碳族元素

4. 碳酸盐的热分解 Na2CO3 --- Na2O + CO2 (850C°) MgCO3 --- MgO + CO2 (540C°) NaHCO3 --- Na2CO3 + H2O + CO2 (270C°) H2CO3 --- H2O + CO2 (常温) 均产生CO2气体，阳离子的极化作用越大, 越易分解。
2. 二硫化碳 CS2 CS2无色液体，重要的非水溶剂。 性质:
CS2 + 3O2 --- CO2 +2SO2 (点燃)
CS2是酸性硫化物，可以与K2S反应 K2S + CS2 ---K2CS3 硫代碳酸钾 制备: 硫蒸气通过红热木炭 C + 2S --- CS2 (炽热)
3. 碳化物 1°离子型 碳与IA、IIA、IIIA族金属形成的碳化物, 如Al4C3等不一定有离子键，但由于有典型的金 属原子，故取名离子型。易水解。 Al4C3 + 12H2O--- 4Al(OH)3 + 3CH4 甲烷
§2.硅 一.单质
灰黑色，高硬度，m.p.较高。结晶硅是 重要电子工业材料! 1. 制备 SiO2 + 2C ---Si(粗) + 2CO (电炉) 粗硅提纯 Si + 2Cl2--- SiCl4(l) 蒸馏得纯 SiCl4 , 用H2 还原纯SiCl4 SiCl4 + 2H2--- Si(纯) + 4HCl (电炉, 催化)
灰锡呈灰色粉末状，白锡在286K下变成
灰锡，自行毁坏，从一点变灰, 蔓延开来, 称
为锡疫。所以锡制品不宜冬季放在室外. 白锡是 蓝色), 有延展性. 的单质, 银白色(带
2. 与酸碱的反应 1°与盐酸反应
2°与氧化性酸的反应
3 °与碱的反应
碱性溶液中Ge, Sn, Pb全部溶解！只有 Ge不溶解于HCl.
2°间充型 重过渡金属半径大，在晶格中充填碳原子， 仍有金属光泽，但硬度和熔点比原来的金属还 高。如Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W等可形成MC式碳 化物。 轻过渡金属的碳化物，其活性介于重过渡 金属间充型碳化物和离子型碳化物之间。可以 水解 3 °共价型 B4C，SiC(金刚砂)主要特点是高硬度. SiC 硬度为9(金刚石为10)，B4C可用来打磨金刚石.
§3.锗 锡 铅 一.单质
1. 物理性质 锗: 银白色，硬金属；铅: 暗灰色，软 金属，密度大；锡: 有三种同素异形体:
小故事：军服纽扣不翼而飞 • 沙皇时代，天气变冷，俄罗斯军需官 决定为军官和士兵发放冬季服装．他打开 仓库，发现所有军服上的纽扣都不见了， 变成一堆一堆的灰色粉末． 这是什么原因造成的呢？后来他请教 了一位科学家，才弄明白！
§1.碳
一、单质 1. 同素异形体 石墨 : 硬度小，熔点极高，层状结构, C： sp2杂化，剩余的p1轨道，在层内有πnn键， 有 离域电子, 所以导电；层间分子间作用力小， 易滑动，有润滑性。
碳簇: 以C60为最常见。正二十面体，
每个面都是正三角形，每个面角都是五面
角，共十二个顶点，将每个顶都截掉，得
第十五章
碳族元素
C 碳
单 质: 石墨、金刚石, C60, C70. 无机物: CO2，石灰石、大理石CaCO3， 白云石MgCa(CO3)2； 有机物: 动植物体，煤(s)，石油(l)， 天然气(g). 排第13位. Si 硅（矽）以Si-O-Si键存在，水晶、石英 (SiO2)，及其它硅酸盐矿物，居第2位。 Ge 锗 锗石矿 Cu2S· GeS2 FeS· Sn 锡 锡石矿 SnO2 云南个旧, 锡都 Pb 铅 方铅矿 PbS
孔性有吸附作用的物质, 多孔硅胶, 可用为干 燥剂, 起吸水作用.
实际上, 没有如此规则, 处于不完整键合和 混杂无序状态.
吸水后，若有明显现象，则可以在除水 后, 再生使用. 为此, 可用CoCl2溶液浸泡, 烘 干, CoCl2无水时呈蓝色，当干燥剂吸水后， 随吸水量不同, 呈现蓝紫-紫-紫粉-粉红. 最后 为, 呈粉红色。说明硅胶已经吸饱水。再使 用时要烘干, 称这种硅胶为变色硅胶.
二、 氧化物
2. CO 无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小. 1°制备 向热浓硫酸中滴加甲酸: 草酸与浓硫酸共热: H2C2O4(s) --- CO + CO2 + H2O (热浓H2SO4, 将 CO2和H2O 用固体NaOH柱吸收, 得CO) 制纯的CO, 可用分解羰基化合物法:
工业上将空气和水蒸气交替通入红热碳层:
天平室中天平内有一小杯变色硅胶, 用来吸收 空气中水份, 保持干燥. 若已变红, 变为无吸水性, 需
4. 硅酸盐 1°硅酸盐结构的图示法 硅酸盐种类极多，其结构可分为链状、片 状和三维网络状，但基本单元都是 硅氧四面体。 如:
2°硅酸盐结构的分类
共用四个顶点结成三维网络状结构, 如沸石类, 有微孔, 有笼, 有吸附性. 但沸石孔道 均一, 因为是晶体, 不同于硅胶.称之为分子筛, 根 据孔径的大小, 可以筛选分子, 故称沸石分子筛.
与斜率相反)
再看反应 2Mn + O2 ---- 2MnO 的情况， < 0，斜率为正，当达到 m.p. 时，斜率更 大，见直线(d)，在温度 Ty，(c) 线和(d)线 相交，两反应的△rGm相等。
当 T > Ty时，才有(e)式的△rGm < 0, 则表示 C 可以将 MnO还原，产物是CO，若产生CO2，则 温度还要高(达到Tz以上). 正是由于2C + O2 --2CO的 △ rSm > 0, 所以碳在冶金工业上被广泛 用为还原剂. 问题: (e)式的△rHm为正还是负?
十二个正五边形，原来的每个正三角形都
变成了正六边形。20个六边形，12个正五
边形，结构为截角正二十面体。
2. 碳的还原性 冶金工业上，用碳还原金属氧化物制备金属， 如: MgO + C ---Mg + CO (2000K) 碳的氧化还原， 涉及到以下三个反应:
a)斜率为正； b) 斜率基本为零； c) 斜率为负 (
四 、其它含碳化合物
1、四氯化碳 CCl4 CCl4 是无色液体，重要非水非极性溶剂， 不水解，是灭火剂，阻燃剂。(隔绝空气) 制备 : CH4 + 4Cl2 ---CCl4 + 4HCl (713K) CS2 + 3Cl2 --- CCl4 + S2Cl2 (FeCl3, 300K) 分馏, 先蒸出为 CCl4 (b.p. 76.8℃)
2. 化学性质（与CCl4对比） 1°稳定性 比CH4差。 SiH4 -- Si + 2H2(气体) 773K 对于甲烷分解: 1773K 2 °还原性 在空气中自燃
3 °水解
对于甲烷, 无此反应。
三、 硅的卤化物 SiF4(g), SiCl4(l), SiBr4(l), SiI4(s) 均无色 1. 水解性 SiX4 + 4H2O ---H4SiO4 + 4HX 此为共 性，SiCl4,无色液体，刺激性，空气中潮解 发烟. 在结构上的反应机理:
3. 碳酸盐的生成 在含有金属离子溶液中加Na2CO3，由 于水解 相当于有两种沉淀剂，OH-和. Na2CO3总浓度C = 1.0 时，将有 [ ] = 8.6 X [OH-] = 1.4 X. 则产生沉淀情况要视M(CO3)n和M(OH)n 的溶解度而定。
1°若M(CO3)m 溶解度<< M(OH)n溶解度, 则 加入Na2CO3时只生成 M(CO3)n沉淀。如。 2 °若 M(OH)n 溶解度极小，则只生成 M(OH)n. 如
关键是Si有空的d轨道，可以形成sp3d五配 位的中间体，故SiX4易水解，而CCl4无空轨道， 不易水解。 SiF4 + 4H2O--- H4SiO4 + 4HF SiF4 + 2HF ---H2SiF6 (氟硅酸，比H2SO4酸性 还强) H2SiF6是强酸，和H2SO4相当，但纯的 H2SiF6尚未制得，其盐Na2SiF6, K2SiF6较难溶， 但PbSiF6易溶
3 °两种物质的溶解度不属于以上这两种情况， 而是介于中间，则生成碱式盐。如:
4 °改变沉淀剂的情况，加入NaHCO3溶液， 则[OH-]小了，有些生成碱式盐的，如 等, 可以生成碳酸盐。
5 °若加入的沉淀剂是被CO2饱和了的 NaHCO3溶液，则[OH-]更少些，可使沉淀出 正盐，但由于[ ]也少了，致使溶度积 大的MgCO3不能沉淀。但是, CuCO3 , HgCO3 由于水解强，尚未制得。
2. 化学反应 Si在常温下不活泼，而在高温下可以 和O2、Cl2、N2反应. 单一的酸不能和Si反应，要用HF－ HNO3混酸: 3Si + 18HF + 4HNO3 --- 3H2SiF6 + 4NO(气体)+ 8H2O 相当于王水的作用，其实 的很小。 和 强碱的作用: 类似于砷 Si + 2NaOH + H2O --- Na2SiO3 + 2H2 （气体）
二、 硅烷 Si-Si键不如C－C键强，因为Si的半径 比C大. 硅烷的种类比烷烃少得多。 n≤6。最 典型的是甲硅烷，n = 1, SiH4 : 无色无臭气体。
1.制备 SiO2与金属一同灼烧: SiO2 + 4Mg --- Mg2Si + 2MgO (灼烧) 在酸中水解: Mg2Si + 4HCl --- SiH4 + 2MgCl2 这样制得的SiH4中含有Si2H6, Si3H8等杂质 纯的SiH4 : SiCl4 + LiAlH4---SiH4 + LiCl + AlCl3
.
其中 得
PbO2棕黑色，强氧化剂:
不易失去。一旦失去，夺回的倾向很强，同 样，Tl(III)也有这种效应，Hg(II)也有。为惰 性电子对效应, 镧系收缩的结果.
得到的气体含CO 25％，CO2 4％，N2 70％ （体积比） 这种混合气体称为发生炉煤气。另一反应
含CO 40％，CO2 5％，H2 50％ 为 水煤气。 生成的炉煤气和水煤气都是工业上的燃料气
2°CO的化学反应
CO + Cl2 --- COCl2 光气 CO + NaOH --- HCOONa (高压) CO + H2 --- 多种C、H有机化合物 (催化剂) 微量的CO通入PdCl2溶液中，可使溶液变黑 CO + PdCl2 + 2H2O --- Pd + CO2 + HCl 鉴定CO
正硅酸放置时，生成多硅酸胶体溶液，即
3. 硅胶 在单体可溶性硅酸盐(NaSiO3)中, 加H+, 至 pH＝7~8时, 硅酸根缩聚, 聚合度逐渐加高, 形
成大分子量的胶体溶液. 当分子量达到一定程
度时, 变成凝胶. 用水洗涤, 交换去掉阳离子,
烘干(333-343K), 加热(573K)活化, 得到一种多
三 、碳酸及其盐 1、结构
2. 可溶性碳酸盐 Na2CO3, K2CO3和(NH4)2CO3等均易溶于 水。但NaHCO3、KHCO3和NH4HCO3的溶解 度相对小些。原因是HCO3-有分子间氢键， 发生缔合，形成双聚酸根。
CaCO3难溶，而Ca(HCO3)2 的溶解度比 它大些。原因是CaCO3是电荷高(2:2)，引力 大, 不易溶解; 但Ca2+和是＋2对－1，引力相 对小些, 易于溶解。
2、制备
四 、硅的含氧化合物 1. 二氧化硅 SiO2不溶于水，但它是硅酸的酸酐; 加热 溶于强碱水溶液或溶于熔融态Na2CO3, 形成可 溶性硅酸盐（Na2SiO3)
SiO2和HF有特殊反应:
2. 硅酸 可溶性硅酸盐与酸的反应可得正硅酸
硅酸根之间易缩合，使硅酸的存在形式很 复杂，经常用XSiO2· 2O表示，如: YH X=1, Y=1, H2SiO3 偏硅酸 X=1, Y=2, H4SiO4 正硅酸、原硅酸 X=2, Y=1, H2Si2O5 二偏硅酸 X=2, Y=3, H6Si2O7 焦硅酸 (相当于2个 正硅酸脱1个水分子)
百度文库
二 、锗锡铅的含氧化合物
1. 酸碱性 Ge, Sn, Pb 都有两种氧化物MO, MO2. MO两性偏碱, MO2两性偏酸, 均不溶于水. 氧化物的水合物也不同程度的具有两性. 在水溶液中有两种电离方式:
碱性最强的是Pb(OH)2 , 酸性最强的是 Ge(OH) 4 Ka1=8.0×10-10。
2. 氧化还原性 1°Pb(IV)的氧化性 PbO2要在碱性条件下制备，用浓硝酸不 能制得Pb(IV)