电子教案与课件：《无机化学》 第十四章 碳族元素
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碳族元素课件
O
C
O
☞碳酸盐
溶解性： 反应物 碳酸盐——除NH4+、碱金属(Li除外)盐，一般难溶 碳酸氢盐——一般易溶 金属氢氧化物<<对应碳酸盐 难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶 溶 如 CaCO3(难溶） Ca(HCO3)2(易溶)解 金属氢氧化物≈对应碳酸盐 易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小 度 金属氢氧化物>>对应碳酸盐 水解性： 碳酸盐——水溶液呈碱性 向浓碳酸钠溶液中通入CO2致饱和 可析出NaHCO3 Na2CO3+ CO2+H2O → 2NaHCO3 (易溶) (溶解度小) 生成物 氢氧化物 碱式碳酸盐 碳酸盐
硅酸盐 硅酸钠的组成为xNa2O· ySiO2，俗 称水玻璃，或泡花碱，用途很广， 用于做粘合剂，防腐剂，软水剂， 洗涤剂和肥皂的填充剂，也是制硅
O
O
Si
O
O
SiO4四面体
胶和分子筛的原料。硅酸钠是最 常见的可溶性硅酸盐，由 石英砂与烧碱或纯碱反应而得到： 熔融 SiO2＋Na2CO3 == Na2SiO3＋CO2↑ 地壳质量的95%为硅酸盐矿，最重 要的天然硅酸盐矿是铝硅酸盐矿， 如钙长石， 钠长石等，是提取金属 铝的重要原料。 硅酸盐的结构很复杂，但基本结构 单元是相同的，均为硅氧四面体 SiO4，通过它的角顶氧原子可以连 接成链状，环状，层状或三维网格 结构等。各种硅酸盐的结构图形见 课本Si-硅酸盐结构
高温
Si＋2Mg ==== Mg2Si
☞硅含氧化合物
二氧化硅 硅酸 SiO2是原子晶体，基本结构单元是硅 通式：xSiO2· yH2O一般用 氧四面体，如图所示，原子比 =1/2。 偏硅酸 H2SiO3的式子代表 以Si-O共价单键结合。熔点高，硬度 硅酸.刚生成的硅酸主要以 大，不导电，不溶于水.纯石英称水晶， H4SiO4单分子形式存在, 放 无色透明，石英玻璃是将石英加热熔 置就逐渐缩合成多硅酸溶 胶, 在溶胶中加酸或电解质, 融冷却而成，具有耐高温，膨胀系数 小，透明度大，不吸收紫外线，用于 便可沉淀出白色透明有弹 作光学和耐高温仪器。 性的硅酸凝胶, 烘干并活化, 便可制得硅胶, 主要用于作 二氧化硅的化学性质不活泼，但容易 被碱和氢氟酸腐蚀： 干燥剂和吸咐剂。SiO2是 SiO2＋4HF＝SiF4＋H2O 酸性氧化物，难溶于水， SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H 不能用它和水反应得到硅 2O 熔融 酸，只能用可溶性硅酸盐 SiO2＋Na2CO3 == Na2SiO3＋ CO2↑ 经过酸化而得到 SiO32- + 2H+ ＝H2SiO3↓
化学课件《碳族元素》优秀ppt5 人教课标版
100 g
高温
CaCO3===CaO+CO2
85.每一年，我都更加相信生命的浪费是在于：我们没有献出爱，我们没有使用力量，我们表现出自私的谨慎，不去冒险，避开痛苦，也失去了快乐。――[约翰·B·塔布] 86.微笑，昂首阔步，作深呼吸，嘴里哼着歌儿。倘使你不会唱歌，吹吹口哨或用鼻子哼一哼也可。如此一来，你想让自己烦恼都不可能。――[戴尔·卡内基]
（3）制法
① 工业制法
高温
CaCO3 ==== CaO + CO2
② 实验室制法 CaCO3 + 2HCl ==== CaCl2 + H2O + CO2
例2 在没有现成的CO2气体发生器的情况下， 请你选用下图中仪器 是_______a_、__c__、__d_、_（e 填编号）。
4.一氧化碳
（1）物理性质
（2）化学性质
1、
可燃性：2CO
+
O2
点燃
====
2CO2
(用点燃方法除CO)
2、
还原性：Fe2O3
+
3CO
====
2Fe
+
3CO2
(炼铁)
CuO + CO ==== Cu + CO2
（3）毒性
例3 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CO2和水蒸气， 请用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。
――[阿萨·赫尔帕斯爵士] 115.旅行的精神在于其自由，完全能够随心所欲地去思考.去感觉.去行动的自由。――[威廉·海兹利特]
116.昨天是张退票的支票，明天是张信用卡，只有今天才是现金；要善加利用。――[凯·里昂] 117.所有的财富都是建立在健康之上。浪费金钱是愚蠢的事，浪费健康则是二级的谋杀罪。――[B·C·福比斯] 118.明知不可而为之的干劲可能会加速走向油尽灯枯的境地，努力挑战自己的极限固然是令人激奋的经验，但适度的休息绝不可少，否则迟早会崩溃。――[迈可·汉默] 119.进步不是一条笔直的过程，而是螺旋形的路径，时而前进，时而折回，停滞后又前进，有失有得，有付出也有收获。――[奥古斯汀] 120.无论那个时代，能量之所以能够带来奇迹，主要源于一股活力，而活力的核心元素乃是意志。无论何处，活力皆是所谓“人格力量”的原动力，也是让一切伟大行动得以持续的力量。――[史迈尔斯] 121.有两种人是没有什么价值可言的：一种人无法做被吩咐去做的事，另一种人只能做被吩咐去做的事。――[C·H·K·寇蒂斯] 122.对于不会利用机会的人而言，机会就像波浪般奔向茫茫的大海，或是成为不会孵化的蛋。――[乔治桑] 123.未来不是固定在那里等你趋近的，而是要靠你创造。未来的路不会静待被发现，而是需要开拓，开路的过程，便同时改变了你和未来。――[约翰·夏尔] 124.一个人的年纪就像他的鞋子的大小那样不重要。如果他对生活的兴趣不受到伤害，如果他很慈悲，如果时间使他成熟而没有了偏见。――[道格拉斯·米尔多] 125.大凡宇宙万物，都存在着正、反两面，所以要养成由后面.里面，甚至是由相反的一面，来观看事物的态度――。[老子]
[实用参考]无机化学-碳族元素.ppt
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直线形 直线形
C2H2、HCN CO
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一、碳族元素在自然界的分布 二、碳族元素的单质 三、氧化物 四、含氧酸及其盐 五、氢化物 六、卤化物和硫化物
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一、自然界的分布
C 单质状态：主要是金刚石和石墨。化合
物：煤、石油、天然气、动植物、
石灰石、白云石、CO2等。
Si靠Si-O键联结成各种链状、层状和立体
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Pb: 质软、密度大（11.35g·cm-3),纯铅在空气中不稳定 →Pb（OH）2或Pb2（OH）2CO3
C(石墨）→（金刚石）石理墨：转化为金刚石的机
△fGmθ/kJ·mol-1 0
ρ/g·cm-3
2.260
2.9 ⑴ 溶剂说：石墨先溶解 3.515 在溶剂（金属催化剂）
△fHmθ/kJ·mol-1
O
1.897 中成为单个碳原子，然 后在冷却时直接生成金
反应的特点？ 吸热、体积减小 刚石。
欲使反应正向进行，采取的措施？⑵ 固相转化说：石墨的
第十四章 碳族元素
§14-1 碳族元素的通性 §14-2 碳族元素的单质及其化合物 §14-3 无机化合物的水解性
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元素符号 C Si Ge Sn
Pb
价电层结构 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2
6s26p2
电负性
2.01 1.96(Ⅳ) 2.33 (Ⅳ) 2.25 1.90 (Ⅳ) 1.80(Ⅱ) 1.87 (Ⅱ)
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上图：纳米管在预先做 好阵列的硅晶片上催化 生长的结果。把Si晶片 置于一个充满乙烯容器 内,在特定的晶面上涂上 催化剂，加热后，高纯 的碳管以惊人的速度生 长，其速度可以达到每 小时500英里。
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 PPT课件
琢磨的金刚石为钻石
• 世界上最大的金刚石是库利南钻石 ，重3106克 拉，约合621克 ，切割成9块大钻石和96粒小钻 石，大的一颗取名非洲之星（也叫库利南一号）， 重530.2克拉，被加工成梨形镶在英国国王的令 牌上，第二大的叫库利南二号，重317克拉，镶 在英王王冠上）。
• 我国迄今为止发现的最大的金刚石重158.786克 拉，约重31.75克，这就是“常林钻石”。
价+4价稳定，Pb化合价+2价稳定.
稳定性:Pb2+ > Pb4+ 氧化性:Pb2+< Pb4+
PbO2+4HCl(浓) PbCl2+Cl2+2H2O
PbO2具有强氧化性
2、最高价氧化物通式为RO2对应水合物通 式为H2RO3[H4RO4或者R(OH)4].
3、氢化物通式为RH4
（二） 递变性:递变规律（从C 到Pb）
性
硅是半导体。
质
Si和Ge是典型的半导体
罗马帝国衰败
• 铅为有毒重金属元素，其症状为：胃疼， 头痛，颤抖，神经性烦躁，在最严重的情 况下，可能人事不省，直至死亡。科学家 发现：城市儿童血样即使铅的浓度保持可 接受水平，仍然明显影响到儿童智力发育 和表现行为异常。
议
一 议
小孩吃铅笔会引起慢 性中毒吗？
+4 +4 +4 +4 +4
CO2 SiO2 GeO2 SnO2 PbO2
H2 CO3 H2 SiO3 Ge(OH) 4 Sn(OH) 4 Pb(OH) 4 或H4SiO4
酸性减弱、碱性增强
氢化物的化学 式及稳定性强 弱
CH4 SiH稳4定性减弱
无机化学 第14章 碳族元素
与碱性氧化物反应
NiO+SiO2 Na 2SiO3
与HF作用
SiO 2 4HF SiF4 (g) 2H2 O
32
CO2无毒，含量过高时会导致缺氧而窒息。 CO2也不助燃,含量达到2.5%时,火焰会熄灭。 “干冰”可升华，蒸发比较慢，常作制冷剂。 CO2的临界温度为304K，加压被液（258K， 1.545MPa），可装入钢瓶运输。CO2可作为 优良溶剂进行超临界萃取，如从甜橙皮中萃 取柠檬油，从茶叶中萃取咖啡因等。 12
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由于碳原子无3d轨道，它的配位数已饱和,不 能接受H2O分子配位，因而都不能水解。 CCl4可以用CS2在催化剂的作用下氯化而制得：
CS2 + 3Cl2 CCl4 + S2Cl2
CCl4广泛用做有机物的溶剂，也是常用的 灭火剂。由于它能和钠作用生成NaCl，所以不 能用它扑灭燃烧的金属钠。
CaCO3 + HCl CaCl2 + H2O + CO2
13
碳酸及其盐 CO2能溶于水，但溶解度不大，298K时， 1L水中溶1.45g（约0.033mol）。水溶液中大 部分为CO2•H2O，极小为部分H2CO3。 它是 一种弱酸,仅存在于水溶液中,pH约等于4。 -7 = × H 2 CO 3 H HCO 3 K 1 4.2 10 2-11 = HCO 3 H CO 3 K 2 4.8×10 CO32-的结构： CO32-(6+3×8+2=32e-) 与 BF3(5+3×9=32e-)
2 2Mg 2CO 3 H 2O 2 H 2O 2Cu 2 2CO 3
2
Mg 2 (OH) 2 CO 3 (s) CO 2 (g) Cu 2 (OH) 2 CO 3 (s) CO 2 (g)
宋天佑无机化学第14章碳族元素.ppt
2021/1/2
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2.SiO2(俗名：石英、海砂、水晶、碧玉、玛瑙等）
2021/1/2
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SiO2的化学性质 ⑴高温下被Mg、Al、B还原
SiO2+2Mg(AL、B)→Si+MgO(B2O3、Al2O3) ⑵除F2、HF外不与其它X2和酸作用 SiO2+4HF=SiF4+2H2O→H2SiF6 （腐蚀玻璃） ⑶溶于热强碱液或熔融Na2CO3 SiO2+2OH-=SiO32-+H2O SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑ 光缆：高纯SiO2熔融体中拉出的直径约100μm的细丝（光 导纤维）→光缆
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3
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3.Sn、Pb的氧化物
SnO：难溶于水的黑色固体，两性。
Sn的 氧化物
SnO+2HCl=SnCl2+H2O SnO+2NaOH=Na2SnO2+H2O SnO2：难溶水的白色固体,两性偏酸. SnO2+2NaOH(熔融)=Na2SnO3+H2O
Pb的 氧化物
PbO(密陀僧):黄色、难溶于水,两性偏碱。溶 HAc和HNO3→Pb2+
PbO2:暗棕色,难溶于水,两性偏酸.强氧化性。
* PbO2+4HCl（浓）=PbCl2↓+Cl2↑+2H2O
* 2PbO2+2H2SO4（浓） =2PbSO4↓+O2↑+2H2O
* 5PbO2+2Mn2++4H+=2MnO4- 2021/1/2
+5Pb2++2H2O
3
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化学课件《碳族元素》优秀ppt2 人教版
硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常 可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示 其组成。
表示方法：金属元素氧化物写在前面，再 写SiO2，最后写H2O；氧化物之间用“·” 隔开。 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
126.在寒冷中颤抖过的人倍觉太阳的温暖，经历过各种人生烦恼的人，才懂得生命的珍贵。――[怀特曼] 127.一般的伟人总是让身边的人感到渺小；但真正的伟人却能让身边的人认为自己很伟大。――[G.K.Chesteron]
128.医生知道的事如此的少，他们的收费却是如此的高。――[马克吐温] 129.问题不在于：一个人能够轻蔑、藐视或批评什么，而是在于：他能够喜爱、看重以及欣赏什么。――[约翰·鲁斯金]
CO2 ＋ CaO＝CaCO3
高温 CaO＋SiO2 CaSiO3
与碱反应 与水反应
CO2 ＋2NaOH＝
SiO2 ＋2NaOH＝
Na2CO3+H2O
Na2SiO3+H2O
CO2 ＋ H2O＝H2CO3
不反应
二氧化硅的化学性质
可以与碱和碱性氧化物反应 弱氧化性 与盐反应（固体） 与氢氟酸反应（腐蚀玻璃）
硅的工业制法
在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方 法制得粗硅。
SiO2 ＋2C 高温 Si（粗硅）＋2CO↑ 与氯反应：Si ＋2Cl2 ＝ SiCl4(温度为400～500℃) 生成的SiCl4液体通过精馏，除去其中的硼、砷 等杂质。然后用氢气还原：
SiCl4 ＋2H2 高温 Si ＋ 4HCl
97.有三个人是我的朋友爱我的人.恨我的人.以及对我冷漠的人。 爱我的人教我温柔；恨我的人教我谨慎；对我冷漠的人教我自立。――[J·E·丁格] 98.过去的事已经一去不复返。聪明的人是考虑现在和未来，根本无暇去想过去的事。――[英国哲学家培根] 99.真正的发现之旅不只是为了寻找全新的景色，也为了拥有全新的眼光。――[马塞尔·普劳斯特] 100.这个世界总是充满美好的事物，然而能看到这些美好事物的人，事实上是少之又少。――[罗丹] 101.称赞不但对人的感情，而且对人的理智也发生巨大的作用，在这种令人愉快的影响之下，我觉得更加聪明了，各种想法，以异常的速度接连涌入我的脑际。――[托尔斯泰] 102.人生过程的景观一直在变化，向前跨进，就看到与初始不同的景观，再上前去，又是另一番新的气候――。[叔本华] 103.为何我们如此汲汲于名利，如果一个人和他的同伴保持不一样的速度，或许他耳中听到的是不同的旋律，让他随他所听到的旋律走，无论快慢或远近。――[梭罗] 104.我们最容易不吝惜的是时间，而我们应该最担心的也是时间；因为没有时间的话，我们在世界上什么也不能做。――[威廉·彭] 105.人类的悲剧，就是想延长自己的寿命。我们往往只憧憬地平线那端的神奇【违禁词，被屏蔽】，而忘了去欣赏今天窗外正在盛开的玫瑰花。――[戴尔·卡内基] 106.休息并非无所事事，夏日炎炎时躺在树底下的草地，听着潺潺的水声，看着飘过的白云，亦非浪费时间。――[约翰·罗伯克] 107.没有人会只因年龄而衰老，我们是因放弃我们的理想而衰老。年龄会使皮肤老化，而放弃热情却会使灵魂老化。――[撒母耳·厄尔曼] 108.快乐和智能的区别在于：自认最快乐的人实际上就是最快乐的，但自认为最明智的人一般而言却是最愚蠢的。――[卡雷贝·C·科尔顿] 109.每个人皆有连自己都不清楚的潜在能力。无论是谁，在千钧一发之际，往往能轻易解决从前认为极不可能解决的事。――[戴尔·卡内基] 110.每天安静地坐十五分钟·倾听你的气息，感觉它，感觉你自己，并且试着什么都不想。――[艾瑞克·佛洛姆] 111.你知道何谓沮丧---就是你用一辈子工夫，在公司或任何领域里往上攀爬，却在抵达最高处的同时，发现自己爬错了墙头。－－[坎伯] 112.「伟大」这个名词未必非出现在规模很大的事情不可；生活中微小之处，照样可以伟大。――[布鲁克斯] 113.人生的目的有二：先是获得你想要的；然后是享受你所获得的。只有最明智的人类做到第二点。――[罗根·皮沙尔·史密斯] 114.要经常听.时常想.时时学习，才是真正的生活方式。对任何事既不抱希望，也不肯学习的人，没有生存的资格。
碳族元素PPT课件
易后期的分离提纯。
缺点：单壁碳纳米管的纯度
较低、易粘结。
2020/1/6
有机气体催化裂解
催化裂解法是目前应用最 广、最易实现大规模生产的 一种制备方法。在此法中化 学气相沉积法应用最广。一 般采用铁、钴、镍及合金做 催化剂，粘土、硅酸盐、氧 化铝做载体，低碳烃如乙炔、 甲烷、丙烯等做碳源、氮气、 氢气、氨气等做稀释气在高 温的气流炉中进行，有时候 还采用等离子加强或微波辅 助的方法来保持碳原子的均 匀分布。
在所有物质中，它的硬度最大。物质硬度刻画法规定，以金刚 石硬度为10来度量其它物质的硬度。（Cr为9、Fe为4.5、Pb为 1.5、钠为0.4等）
金刚石对所有的化学试剂都显惰性，但在空气中加热到1100K
左右时能燃烧成CO2
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金刚石俗称钻石，除用 作装饰品外，主要用于 制造钻探用钻头和磨削 工具，重要现代工业原 料，价格十分昂贵。
1. 它的配位数仅限于4 2. 碳的成键能力最强 3. 原子间能形成多重键
目前全世界已经发现的化合物种类达400多万中，不含碳 的化合物不超过10万种
110多种元素，碳是地球上化合物种类最多的元素
2020/1/6
4
硅的丰度为27.7%，第二位
地壳中含量最多的元素氧和硅结合形成的二氧化硅SiO2，占地壳 总质量87%。硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界。
碳是组成生物界的主要元素，硅是构成地球上矿物界 的主要元素
锗是暗灰色、重而软金属，晶态锗也是重要半导体材料
锡是银白色金属，质软无毒，耐腐蚀，延展性好
锡有三种同素异形体——灰锡，白锡和脆锡；是金属型晶体 常温下，锡表面生成一层保护膜 低于－48℃时，白锡会转变成粉末状的灰锡
【5A版】无机化学-碳族元素
2019/1/23 4
sp杂化,一个叁 键,1个孤电子对
一、碳族元素在自然界的分布 二、碳族元素的单质 三、氧化物 四、含氧酸及其盐 五、氢化物 六、卤化物和硫化物
2019/1/23 5
一、自然界的分布
C 单质状态：主要是金刚石和石墨。化合 物：煤、石油、天然气、动植物、 石灰石、白云石、CO2等。 Si靠Si-O键联结成各种链状、层状和立体 状结构，构成各种岩石及其风化产 物-土壤和泥砂。 Ge、Sn、Pb主以硫化物形式存在。
3.金刚石的人工合成
欲使反应正向进行，采取的措施？⑵ 固相转化说：石墨的 ----高温、高压、催化剂。
碳原子间的键不发生断 裂，而是在催化剂的作 用下，按一定方向位移 直接转化为金刚石结构。
2019/1/23
14
4.硅、锗、锡、铅单质
Si:原子晶体，灰黑色，硬、脆，能刻划玻璃。低温下稳定， 只与强氧化剂和强碱作用，高温时可与许多物质反应。 高纯硅可作半导体材料。 * Si+2OH- +H2O=SiO32-+2H2↑ Ge：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。 Sn：灰锡(α)←→白锡(β)←→脆锡(γ) 白锡:有延展性金属,<286K逐步转化为粉末状灰锡而自行 毁坏(锡疫).马口铁为镀锡薄铁. Sn+2HCl(热、浓)=SnCl2+H2↑ 3Sn+8HNO3(冷、稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2O Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3(SnO2· H2O)↓+4NO2↑+H2O Sn+2OH-+2H2O= Sn(OH)42-+H2↑
sp杂化,一个叁 键,1个孤电子对
一、碳族元素在自然界的分布 二、碳族元素的单质 三、氧化物 四、含氧酸及其盐 五、氢化物 六、卤化物和硫化物
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一、自然界的分布
C 单质状态：主要是金刚石和石墨。化合 物：煤、石油、天然气、动植物、 石灰石、白云石、CO2等。 Si靠Si-O键联结成各种链状、层状和立体 状结构，构成各种岩石及其风化产 物-土壤和泥砂。 Ge、Sn、Pb主以硫化物形式存在。
3.金刚石的人工合成
欲使反应正向进行，采取的措施？⑵ 固相转化说：石墨的 ----高温、高压、催化剂。
碳原子间的键不发生断 裂，而是在催化剂的作 用下，按一定方向位移 直接转化为金刚石结构。
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4.硅、锗、锡、铅单质
Si:原子晶体，灰黑色，硬、脆，能刻划玻璃。低温下稳定， 只与强氧化剂和强碱作用，高温时可与许多物质反应。 高纯硅可作半导体材料。 * Si+2OH- +H2O=SiO32-+2H2↑ Ge：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。 Sn：灰锡(α)←→白锡(β)←→脆锡(γ) 白锡:有延展性金属,<286K逐步转化为粉末状灰锡而自行 毁坏(锡疫).马口铁为镀锡薄铁. Sn+2HCl(热、浓)=SnCl2+H2↑ 3Sn+8HNO3(冷、稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2O Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3(SnO2· H2O)↓+4NO2↑+H2O Sn+2OH-+2H2O= Sn(OH)42-+H2↑
第十四章 碳族
K3C60
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
性质
• C60分子具有球形的芳香性，可以合成 60Fn，作为超 分子具有球形的芳香性，可以合成C 级润滑剂。 级润滑剂。 • C60笼内可以填入金属原子而形成超原子分子，作为 笼内可以填入金属原子而形成超原子分子， 新型催化剂或催化剂载体，具有超导性， 新型催化剂或催化剂载体，具有超导性，掺K的C60， 的 Tc = 18K，Rb3C60 Tc = 29K，它们是三维超导体。 ， ，它们是三维超导体。 • C60晶体有金属光泽，其微晶体粉末呈黄色，易溶于 晶体有金属光泽，其微晶体粉末呈黄色， 其苯溶液呈紫红色。 分子特别稳定， 苯，其苯溶液呈紫红色。C60分子特别稳定，进行化 学反应时， 始终是一个整体。 学反应时，C60始终是一个整体。
第十四章 碳族元素
Chapter 14 The Carbon Family Elements
§14-1 碳族元素的通性
价层电子组态为ns 价层电子组态为 2np2; 形成共价化合物是本族元素的特征; 形成共价化合物是本族元素的特征
第十四章 碳族元素
§14.1 通性
碳族元素的性质 元素符号 价电子层 结构 主要 氧化数 原子序数
Si-Si键能为 键能为222kJ.mol-1，C-C键能为 键能为346 kJ.mol键能为 键能为
1，决定了硅链不能太长，其硅的化合物必然比碳的 决定了硅链不能太长，
化合物要少得多。 键能为452 kJ.mol-1，比C-O 化合物要少得多。Si-O键能为 键能为 键能357.7 kJ.mol-1要高得多，决定了硅的化合物中 要高得多， 键能 存在Si-O键的占有很大的比例。 键的占有很大的比例。 存在 键的占有很大的比例
【高中化学】碳族元素、无机非金属材料PPT课件
石墨
层状结构
-------- -------------------------------------------- - ------- -- -- -
熔点很高,质软有滑腻感
金刚石与石墨晶体结构对比
金 刚 石
石 墨
碳的同素异形体：
足球烯
(1)发现：1985年，科学家用激光束照射石墨 得灰色气体，用有机溶剂萃取得n﹤200的大量 簇分子，含60个碳的分子比较多。
A.X是非金属元素 B.X的+2价化合物比+4价化合物稳定 C.XO2具有强氧化性 D.X有稳定的氢化物
课堂练习
5.某些保健品中含有的锗元素，位于周期表中的 第四周期第ⅣA族。有关锗的叙述正确的是(CD) A.锗的原子序数为34
B.锗的金属性比锡强 C.Ge可形成Na2GeO3的盐 D.单质锗是半导体材料
递变性： C Si
Ge
Sn
Pb →
非金属性减弱，金属性增强
［问题探究］
碳的+4价化合物稳定，那CO应有较 强的什么性？那它能否用浓硫酸来干燥？
［问题探究2］课本上说“……碳、硅、
锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价 化合物是稳定的”。
(1)根据上一句话判断：锡的十2价化合物(如 SnCl2)应具有较强的 还原 性，铅的十4价化 合物应具有较强的 氧化 性。
(2)PbO2与浓盐酸可发生氧化还原反 应生成Cl2，该反应的化学方程式为 PbO2+4HCl(浓)=PbCl2+Cl2↑+2H2O 。
[过渡]以上我们学习了碳族元素的原子结
构及化学性质，下面，我们通过下表来认 识一下碳族元素单质的物理性质。
碳族元素单质的性质 元素 颜色、状态 密度 熔点 沸点
14-1碳族元素
艾林罕姆（Ellingham）图
（d）
（d） （a）
（b）
（c） T/K
14. 1. 2 碳的含氧化合物
碳的氧化物主要有两种： 一氧化碳和二氧化碳。 1. 一氧化碳
CO 为无色无臭有毒气体， 在水中溶解度较小。
实验室制备 CO：
① 向热浓硫酸中滴加甲酸 HCOOH —热浓—H—2SO—4 CO↑ + H2O
主要氧化数
0、+2 0、+2 0、(+2) 0、+2 0、+2 +4 +4 +4 +4 +4
原主子要半化径合/物pm +747 +121、7 +1422 1+421(4)175
离 子
r(M4+)/pm高氧1低6化氧数化化4数0合化物合稳5物定3 稳性定减6性小9 增大78
半 径
r(M2+)/即pm惰性-电子对- 效应明73显
锺乳石、石笋的形成
碳酸盐: 正盐和酸式碳酸盐
(1)溶解性
碳碳向难N(易酸酸a浓溶2溶盐氢C碳碳O)—盐酸酸3——盐+可钠除—一C对析溶ON一般应出液H2般难的+4N中+H易溶、碳a2通溶HO碱酸C入金氢→OC属盐3O(易(2溶L2Ni溶致除a解饱H外度C和)O小盐3)，
如 CaCO3(难溶如） Ca(HCO3)2(难溶)
电I白1/(负锡kJ性变·m(为ol-p1粉)) 末134状.002灰1锡20.11，2 此92现4.07象叫81“3.94锡疫710.”93 。
ⅣA 碳(C) 硅(Si) 锗(Ge) 锡(Sn) 铅(Pb)
原子序数 6 14 32 50 82
无机化学课件碳族
锡：锡石 SnO2 。
铅：方铅矿 PbS，白铅矿 PbCO3 。
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图
锡石SnO2
方铅矿 PbS
单质
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17.2 碳族元素的单质
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碳单质的同素异形 体 ： 金刚石：原子晶体,硬度最大,熔点最高。
石墨：层状晶体 ，质软，有金属光泽。 足球烯或富勒烯： C60， C70 等。
CO32-(6+3×8+2=32e-)与BF3 (5+3×9=32e-) 为等电子体。
O
C：sp2杂化
C
O
O
2-
Π6 4
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碳酸及其盐的热稳定性：
①H2CO3<MHCO3<M2CO3
H 2CO 3 H 2O CO 2 (g)
2M
I HCO
3
M
I 2
CO
3
H2O
CO
2
M IICO 3 M IIO CO 2 (g)
Ba
2
CO
23
BaCO
3 (s)
②氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生成碳酸羟盐(碱 式碳酸盐)沉淀。
例如：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+ 和Mg2+等。
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2Mg2 2CO32- H2O 2Cu2 2CO32- H2O
Mg2(OH)2CO3(s) CO2(g) Cu2(OH)2CO3(s) CO2(g)
结构： Si采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体
硅氧四面体
二氧化硅
精编无机化学教学课件 14章 碳族元素
C60的结构
Fullerite
2 碳单质的还原性
碳单质最重要的化学性质是它的还原性。是通过自身被氧化为CO或 CO2将别的物质置换出来，起到还原的作用。大量的研究的到下图：
图中 反应C+O2=CO2 的rS≈0, 反应2C+O2= 2CO的 rS>0, 反应2CO+O2=2CO2 rS <0。 三条直线交于983K。 高于此温度,2C+O2=2CO的反应倾向大， 低于此温度,2CO+O2=2CO2的反应倾向更大。 生成CO的直线向下倾斜,这使得几乎所有金 属的rG−T直线在高温下都能与C-CO直线 相交。能够被碳还原，碳为一种广泛应用的
金刚石的结构
（2）石墨 石墨具有层状结构，层内每个碳原子都以 sp2 杂化轨道与邻近的三 个碳原子形成共价单键，构成六角平面的网状结构，这些网状结构又 连成片状结构。同一层中的每个碳原子均剩余一个未参加杂化的 2p 轨 道，其中有一个未成对电子，同层中碳原子的 2p 轨道相互重叠，形成 一个垂直于平面层的由 Ne 个原子 Ne 个电子形成的大π键。大π键的电 子可以在整个平面层中流动，所以石墨具有层向的良好导电性和导热 性。石墨的层与层之间距离较大，层与层之间的作用力是范德华力， 容易沿着与层平行的方向滑动、裂解，因此石墨质软且具有润滑性。
石墨的结构
（3）碳原子簇 由 N 个碳原子组成的 CN 分子(N < 200)，称为碳原子簇，它们的 结构为封闭的多面体的圆球形或椭球形。
C60 是由 60 个碳原子联结的多边形所构成的近似圆球的分子。C60 是一个直径为 1 nm 的空心圆球, 60 个碳原子围成直径为 0.7 nm 的球 形骨架, 球心到每个碳原子的平均距离为 0.35 nm。在球面上有 60 个顶 点，由 60 个碳原子组成 12 个五元环面、20 个六元环面和 90 条棱。
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CO是N2的等电子体， CO[KK(σ2s)2(σ2s*)2(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2]
:C O: CO是低氧化态金属原子极好的配体，Fe(CO)5 、Co2(CO)8、Ni(CO)4、RhCl(CO)(PPh3)2等。它 的毒性与这种配位作用有关，CO优先于O2与血红 蛋白分子中的铁离子结合使受害者窒息而死。
单质硅的晶体结构类似于金刚石，熔点1683K， 灰黑色，有金属外貌，性硬碎。低温下，单质硅 并不活泼，与水、空气和酸均无作用。但能与强 氧化剂和强碱溶液作用。
Ge：灰白色脆性金属，金刚石型晶体结构。m.p. ，1210K，它略比Si活泼，高纯Ge也是一种良好 的半导体材料。
Sn：三种同素异形体，
286K
灰锡
α型
434K
白锡
β型
脆锡 γ型
金属锡在冷的稀HCl中溶解缓慢，但迅速溶于热浓 HCl中：Sn + 2HCl === SnCl2 + H2
在冷稀HNO3中：3Sn + 8HNO3 === 3Sn(NO3)2 + 2NO + 4H2O
在浓HNO3中：Sn + 4HNO3 === H2SnO3 + 4NO2 + H2O
CO2和CO均是无色无嗅气体。CO2是造成温室效应 的几种多原子分子之一，大气中这类多原子分子允
许可见光通过，但却强烈吸收由地球表面散发的红 外光，从而妨碍了地球的散热。
CO2的临界温度高(304K)：当今作为反应溶剂， CO2制干冰，作为冷冻剂。
CO2的分子π34
:O C O:
3. Sn和Pb的氧化物
Sn2+ + 2CO32- === SnO + CO2 Sn + O2 === SnO2 铅的氧化物：PbO(黄)、Pb3O4(红)、Pb2O3(橙) 、PbO2(棕)
～600K
～700K
～800K
PbO2
Pb2O3
Pb3O4
PbO
PbO：两性偏碱，即易溶于HNO3，难溶于碱； PbO2：稍溶于碱，而难溶于HNO3，即偏酸性； SnO2：易溶于碱，酸性显著。
PbO2是强氧化剂： PbO2 + 4HCl === PbCl2 + Cl2 + 2H2O 5PbO2 + 2Mn2+ + 4H+ === 5Pb2+ + 2MnO4- + 2H2O
在碱溶液中：Sn + OH- + 2H2O === Sn(OH)42- + H2 在Cl2中：Sn + 2Cl2 === SnCl4
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。
• 冶金工业中的碳还原反应
3. 人造金刚石
C(石墨)→C(金刚石) △fGmΘ=2.900kJ.mol-1， d石墨=2.260g.cm-3， d金刚石=3.515g.cm-3， 热力学解决的一些典型反应，计算需要压力： 1.5×109Pa，石墨转化为金刚石是吸热反应，故 高温有利反应。
4. Si、Ge、Sn、Pb
2. SiO2 SiO2是原子晶体，与CO2大为不同。SiO2是
一种坚硬、脆性、难熔的无色固体。
制石英玻璃：能让紫外光通过，制光学仪 器，又因它的膨胀系数小，能经受温度剧变，制 备高级化学器皿。
SiO2 + 4HF(g) === SiF4 + 2H2O SiO2 + 6HF(l) === H2SiF6 + 2H2O SiO2 + 2OH- === SiO32- + H2O SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 + CO2
第十四章碳族元素
碳族元素的通性
Si-Si键能为222kJ.mol-1，C-C键能为345.6kJ.mol-1 ，决定了硅链不能太长，其硅的化合物必然比碳 的化合物要少得多。Si-O键能为452kJ.mol-1，比 C-O键能357.7kJ.mol-1要高得多，决定了硅的化合 物中存在Si-O键的占有很大的比例。
在HCl中缓慢作用：Pb + 2HCl === PbCl2 + H2
＞79%的H2SO4中： Pb + 2H2SO4 === Pb(HSO4)2 + H2
冶炼：Si和Ge：首先将原料转化成SiCl4(b.p.330K) 和GeCl4 (b.p.356K)，然后精馏提纯。
SiO2 + 2C + 2Cl2 === SiCl4 + 2CO + SiCl4 + 2Zn(Mg) === Si + 2ZnCl2 (MgCl2) GeCl4 + (x+2)H2O === GeO2.XH2O + 4HCl GeO2 + 2H2 === Ge + 2H2O Sn：先将硫化矿焙烧成氧化物，氧化物用C还原，
SnO2 + 2C === Sn + 2CO Pb：PbS + 3O2 === 2PbO + 2SO2
PbO + C === Pb + CO
PbO + CO === Pb + CO2
三、氧化物 1. CO2和CO
制备：含碳化合物的燃烧
CaCO3 === CaO + CO2 CaCO3 + 2HCl === CaCl2 + H2O + CO2 HCOOH ==== CO + H2O H2C2O4 ==== CO2 + CO + H2O
Ge、Sn、Pb → 稳定氧化态由+4变为+2， 这是由于ns2的惰性电子对稳定性变化。
碳族元素的单质及其化合物
一、碳族元素在自然界中的分布
碳：石墨、金刚石、煤、石油、天然气、动植物、石 灰石、CO2等。
硅：SiO2； 锗：4Ag2S.GeS2(硫银锗矿)、Cu2S.FeS.GeS2(锗石
矿)； 锡： SnO2(锡石矿)； 铅：PbS(方铅矿)
二、碳族元素单质 1. 碳的同素异形体 金刚石：硬度10、熔点3823K、原子晶体、sp3杂化
；
石墨：软、熔点比金刚石仅低50K、sp2杂化、大π 键、导电性；
碳原子簇：Cn，n通常小于200。C60 sp2杂化， 32面体，12个正五边形，20个正六边形，名叫 富勒烯。人们在C60的大量合成方法建立后两年 内发现了它的数十个反应，其中许多与烯烃的 金属有机化学相类似。C60象一些配体那样在富 电子铂配合物中以两个碳原子与金属键合。