碳族元素 碳及其化合物
碳族元素及其化合物
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。
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。
高中化学碳和硅的知识点介绍
高中化学碳和硅的知识点介绍(一)碳族元素1、组成和结构特点(1)碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素，位于元素周期表的IVA族。
(2)碳族元素原子最外层有4个电子，在化学反应中不易得到或失去电子，易形成共价键。
主要化合价有+2和+4价，其中碳和硅有负价。
碳族元素在化合物中多以+4价稳定，而铅在化合物中则以+2价稳定。
碳族元素中碳元素形成的单质(金刚石)硬度最大;碳元素形成的化合物种类最多;在所有非金属形成的气态氢化物中，CH4中氢元素的质量分数最大;12C是元素相对原子质量的标准原子;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。
2、性质的递变规律随着原子序数的增大，碳族元素的原子半径依次增大，由非金属元素逐渐转变为金属元素，即金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱;最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强;气态氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强。
(二)碳及其化合物1、碳单质(1)碳的同素异形体金刚石石墨足球烯晶体类型原子晶体过渡性晶体分子晶体微粒间作用力共价键层内共价键，层间范德华力范德华力熔沸点很高很高低溶解性一般不溶难溶易溶于有机溶剂硬度最大质软很小导电性不导电导电不导电(2)碳的化学性质常温下碳的性质稳定，在加热、高温或点燃时常表现出还原性，做还原剂，温度越高，还原性越强，高温时的氧化产物一般为一氧化碳。
溶解性不同：一般情况下，所有的钾盐、钠盐和铵盐是可溶的，所有的酸式盐是可溶的，正盐的溶解度小于酸式盐的溶解度，但碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠的溶解度。
热稳定性不同：一般情况下，难溶的正盐和酸式盐受热易分解，可溶性碳酸盐稳定不易分解。
与酸反应的剧烈程度不同：两者都能与强酸(H+)反应产生CO2，但反应的剧烈程度不同，根据反应的剧烈程度可鉴别两者。
可溶性盐的水解程度不同：相同浓度的正盐溶液的pH值大于酸式盐溶液的pH值。
与碱反应不同：弱酸的酸式盐可与碱反应生成正盐。
与盐反应不同：碳酸钠可与氯化钙或氯化钡反应生成难溶性碳酸盐，但碳酸氢钠不反应。
无机化学教案 张祖德-chapter14
第十四章 碳族元素Chapter 14 The Carbon Family ElementsCarbon (C) Silicon (Si) Germanium (Ge) Stannum (Sn) Plumbum (Pb)§14-1 碳及其化合物 Carbon and its Compounds一、General Properties1．根据σ键的数目，碳可采取sp 、sp 2、sp 3杂化，其最大配位数为42．由于碳—碳单键的键能特别大，所以C －C 键非常稳定,具有形成均键(homochains)的倾向C －C N －N O －O F －F E (kJ·mol -1) 374 250 210 159 实 例H 3C －CH 3H 2N －NH 2HO －OH从碳到氮的单键键能的突减，是由于N 2分子中氮原子之间非键电子对排斥的缘故。
二、The Simple Substance1．在第二周期中，氟、氧和氮都以双原子分子存在：F 2、O 2和N 2；而碳存在多聚物，其理由为：O 2和N 2的多重键要比σ单键（均键）强得多如： ,E (kJ·mol -1) 494 ＞ 210 + 210 , 946 ＞ 250 + 250而：E (kJ·mol -1) 627 ＜ 374 + 374即C 2分子中的多重键比均链中的两个σ单键之和小，所以碳往往形成多原子均键，虽然在星际空间存在有C 2(g)分子。
2．Allotropes: diamond 、graphite 、fullerene (C 60、C 70)、carbin (carbon fibers) (1) 熵 S carbin ＞S graphite ＞S diamond(2) d C-C (nm): diamond ＞ graphite ＞ benzene ＞ ethylene ＞ carbin ＞ acethylene (3) C graphite → C diamond ∆r H m ＞0，∆r S m ＜0根据平衡，需要高压Pa 100.1106109⨯-⨯，(because of the insignificantreduction of volume)，升高温度不利于平衡的移动，但为了达到该过程可以接受的速率，反应温度大约在2000℃，近来已发明一种低压生产金刚石的方法：把金刚石晶种（seed ）放在气态碳氢化合物（甲烷methane ，ethane ）中，温度升高到1000℃，可以得到金刚石粉末或者crystal whiskers(4) C 60由12个正五边形和20个正六边形组成，每个碳原子以sp 3、sp 2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连，使∠CCC 小于120︒而大于109︒28'，形成曲面，剩余的p 轨道在C 60球壳的外围和内腔形成球面π键，从而具有芳香性。
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
第十四章 碳族元素Chapter 14 The Carbon Family ElementsCarbon (C) Silicon (Si) Germanium (Ge) Stannum (Sn) Plumbum (Pb)§14-1 碳及其化合物 Carbon and its Compounds一、General Properties1．根据σ键的数目，碳可采取sp 、sp 2、sp 3杂化，其最大配位数为42．由于碳—碳单键的键能特别大，所以C －C 键非常稳定,具有形成均键(homochains)的倾向C －C N －N O －O F －F E (kJ·mol -1) 374 250 210 159 实 例H 3C －CH 3H 2N －NH 2HO －OH从碳到氮的单键键能的突减，是由于N 2分子中氮原子之间非键电子对排斥的缘故。
二、The Simple Substance1．在第二周期中，氟、氧和氮都以双原子分子存在：F 2、O 2和N 2；而碳存在多聚物，其理由为：O 2和N 2的多重键要比σ单键（均键）强得多如： ,E (kJ·mol -1) 494 ＞ 210 + 210 , 946 ＞ 250 + 250而：E (kJ·mol -1) 627 ＜ 374 + 374即C2分子中的多重键比均链中的两个σ单键之和小，所以碳往往形成多原子均键，虽然在星际空间存在有C 2(g)分子。
2．Allotropes: diamond 、graphite 、fullerene (C 60、C 70)、carbin (carbon fibers) (1) 熵 S carbin ＞S graphite ＞S diamond(2) d C-C (nm): diamond ＞ graphite ＞ benzene ＞ ethylene ＞ carbin ＞ acethylene (3) C graphite → C diamond ∆r H m ＞0，∆r S m ＜0根据平衡，需要高压Pa 100.1106109⨯-⨯，(because of the insignificantreduction of volume)，升高温度不利于平衡的移动，但为了达到该过程可以接受的速率，反应温度大约在2000℃，近来已发明一种低压生产金刚石的方法：把金刚石晶种（seed ）放在气态碳氢化合物（甲烷methane ，ethane ）中，温度升高到1000℃，可以得到金刚石粉末或者crystal whiskers(4) C 60由12个正五边形和20个正六边形组成，每个碳原子以sp 3、sp 2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连，使∠CCC 小于120︒而大于109︒28'，形成曲面，剩余的p 轨道在C 60球壳的外围和内腔形成球面π键，从而具有芳香性。
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、硅
银白色固体
锡 Sn
银白色固体
铅 Pb
蓝白色固体
主要化合价
半径变化规律 常见氧化物（化学式）
化学式
+4 +2
半径依次增大 CO2 CO CH4 H2CO3 SiO2 SiH4 H2SiO3
———— 无 ———— ———— ————
C．除去FeCl2溶液中混有的FeCl3：加入过量铁粉，过滤 D．除去Cu粉中混有的CuO：加适量稀硝酸后，过滤、洗涤
【例题3】（06· 天津理综）晶体硅是一种重要的非金属材料， 制备纯硅的主要步骤如下： ①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得 SiHCl3: Si+3HCl300℃ SiHCl3 + H2 ③SiHCl3与过量H2在1 000～1 100℃反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列 问题： （1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为 高温 Si + 2CO↑ SiO2 + 2C 。 （2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点 33.0℃)中含有少量SiCl4（沸点57.6℃)和HCl（沸点-84.7℃),提纯 分馏（或蒸馏） SiHCl3采用的方法为________
SiO2
坚硬、难溶的固体，不溶于水。 石英晶体也具有立体网状结构 （1）酸酐、具有酸性氧化物的通性 与碱以及碱性氧化物反应 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
高温
CaCO3 CaO + CO2 与水反应生成对应的酸 化学 CO2 + H2O = H2CO3 性质 （2）弱氧化性 CO + C 2 （3）与盐反应
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。
碳族元素及其化合物
2 3
4
碳族元素在自然界里的存在：自然界里碳有游离态和化合态两种；硅在地壳里无游离态，主要以含 氧化合物的形式存在。 几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60、C70 等； 硅：晶体硅，无定形硅。
5
碳：
在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。 ①燃烧反应 ②与某些氧化物的反应：C＋CO2 C＋H2O 2C+SiO2
碳族元素及其化合物
高考怎么考
自检自查必考点
碳族元素
1
碳族元素的特征：碳族元素原子最外层电子数为 4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，易形 成共价键，难形成离子键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大，熔沸点最高(如金刚石、晶 体硅)。 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。 碳族元素的递变规律：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。其中碳是非金属，锡、铅 是金属，硅、锗是半导体材料。
D．由于石墨转化为金刚石为吸热反应，因此石墨在任何条件下都不可能转化为金刚石 【解析】本题考查化学反应中的能量规律及其应用。用下一反应减去上一反应可得：C(金刚石) =C(石墨) △H＝-1.9kJ·mol-1” ，说明等质量时金刚石的能量大于石墨，A 项错误；金刚石转化为石墨为放热 反应，B 项正确；石墨转化为金刚石为化学变化，C 项错误；石墨在一定条件下可能转化为金刚石， D 项错误。 【答案】B 【例 3】CaC2 和 ZnC2、Al4C3、Mg2C3、Li2C2 等都同属离子型碳化物，判断下列反应产物正确的是 A．ZnC2 水解生成乙烷（C2H6） C．Mg2C3 水解生成丙炔（C3H4） B．Al4C3 水解生成丙炔（C3H4） D．Li2C2 水解生成乙烯（C2H4）
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。
碳族元素
第十三章碳族元素元素周期表中的IV A族元素包括碳、硅、锗、锡、铅及其化合物。
13.1 碳族元素的通性13.1.1 原子结构及性质碳族元素中，碳、硅是非金属，其余三种是金属，由于硅、锗的金属性和非金属均不强，也有人将其称为准金属。
M2+2213.1.2成键特点①碳以sp、sp2、sp3三种杂化状态为主，在自然界中以碳酸盐的形式存在。
②硅以硅氧四面体的形式存在于石英矿和硅酸盐矿中，也可以形成少数硅氧氢化合物。
③锡铅以+2氧化态存在于离子化合物中，以+4氧化态存在与共价化合物和少量离子化合物中。
+4氧化态的铅由于惰性电子对效应具有强氧化性。
13.1.3元素在自然界中的分布碳在自然界主要以化石燃料及动植物有机体形式存在，无机矿藏主要有石灰石、大理石、白云石、菱镁矿等，空气中存在约0.03%的二氧化碳。
碳在地壳中的含量为0.027%。
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，自然界也存在石英矿。
锗、锡、铅在地壳中的含量都不高，主要以硫化物和氧化物的形式存在。
如硫银锗矿4Ag2S·GeS2、锡石矿SnO2、方铅矿PbS等。
13.2 碳及其化合物13.2.1 单质碳有三种同素异形体，金刚石、石墨、球型碳。
无定形碳中也有石墨的结构。
石墨结构金刚石结构①金刚石的性质金刚石就是我们常说的钻石（钻石是它的俗称），它是一种由纯碳组成的矿物。
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。
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。
金刚石仅产出于金伯利岩筒中。
金伯利岩是它们的原生地岩石，其他地方的金刚石都是被河流、冰川等搬运过去的。
碳族元素
碳族元素一．碳族元素的性质（1）原子结构及性质碳族元素的外层电子为ns2np2，即价电子为四，相比于达到八电子稳定结构既不易到电子，也不易失电子，相对来说性质较稳定。
碳族元素中，碳和硅是非金属，其余是金属。
硅锗的金属性和非金属性都不强，因此也有人称其为准金属。
碳族元素基本性质列于表下性质碳硅锗锡铅元素符号原子序数原子量C612.01Si1428.09Ge3272.59Sn50118.7Pb82207.2（2）元素性质的变化规律:从整体上来看，从碳到铅第一电离能逐渐减小，电子亲和能逐渐减小，金属性逐渐增大，非金属性减小（锡是个例外）。
（3）元素的成键特点及元素电势图碳的成键特点①以sp 、sp2、sp3三种杂化状态与其它元素形成共价化合物。
碳原子以 sp 3 杂化，可以生成 4 个δ键，形成正四面体构型。
例如金刚石、甲烷 CH4 等；碳原子以 sp 2 杂化，生成 3 个δ键， 1 个 π 键，平面三角形构型。
例如石墨、 C2H4 等；碳原子以 sp 杂价电子构型 共价半径 /pm离子半径 /pm M 2+ 第一电离能 /(kJ/mol)第一电子亲合能 /(kJ/mol)电负性 (Pauling 标度 )2s 22p 2 77-- 86.4-122.52.55 3s 23p 2 113 -- 786.5 -119.6 1.90/1.84s 24p 2 122 73 762.2 -115.8 2.01/1.85s 25p 2 141 93 708.6 -120.6 1.96/1.86s 26p 2 147 120 715.5-101.3 2.33/1.9化，生成 2 个δ键、 2 个 π 键，直线形构型。
例如 CO 2 、 HCN 、 C2H2 等；碳原子以 sp 杂化，生成 1 个δ键， 1 个 π 键， 1 个配位 π 键和 1 对孤对电子对，直线型构型。
例如 CO 。
②形成大派键。
在足球烯中含有一个6060∏大派键，在苯环中含有66∏大派键硅的成键特点硅通常以 sp 3 杂化，生成 4 个δ键，但由于其原子半径较大，不易形成 π 键，但可用 3d 价轨道，以 sp 3d 2 杂化形成配位数为 6 的δ键，如 SiF 62- 。
碳族元素.碳及其化合物
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．难点聚焦碳和硅的化学性质3 硅及其化合物的特性高温也能发生。
1. Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：↑SiO22CSi+CO+210. 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。
2. 非金属单质跟碱液作用一般无2H 放出，但Si 却放出H 2：↑+=++232222H SiO Na O H NaOH Si ↑+↑=+2424H S i F 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. SiO 2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H 2SiO 3。
6. 非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO 2的却很高。
7. 酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO 2能跟HF 作用：↑+↑=+24224H SiF HF SiO8. 无机酸一般易溶于水， 却难溶于水。
9. 因H 2CO 3的酸性大于H 2SiO 3，所以在Na 2SiO 3溶液中通入CO 2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：↑+=++232222H SiO Na O H NaOH Si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 O H Si ①O H 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。
- 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)。
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H 2：↑+=++232222H SiO Na O H NaOH Si ↑+↑=+2424H S i F 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. SiO 2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H 2SiO 3。
6. 非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO 2的却很高。
7. 酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO 2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H 2CO 3的酸性大于H 2SiO 3，所以在Na 2SiO 3溶液中通入CO 2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. Na 2SiO 3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：↑+=++232222H SiO Na O H NaOH Si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 ①O H 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。
合并①②两式得总反应方程式。
其中NaOH 既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物、起氧化作用的只是H 2O 。
所以H 2O 是①式的氧化剂，也是总反应的氧化剂。
为表示反应的实质（或要求标出电子转移方向和数目时），可写成：O H H SiO Na O H NaOH Si 223223242+↑+=++ 11．碳及其化合物的知识网络硅及其化合物的知识网络3．例题精讲[例1] 下列关于碳族元素的说法正确的是 [ ] A ．单质都是无色晶体C a (H C O 3)2CO 2CaCO 3C 2CO 有机物NH 4HCO 3CH 4 2CO 3Na 2CO 3 NaHCO 3不完全燃烧O 2(不足) O 2 (不足)①O 2②CuO 炽 热的碳NH 3·H 2OO 2 (点燃)△H 2OCaOMg (点燃) NaOHH 2ONaOHH ＋C a (O H )2 ①高温②H +Ca 2＋CO 2 、H 2O△C a (O H )2CO 2 (水)①OH ―②加热SiO 3CO 2,H 2O NaOHH 2SiO 3CaSiO 3H 4SiO 4Cl 2 (①CaO(△)②CaCO 3 (△)Ca 2＋-H 2OB．单质中硅单质熔点最高C．碳族元素形成的化合物种类最多D．在化合物中最稳定的化合价都是+4价分析：对选项A：在碳族元素所形成的单质中，只有金刚石为无色晶体，故A是错的。
对选项B：在碳族元素形成的单质中，金刚石、晶体硅为原子晶体，金刚石的熔点比晶体硅高。
本族单质的熔点与卤族元素单质熔点递变趋势不同，卤族单质熔点从F2→I2依次升高，碳族元素单质由C→Pb熔点呈降低趋势，故B项是错误的。
对选项C：碳族元素位于周期表中部，易形成共价化合物特别是碳元素是构成种类繁多的有机物的最重要元素。
对选项D：Pb的稳定价态为+2，故选项D也是错误的。
答案：C[例2] 通过硅、磷、硫、氯与氢气反应的情况及氢化物的稳定性说明它们非金属性的强弱，并用原子结构理论加以解释。
分析：元素非金属性越强，越容易与氢气发生反应，生成的气态氢比物越稳定。
比较硅、磷、硫、氯与氢气反应的难易程度，就可以得知它们非金属性的强弱。
答案：硅只有在高温下才能跟氢起反应生成气态氢化物SiH4。
磷的蒸气和氢气能起反应生成气态氢化物PH3，但相当困难。
在加热时硫蒸气能跟氢气化合生成气态氢化物H2S。
氯气跟氢气在光照或点燃时就能发生爆炸而化合，生成气态氢化物HCl。
这几种氢化物稳定性由小到大的顺序是：SiH4＜PH3＜H2S＜HCl。
由以上事实可知非金属性由弱到强的顺序是Si＜P ＜S＜Cl。
根本原因在于：硅、磷、硫、氯核外电子层数相同，随原子序数的递增最外层电子数逐渐增加，原子半径递减，核对外层电子引力增强，元素的非金属性也就逐渐增强。
[例3] 最近，科学家研制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，化学式为C60，下列说法正确的是 [ ]A．C60是一种新型的化合物B．C60和石墨都是碳的同素异形体C．C60中含离子键D．C60的式量是720分析：足球烯C60是课本正文中未曾学到过的，但只要明确单质、化合物、同素异形体、化学键、式量的概念，对各选项进行认真辩析，不难作答。
C60是由同种元素（碳）组成的纯净物，属于单质；碳原子之间以共价键相结合；C60和石墨都是由碳元素形成的不同单质，都是碳的同素异形体，C60的式量=12×60=720。
解题方法为概念辩析法。
答案：BD[例4] 如果发现114号新元素（位于第7周期IVA族），下列有关X可能具有的性质合理的是 [ ]。
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有稳定的气态氢化物分析：根据碳族元素性质递变规律，可推知114号元素的金属性比铅还强，一定是金属元素。
它的稳定价态应与铅相同，即为+2价，所以XO比XO2稳定。
X4+离子另得电子变成X2+，所以XO2具有强氧化性。
X是金属元素，不可能存在稳定的气态氢化物。
答案：BC[例5]近年来，科学家在氦的气氛中给石墨电极通电，石墨挥发，在其挥发的黑烟中发现了C60，它与金刚石互称①。
它是一种具有空心类似足球状结构的新分子，碳原子之间存在②键，它的摩尔质量是③，而金刚石是一种④结构的⑤晶体，碳原子间通过⑥键结合，含有碳原子构成的环，则最小环上有⑦（填数字）个碳原子，每个碳原子上的两个碳碳键的夹角都是⑧（填角度）。
分析：从C60分子组成便知，它是由碳元素组成的一种单质，与金刚石互为同素异形体。
在分子中，碳原子与碳原子之间以共价键结合，它的摩尔质量可由化学式求，即12×60＝720g/mol。
金刚石是一种正四面体型空间网状结构，晶体中一个碳原子位于正四面体中心，四个碳原子以共价键与它结合，分别位于正四面体的四个顶点上。
形成最小的环，含的碳原子数必须通过平时分析教材中插图或模型而知，键角为109°28′。
本题着重考学生同素异形体概念及培养三维空间思维能力。
答案：①同素异形体②共价③720g/mol④空间网状⑤原子⑥共价⑦6⑧109°28′。
[例6]二氧化硅的熔沸点较高的原因是 [ ]A．二氧化硅中，硅氧原子个数之比为1∶2B．二氧化硅晶体是立体网状的原子晶体C．二氧化硅中，SI-O键的键能大D．二氧化硅晶体中原子以共价键相结合分析：此题难度不大，但涉及二氧化硅晶体结构的重点知识。
二氧化硅熔沸点较高的原因，是由于其晶体里SI-O键的键能很高，并形成了一种立体网状的原子晶体，熔融它需消耗较多的能量。
所以，本题应选B、C两个选项。
答案：BC[例7]下列说法正确的是 [ ]A．二氧化硅溶于水显酸性B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸分析：此题是关于硅及其化合物性质的选择题，宜采用筛选法。
A．SiO2很难溶于水，无法显酸性。
B．原硅酸酸性比碳酸弱，CO2通入水玻璃（Na2SiO3溶液）会发生强酸制取弱酸的复分解反应：Na2SiO3＋2H2O＋CO2==Na2CO3＋H4SiO4↓C．高温时如下反应可以进行：SiO2＋Na2CO3==Na2SiO3＋CO2↑但因为CO2成气态逸出，并不说明硅酸比碳酸强，硅酸和碳酸酸性强弱的比较是指在水溶液中的情况。
D．SiO2可以溶于氢氟酸中，这是SiO2的一个重要特性。
SiO2＋4HF==SiF4↑＋2H2O答案：B[例8]碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。
在下列三种晶体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是：[ ]A．①③②B．②③①C．③①②D．②①③分析：此题是给出新情境的信息迁移题。
给出的新情境，是碳化硅的一种晶体具有类似金刚石的结构；此题的考查内容，是化学键与晶体结构。
所列三种晶体均是原子晶体，结构相似，晶体内的结合力是呈空间网状的共价键：共价键键长：C—C键＜C—Si键＜Si—Si键共价键键能：C—C键＞C—Si键＞Si—Si键共价键键长越短，键能越大，则原子晶体的熔点越高。
所以三者的熔点由高到低的顺序是：金刚石、碳化硅、晶体硅。
答案：A[例9]物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸，硝酸等强酸。
A与纯碱熔融反应，生成化合物B，同时放出气体C；把气体C通过B的溶液中，则得到化合物D；D在干燥空气中转变为化合物E；将E加热又得到化合物A。
试写出A、B、C、D、E的化学式：A____、B____、C____、D____、E____。
分析：此题应根据对实验现象的分析，得出结论。
A是不溶于硫酸、硝酸等强酸的高熔点化合物，它能与纯碱熔融反应，而且放出气体C，可初步判断A可能是SiO2，B可能是Na2SiO3，C可能是CO2。
若把CO2通过Na2SiO3溶液中，会得到胶状沉淀H4SiO4，H4SiO4在干燥空气中易脱水生成H2SiO3，H2SiO3只有加热才能生成SiO2。
这些都是与题目所给出的实验现象相符合，这就证实A确实是SiO2。
A判断出来了，其它物质的推断就迎刃而解。
答案：A：SiO2、B：Na2SiO3、C：CO2、D：H4SiO4、E：H2SiO3[例10]下列关于二氧化硅的说法是否正确？简释理由。
A．二氧化硅分子是由1个硅原子和两个氧原子构成；B．二氧化硅又叫硅酐；C．二氧化硅与水化合生成对应水化物硅酸；D．二氧化硅为酸酐与碱反应不与酸反应；E．二氧化硅与碳酸钠反应生成CO2，所以硅酸酸性比碳酸强。
分析：判断是非题，一般属于概念性知识多，判断的正确率决定于掌握知识的正确性和完整性。