢氧化铅Pb(OH)2碘化铅PbI2硫化铅PbS。
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
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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。
武汉大学、吉林大学《无机化学》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解-碳族元素(圣才出品)
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第 15 章 碳族元素
15.1 复习笔记
碳族元素包括碳、硅、锗、锡和铅 5 种元素，价电子层结构为 ns2np2。其碳和硅是非 金属元素，其余三种是金属元素。
一、碳族元素通性
1．惰性电子对效应：C、Si ＋4 氧化态稳定，Pb 是＋2 氧化态稳定。
2．碳族元素的单质 （1）碳的同素异形体 ①金刚石属立方晶系，是典型的原子晶体，其中 C 以 sp3 杂化轨道与其它原子相连，形 成了牢固的 C-C 键。金刚石晶体透明、折光、耐腐蚀且不导电，室温下，金刚石对所有的化 学试剂都显惰性。其硬度是所有物质中最大的，可达 10000 kg/mm2，俗称钻石，除用作 装饰品外，还用于制造钻探用的钻头和磨削工具。 ②石墨很软，呈灰黑色，密度较金刚石小，熔点比金刚石略低，具有层向的良好导电导 热性，容易沿层方向滑动裂开，常用来制作电极、润滑剂、铅笔等。 （2）硅、锗、锡、铅单质
③锡有三种同素异形体：
灰锡(α) ⎯286⎯K→白锡(β) ⎯434⎯K→脆锡(γ)
性质活泼， Sn ＋ 2HCl（热、浓） ＝ SnCl2 ＋ H2↑
3Sn ＋ 8HNO3（冷、稀） ＝ 3Sn（NO3）2 ＋ 2NO↑＋ 4H2O Sn ＋ 4HNO3（浓） ＝ H2SnO3（SnO2·H2O）↓＋ 4NO2↑＋ H2O
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①单质硅的晶体结构类似于金刚石，熔点 1683 K，呈灰黑色，有金属外貌，性硬脆； 低温下稳定，不与水、空气和酸作用，但与强氧化剂和强碱溶液作用。
②锗是灰白色的脆性金属，结构为金刚石型，原子晶体，比 Si 活泼，能溶于氧化性酸 得到 Ge（Ⅳ），难溶于 NaOH，不与空气中的 O2、H2O、非氧化性酸作用。高纯锗也是较 好的半导体材料。
无机化学第十五章碳族元素
05 碳族元素生物效应及环境 影响评价
碳族元素在生物体内作用机制
1
碳族元素在生物体内主要以有机化合物的形式存 在，如蛋白质、脂肪、碳水化合物等，是构成生 命体的基本要素。
2
碳族元素参与生物体内多种代谢过程，如葡萄糖 代谢、脂肪代谢等，对维持生物体正常生理功能 具有重要作用。
3
一些碳族元素如硅、锗等还具有特殊的生物活性， 对生物体的生长、发育和免疫等方面产生影响。
特点
碳族元素具有相似的最外层电子 构型，主要呈现+2、+4价态；随 着原子序数的增加，金属性逐渐 增强，非金属性逐渐减弱。
碳族元素在周期表中位置
01
碳和硅位于第二周期和第三周期 ，锗、锡、铅则位于第四周期及 其以后。
02
碳族元素在周期表中的位置反映 了它们的电子构型和化学性质的 递变规律。
碳族元素重要性及应用
锗、锡、铅单质性质简介
锗
锗是一种化学元素，具有半导体性质。它在电子工业中有一定的应 用，如制造高频器件等。
锡
锡是一种银白色、柔软的金属，具有良好的延展性和可塑性。它广 泛用于制造合金、焊料、涂料等。
铅
铅是一种蓝灰色、质软的金属，密度大，熔点低。它具有一定的耐腐 蚀性，可用于制造蓄电池、电缆等。但铅对人体有害，应注意防护。
配位化合物形成与稳定性
配位化合物概念
01
碳族元素可与多种配体形成配位化合物，如与氨、水、卤素离
子等形成的配合物。
配位化合物稳定性
02
碳族元素配位化合物的稳定性受多种因素影响，如中心原子电
荷、配体性质、空间构型等。
配位化合物应用
03
碳族元素配位化合物在催化、材料科学、生物医药等领域具有
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。
碳族元素-碳的单质、碳纳米管(无机化学碳族元素备课笔记)
13.1碳及其化合物1、单质(1)金刚石金刚石（俗称钻石）为原子晶体，每个碳原子均以sp3杂化状态与相邻的四个碳原子结合成键，形成正四面体构型、空间网状结构的原子型晶体。
其熔沸点高，硬度大（所有物质中硬度最大，莫氏硬度为10），难溶于溶剂，不导电，化学性质不活泼。
几乎对所有化学试剂显惰性，但在空气中加热800℃以上燃烧CO2。
（莫氏硬度：又名莫斯硬度,表示矿物硬度的一种标准。
1812年由德国矿物学家莫斯(Frederich Mohs)首先提出。
应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕，用测得的划痕的深度分十级来表示硬度：滑石1（硬度最小），石膏2，方解石3，萤石4，磷灰石5，正长石6，石英7，黄玉8，刚玉9，金刚石10，硬度值并非绝对硬度值，而是按硬度的顺序表示的值。
）金刚石有各种颜色，从无色到黑色都有，以无色的为特佳。
它们可以是透明的，也可以是半透明或不透明。
多数金刚石大多带些黄色。
金刚石的折射率非常高，色散性能也很强，这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。
金刚石在X射线照射下会发出蓝绿色荧光。
1977年12月21日，在山东省临沭县常林大队，女社员魏振芳发现1颗重158.786克拉的优质巨钻----中国最大的金刚石，全透明，色淡黄，可称金刚石的“中国之最”。
被命名为“常林钻石”.（约鸡蛋黄大小，右图）。
世界上最大的工业用金刚石和宝石级金刚石均产于巴西，都超过3100克拉（1克拉=200毫克）。
现在人造金刚石已经广泛用于生产和生活中，虽然造出大颗粒的金刚石还很困难（所以大颗粒的天然金刚石仍然价值连城），但是已经可以制成了金刚石的薄膜、金刚石小晶体。
常林钻石用途：金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此也就具有了许多重要的工业用途，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。
还被作为很多精密仪器的部件。
关于人造金刚石：直接法人造金刚石或利用瞬时静态超高压高温技术，或动态超高压高温技术，或两者的混合技术，使石墨等碳质原料从固态或熔融态直接转变成金刚石，这种方法得到的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。
高三新高考化学大一轮专题练习：碳族元素及其化合物
高三新高考化学大一轮专题练习：碳族元素及其化合物一、单选题1．（2023春·陕西西安·高一西安市第八十五中学校考阶段练习）在实验室中，下列试剂的保存方法正确的是①浓硝酸保存在棕色广口瓶内①Na保存在CCl4中(Na与CCl4不反应、不互溶，且CCl4的密度大于Na)①HF溶液保存在塑料瓶中①AgNO3固体保存在棕色试剂瓶内①白磷保存在冷水中A．①①①B．①①①C．①①①①D．①①①2．（2022秋·陕西西安·高二统考期末）无论是传统的或是新型的无机非金属材料，硅元素都占有非常重要的地位。
由于硅在太阳能发电中的重要作用，有些科学家称硅是“二十一世纪的能源”。
下列关于硅说法正确的是A．自然界中硅单质的含量居各元素的第二位B．高纯度的硅是制半导体的重要材料C．水泥、玻璃、陶瓷、光导纤维都是传统的硅酸盐工业产品D．石英砂属于天然的硅酸盐产品3．（2023春·陕西宝鸡·高一统考期中）下列关于硅及其化合物的说法，错误的是A．二氧化硅是半导体材料，硬度大，可用于制造光导纤维B．利用焦炭制备粗硅的化学方程式为：SiO2+2C 高温Si+2CO↑C．不能用带玻璃瓶塞的试剂瓶盛放NaOH溶液D．硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品的干燥剂4．（2023春·陕西宝鸡·高一统考期中）化学与生产、生活、科技息息相关，下列叙述错误的是A．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成B．华为首款5G手机搭载了“麒麟980”手机芯片的主要成分是二氧化硅C．小苏打是面包发酵粉的主要成分之一D．水玻璃可用作制备木材防火剂的原料5．（2023春·辽宁沈阳·高一校联考期中）材料化学在航空航天中应用广泛，近期我国在航天领域取得了举世瞩目的成就，下列说法正确的是A．“神舟十五号”载人飞船使用了高性能耐烧蚀树脂，其主要成分是硅酸盐A．A B．B C．C D．D8．（2023春·陕西西安·高一长安一中校考期中）2022年，我国具有独立知识产权的“龙芯”20岁了。
高中化学归纳 必修一 碳硅及其化合物
高中化学归纳必修一碳硅及其化合物1、碳族元素(1)在元素周期表中的位置和结构。
碳族元素在元素周期表中的IVA族，包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb) 五种元素。
最外层有四个电子，这些结构不同的电子不容易失去电子，容易形成共价键，难以形成离子键。
(2)主要化合价。
碳族元素的主要化合价有+2和+4, C、Si、Ge、Sn的+4价化合物较稳定，而Pb的+ 2价化合物较稳定。
(3)氢化物、最高价氧化物及其相应的水合物。
(4)碳族元素金属和非金属性质的渐变规律。
由C到Pb,核电荷数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引能力逐渐减小，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。
由碳族元素形成的单质中，碳、硅为非金属，但是硅有金属光泽;锗、锡、铅为金属。
2、碳和硅的结构与性质3、二氧化硅、二氧化碳和一氧化碳的比较(注意] 若在硅晶结构中的每个Si一Si键中“插入一个氧原子，便可得到以硅氧四面体(SiO4) ”为骨架的二氧化硅的结构。
在二氧化硅晶体中，硅原子和氧原子交替排列，不会出现Si一Si键和O一O键，即每个硅原子与四个氧原子形成四个共价键，每个氧原子和两个硅原子形成共价键，因此，二氧化硅晶体中硅原子和氧原子的个数比是1 : 2，二氧化硅的化学式是SiO24、碳酸盐(1)正盐与酸式盐的比较(2)酸式盐性质的一般规律①在水中的溶解性:一般的，相同温度下，难溶性正盐的溶解度小于其酸式盐，可溶性正盐的溶解度大于其酸式盐。
如CaCO3难溶于水，Ca(HCO3)2易溶于水; Na2CO3 易溶于水，NaHCO3的溶解度比Na2CO3溶解度小;②与酸或碱反应:强酸的酸式盐只与碱反应而不与酸反应;弱酸的酸式盐与足量强碱反应生成正盐，与足量强酸反应生成正盐和弱酸;③热稳定性:一般的，热稳定性的大小顺序为:正盐>酸式盐。
(3)碳酸钙在自然界中广泛存在，是岩石的主要成分之一，不溶于水，但溶于酸。
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。
高三化学碳族元素和碳及其化合物教案
高三化学碳族元素和碳及其化合物教案SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-碳族元素碳及其化合物1．复习重点1．碳族元素原子结构的特点、碳族元素化合价为正四价和正二价；2．碳族元素的性质及其递变规律；3．碳和硅的性质、用途。
2．难点聚焦1.碳和硅的化学性质2.二氧化碳和二氧化硅的结构、性质比较（见表7—7）3. 硅及其化合物的特性1. Si 的还原性大于C ，但C 却能在高温下还原出Si ：↑++CO Si C SiO 222高温2. 非金属单质跟碱液作用一般无2H 放出，但Si 却放出H2：↑+=++232222H SiO Na O H NaOH Si ↑+↑=+2424H SiF HF Si3. 非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si 能与HF 作用：4. 非金属单质一般为非导体，但Si 为半导体。
5. SiO2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。
6. 非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的却很高。
7. 酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF 作用：↑+↑=+24224H SiF HF SiO 8. 无机酸一般易溶于水， 却难溶于水。
9. 因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：32322232CO Na SiO H O H CO SiO Na +↓=++，但在高温下↑++232232CO SiO Na SiO CO Na 高温也能发生。
10. Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液（即水玻璃）俗称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。
4.硅与碱溶液的反应特点硅与强碱溶液反应的实质是什么？究竟哪种物质是氧化剂？根据化学方程式： 进行分析，似乎NaOH 和O H 2都是氧化剂，其实不然。
上述反应实际分两步进行↑+∆+244224H SiO H OH Si ①OH SiO Na NaOH SiO H 2324432+=+ ②其中反应①为氧化还原反应，反应②为非氧化还原反应。
有关碳族元素及其化合物的化学方程式(答案)
碳族元素有关方程式 1. 碳和氧气反应 C + O 2 ===== CO 2 2C + O 2 ===== 2CO2. 碳和氧化钙在高温下反应 3C + CaO ==== CaC 2 + CO ↑3. 碳还原氧化铜C +2CuO ===== Cu + CO 2↑4. 碳和浓硫酸反应C + 2H 2SO 4 (浓)==== CO 2↑＋2SO 2↑+2H 2O5. 碳和浓硝酸反应C + 4HNO 3(浓) ==== CO 2↑+ 4NO 2↑+2H 2O6. 碳和二氧化碳反应C + CO 2 ==== 2CO7. 碳和水蒸汽反应 C + H 2O ==== CO +H 28. 碳在高温下还原二氧化硅 C +SiO 2 =====Si + 2CO ↑9. 一氧化碳还原氧化铜 CO +CuO ==== Cu + CO 210. 镁在二氧化碳中点燃 2Mg + CO 2 ===== 2MgO + C 11. 二氧化碳溶于水并电离 CO 2+H 2O H 2CO 3 H + +HCO 3-12. 二氧化碳和氢氧化钠溶液反应CO 2 + 2NaOH ==== Na 2CO 3 + H 2O CO 2 + NaOH === NaHCO 313. 二氧化碳通入澄清的石灰水 CO 2+Ca(OH)2 ===CaCO 3↓ + H 2O CO 2 + CaCO 3 + H 2O ===Ca(HCO 3)214. 二氧化碳通入次氯酸钙溶液 CO 2 + Ca(ClO)2 +H 2O ==== CaCO 3↓+ 2HClO15. 二氧化碳通入偏铝酸钠溶液 CO 2 +2 NaAlO 2 + 3H 2O ==== Na 2CO 3 + 2Al(OH)3↓16. 二氧化碳通入硅酸钠溶液 CO 2 + Na 2SiO 3 + H 2O ==== Na 2CO 3 + H 2SiO 317. 二氧化碳通入苯酚钠溶液 CO 2 + H 2O + C 6H 5ONa C 6H 5OH ↓+ NaHCO 318. 二氧化碳在光照条件下产生氧气 6CO 2 + 6H 2O C 6H 12O 6 + 6O 2 19. 潜水艇供氧原理 2CO 2 + Na 2O 2 ==== 2Na 2CO 3 + O 220. 铜绿的生成 2Cu +O 2 +CO 2 +H 2O === Cu 2(OH)2CO 321. 实验室制取二氧化碳 CaCO 3 + 2HCl === CaCl 2 + CO 2↑+H 2O22. 工业制取二氧化碳 CaCO 3 ====== CaO + CO 2↑23. 硅和氧气反应 Si + O 2 === SiO 2 24. 硅和氟气反应 Si + 2F 2 === SiF 425. 硅和氢氧化钠溶液反应 Si +2NaOH + H 2O === Na 2SiO 3 + 2H 2↑26. 硅和氢氟酸反应 Si +4HF === SiF 4↑+2H 2↑27. 硅酸钠和盐酸反应 Na 2SiO 3 + 2HCl + H 2O === 2NaCl + H 4SiO 4↓28. 硅酸钠在空气中变质CO 2 + Na 2SiO 3 + H 2O ==== Na 2CO 3 + H 2SiO 3↓29. 二氧化硅和氢氧化钠反应SiO 2 + 2NaOH ==== Na 2SiO 3 + H 2O30. 二氧化硅和氧化钙反应 SiO 2 + CaO ====== CaSiO 331. 二氧化硅和氢氟酸反应 SiO 2 + 4HF === SiF 4 ↑ + 2H 2O32. 二氧化硅和碳酸钠反应 SiO 2 + Na 2CO 3 ====== Na 2SiO 3 + CO 2↑ 点燃 点燃 高温 △ △ 高温 高温高温 △ 点燃 煅烧△ 高温高温 叶绿素 光 △33. 二氧化硅和碳酸钙反应 SiO 2 + CaCO 3 ===== CaSiO 3 + CO 2↑34. 碳酸氢钙高温下分解 Ca(HCO 3)2 ==== CaCO 3 +CO 2↑+ H 2OCa(HCO 3)2 ====== CaO +2CO 2↑+ H 2O 35. 碳酸根离子的检验 CO 32- +2H + === H 2O + CO 2↑CO 2 + Ca(OH)2 ===== CaCO 3↓+ H 2O 高温煅烧。
高中化学知识点总结：碳族元素
高中化学知识点总结：碳族元素1．碳及其重要化合物（1）一氧化碳和二氧化碳（2）活性炭的吸附作用及其应用木材干馏所得的固态产物是木炭，木炭由于它的孔隙被干馏时产生的油脂等物质所覆盖，吸附能力较弱，经活化处理增加表面积后就有高的吸附能方。
这种具有高吸收能力的碳，称为活性炭。
活性炭的孔隙多，内表面积大，一般为500rn2/g～l000m2/g。
活性炭属于非极性吸附剂，因此易吸附非极性或弱极性物质。
常见的易被活性炭吸附的物质及应用如下：①有毒的气体（或蒸汽）：NO、NO2、Cl2、Br2、C6H6（苯）。
活性炭用于去毒、防毒。
②色素。
活性炭用于溶液脱色（漂白），如制造白糖工业中可用活性炭做脱色剂。
③水中有臭味的物质。
活性炭用于水的除臭净化。
（3）碳及其重要化合物2．硅及其重要化合物（1）硅的存在：自然界中以化合态存在，含量仅次于氧，排第二位，是构成矿物和岩石的主要成分。
（2）硅岛单质：有晶体硅和无定形硅两种同素异形体，晶体硅是原子晶体，类似于金刚石，熔沸点高、硬度大，是良好的半导体。
（3）硅的性质：性质稳定不易与其他物质发生化学反应①Si+O2=SiO2②Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑（4）硅的制备及提纯：SiO2+2C=Si+CO↑ ， Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl （5）硅的氧化物SiO2：①原子晶体，熔点高、硬度大②酸性氧化物：但不溶于水，也不与水反应SiO 2+CaO CaSiO3 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O③与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O④光导纤维的主要原抖，制造石英玻璃等。
（6）硅及其重要化合物。
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
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碳族元素及其化合物碳族元素通性1、原子结构性质相似性：最外层电子构型:ns²np²气态氢化物的通式：RH4最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)4递变性+2价化合物主要氧化态稳定性：由上至下逐渐增强+4价化合物主要氧化态稳定性：由上至下逐渐减弱铅（Ⅱ）化合物稳定性高于铅（Ⅳ），铅（Ⅳ）本身为强氧化剂。
熔沸点降低（锡和铅反常），单质密度逐渐增大金属性增强，非金属性减弱，（由于半径不断增大，原子核对外层电子引力变小所致）最高价氧化物对应水化物的酸性减弱氢化物的稳定性减弱第一电离能:由碳至铅逐渐减小(同主族由上至下半径增大，更易失去最外层电子) 特殊:锡<铅熔沸点:由碳至铅逐渐减小(碳、硅为原子晶体，锗、锡、铅为金属晶体)二、元素的成键特性⒈碳:①共价键(sp:CO sp²:乙烯sp³:甲烷):碳碳，碳氢，碳氧键键能大，稳定，因此碳氢氧可形成多种有机化合物。
②以碳酸盐的形式存在于自然界中2.硅:①硅氧四面体形式存在(石英，硅酸盐矿)②硅硅，硅氧，硅氢键较弱，可形成有机化合物但数量较少3.锡铅:①离子键(+2氧化态，SnO、PbO +4氧化态，SnCl4)②共价键(+4氧化态，SnO、PbO2)碳及其化合物1.单质(三种同素异形体)①金刚石:结构:sp³杂化，原子晶体，五个碳原子构成正四面体性质:硬度最大，熔沸点很高（由于其为空间网状结构），无色透明，不导电，化学惰性，但800°C以上与空气反应成CO2②石墨:结构:sp²杂化，层状原子晶体，每层上的碳原子各提供一个含成单电子的p轨道形成大π键层与层之间靠分子见作用力结合在一起。
性质: 灰黑色，硬度小，熔沸点低于金刚石；化学惰性，500°C可被空气氧化成CO2，也可被浓热HClO4氧化成CO27C+4HClO4=2H2O+2Cl2↑+7CO2↑良好导电性（因为每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动）润滑剂（同一层晶面上碳原子间通过共价键结合，层与层之间以分子间作用力结合，由于层与层之间的作用力很小，故很容易在层间发生相对滑动。
因为这些结构上的特点，导致它的强度、硬度很低，可以起到很好的减磨作用）③足球烯(主要介绍C60):结构：C原子形成12个五元环和20个六元环，每个C与3个C形成3个σ键，还有一个π6060的大π键。
应用：嵌入过渡金属元素（特别是稀土元素）合成高温超导材料2.、碳的氧化物（1）CO①物性:无色无味气体，中性氧化物，有剧毒(CO可与血液中的血红素结合生成羰基化合物)②化性:还原性a.CO通入PdCl2溶液可立即生成黑色沉淀，可用于CO的定性检验。
CO+PdCl2+H2O==CO2↑+2HCl+Pd↓(此反应常用于CO的定性检验) b.冶金工业上CO是重要的还原剂 FeO+CO=Pd+CO2(加热)a．与Fe、Ni、Co等过渡金属合成羰基化合物，分离，加热分解是制备高纯度金属的方法③制备:工业 C+H2O=H2+CO(加热)实验室HCOOH=CO↑+H2O(浓硫酸)CO的分子轨道能级，形状和电子分布⑵CO2 ①物性:无色无味气体，固体称为干冰，可溶于水，饱和溶液浓度在0.03～0.04mol/dm-3不助燃(灭火)②化性：CO2+2Mg=2MgO+C(不能扑灭染着的镁)③鉴定：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O④制备：工业 CaCO3=CaO+CO2↑(加热）实验室 CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O3.碳酸及其盐⑴碳酸：CO2的水溶液，弱酸（CO2在水中主要以水合分子形式存在，只有极少部分生成H2CO3，碳酸为中强酸，水合二氧化碳与碳酸浓度比约为600，PH～4）⑵碳酸盐①难溶的正盐酸式盐溶解度较大，易溶的正盐酸式盐溶解度较小。
NaHCO3比Na2CO3难溶。
（H CO3—离子在它们的晶体中通过氢键结合成链使可溶性的碳酸氢盐的溶解度小于正盐的。
）②阳离子的极化性和变形性越大，碳酸盐热稳定性越低；正盐比酸式盐稳定。
Na2CO3>MgCO3>Al2(CO3)3 BeCO3<MgCO3<CaCO3<SrCO3<BaCO3正盐比酸式盐稳定（是因为H+是正电荷、半径小的离子，电荷密度集中，H+的反极化作用削弱了C—O键使得HCO3-不稳定。
比如NaHCO3热稳定性差，而Na2CO3热稳定性好）③碳酸盐均易水解三、硅及其化合物1.单质(无定形态，晶体)①物性:熔沸点高，硬而脆，灰色，金属外貌②化性 a.常温下溶于碱液:Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑Si+4OH-=SiO44-+2H2↑b.与金属和非金属反应:2Mg+Si=Mg2SiSi+Cl2=SiCl4（400°C）Si+O2= SiO2Si+C=SiC （2000°C）3Si+2N2=Si3N4（1000°C）Si+2S =SiS2（高温）2Mg+Si=Mg2Sic.硅遇氧化性酸发生钝化，可溶于HF-HNO3的混合酸中:3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O硅与氢氟酸:Si+4HF=SiF4+2H2↑d.高温下与水蒸气反应:Si(s)+3H2O(g)=H2SiO3(s)+2H2(g)(加热)③制备(粗硅)SiO2+2C=Si+2CO↑(加热)SiCl4+2Zn=Si+2ZnCl2(加热)SiO2+CaC2=Si+Ca+2COSiH4=Si+2H2(加热)2.二氧化硅——二氧化硅不与水反应，即与水接触不生成硅酸，但人为规定二氧化硅为硅酸的酸酐①结构：Si与O以四面体形式连接在一起，形成原子晶体②物性：溶沸点高（SiO₂中Si—O键的键能很高），无色，难溶于酸（氢氟酸及热浓磷酸除外）③化性：能溶于热碱 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O能溶于氢氟酸 SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O(玻璃容器不能盛放浓碱溶液和氢氟酸；盛碱的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因，可以用橡皮塞存放）在高温下，二氧化硅能被碳、镁、铝还原：SiO₂+2C=Si+2CO↑若c过量，则发生反应：S iO O O OSi+C= SiC （金刚砂）（高温）注：SiO ₂是表示组成的最简式，仅是表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比3.硅酸及其盐⑴硅酸（正硅酸 H 4SiO 4；焦硅酸 H 6SiO 7;偏硅酸 H 2SiO 3;二偏硅酸 H 2SiO 5)性质:二元弱酸， PH≥14时，主要以SiO 32形式存在；PH 在11-13之间，主要以Si 2O 52存在； PH<11缩合成较大同多酸根离子；PH 再低时，以硅酸凝胶析出；PH=5.8，胶凝速率最快。
⑵硅酸盐①溶解性：除碱金属硅酸盐可溶外，其它皆难溶。
常用的为可溶盐为Na 2SiO 3水溶液，又称为水玻璃、泡花碱。
长期贮放NaOH 、Na 2CO 3的瓶子不用玻璃塞，而用橡胶塞。
②硅酸盐的水解：SiO 32-水解呈碱性，若在其中加入NH 4+ 或通入CO 2则会发生完全水解：SiO 32－ + 2NH 4+ + 2H 2O → H 2SiO 3↓ + 2NH 3·H 2OSiO 32－ +2CO 2+2H 2O==H 2SiO 3+2HCO 3ˉ用途：Na2SiO3常做黏合剂，黏合瓦楞纸，洗涤剂添加物③常见硅酸盐组成结构结构：a.单聚硅酸根 单个的硅氧四面体，Si:O=1:4正硅酸根 SiO 44－b. 二聚硅酸根 两个硅氧四面体通过共用一个氧原子连结起来，Si:O=1:3.5 焦硅酸根 Si 2O 76－c.链聚硅酸根许多硅氧四面体连结成无限长的链，相邻两个硅氧四面体共用1个氧原子。
阴离子硅酸根链之间分布着带正电的金属离子，靠静电引力使链结合在一起，这类硅酸盐具有纤维状结构，如石棉[Si n O3n+1](2n+2)－d.片状聚硅酸根每一个硅氧四面体通过共用3个氧原子分别与邻近3个硅氧四面体连结，形成片层状结构，片层之间靠金属离子的静电引力结合在一起，如云母e.网络状聚硅酸根硅氧四面休间通过共用4个氧原子而组成各种三维网络结构。
如果在某个硅氧四面体中有铝原子代替了硅原子，形成的铝硅酸根网络骨架中就带了负电荷，因此在骨架的空隙中必须有平衡骨架负电荷的阳离子存在。
如用作催化剂或催化剂载体的沸石分子筛f.分子筛——人工合成铝硅酸盐自然界中存在的某些硅酸盐和铝硅酸盐具有笼形三维结构，可以有选择地吸附一定大小的分子，称为沸石分子筛。
优点：分子筛的选择性远远高于活性炭等吸附剂。
四、锗、锡、铅及其化合物1.单质锗①物性:半金属，结构与金刚石相同，有灰白色金属光泽，熔点1210k，硬度较大②还原性:常温下不与氧反应，高温下被氧化；不与稀盐酸，稀硫酸反应，能被浓硫酸和浓硝酸氧化(GeO2.nH2O)：Ge+2H2SO4+(n-2)H2O==GeO2·nH2O+2SO2↑Ge+4HNO3+(n-2)H2O==nGe2·nH2O+4NO2↑碱性溶液中能被氧化成锗酸盐：Ge+2OH- +H2O ==GeO32- +2H2↑③制备:含锗矿石→GeCl4→精馏提纯→GeO2→还原→Ge(超纯锗用区域熔融法制备，制造半导体的超纯锗纯度高达99.99999% )GeS2+3O2==GeO2+2SO2GeO2+4HCl==GeCl4+2H2OGeCl4+4H2O==GeO2+4HCl上面2步重复进行GeO2(纯）+2H2==Ge+2H2O碱溶液与锗的作用很弱，但与熔融的碱在空气中，能使锗迅速溶解锡①物性:银白色金属，硬度低，熔点505k,表面有一层保护膜，在空气中和水中都能稳定存在同素异形体：灰锡←286K→白锡←434K→脆锡(α型) （β型）（γ型）金刚石型立方晶系四方晶系正交晶系合金:a.马口铁(Fe-Sn)：制作水桶、烟筒等 b.青铜(Cu-Sn) c.焊锡(Pb-Sn)②化性灰锡（α锡）＜286K→白锡（β锡）＞434K→脆锡，低温下锡的自行毁坏，称为锡疫Sn+O2=SnO2Sn+2X2=SnX4 (X=Cl,Br)Sn+2HCl=SnCl2+H2↑3Sn+8HNO3(稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2O（与冷的极稀硝酸反应)Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3+4NO2↑+H2O(与浓硝酸反应)Sn+2OH-+4H2O=Sn(OH)62-+2H2↑（与苛性碱溶液作用放出氢）Sn + H2SO4 = SnSO4 + H2↑Sn+4H2SO4（浓）=Sn（SO4）2 +2SO2 + 4H2OSnS + Na2S2→ Na2SnS3（棕色固体溶解在二硫化钠溶液中）SnS2 + Na2S → Na2SnS3（黄色固体溶解在硫化钠溶液中）③制备: Sn在自然界主要以氧化物（锡石SnO2）状态存在。