第十五章碳族元素课件知识分享

输送硬水[难溶保护膜PbSO4，Pb2（OH）
2CO3] 。 Pb易溶于稀HNO3、浓硫酸
[Pb(HSO4)2]和浓盐酸[H2PbCI4]。冷浓
HNO3中钝化.
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Sn+2OH-+2H O= Sn(OH) 2-+H ↑ 9 22
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
化工厂或实验室可用铅做耐酸反应器的衬里
和储存、输送酸液的管道设备（ PbCI2、
PbSO4等难溶）。不能输送饮用水(有毒)。可
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制备：用纯石墨做电极， 在氦气氛中放电，电弧中 产生的碳烟沉积在水冷反 应器内壁，此碳烟中有C60、 C70等碳原子簇。
用途:超导体（嵌入碱金 属）、有机软铁磁体、光 学材料、功能高分子材料、 生物活性材料等。
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碳纳米管
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无定形碳
木炭 活性炭
吸附能力
炭黑：油漆、颜料 焦炭 ：冶金还原剂
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16Hale Waihona Puke Baidu
2.冶金工业中碳的还原反应
-200
-400
-600 △Gθ 273
274
2CO+O2→2CO2（a)
C+O2→CO2（b)
2C+O2→2CO（c)
983 1273 （T/K）
2273
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△rGm°/ K J·m o L -1
主氧化数 晶体类型
+4(+ 2)
+4(+ 2)
+4,+2
原子晶体
+4,+2 (+4)+2
金属晶体
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特点：
1.惰性电子对效应：C，Si +Ⅳ氧化态稳定， Pb是+Ⅱ氧化态稳定。
2.C-C,C-H,C-O键能很高,奠定了有机化合 物众多的基础。
3.Si-Si键能低，所以硅链不会太长，硅化 合物比碳化合物少得多。 Si-O键能高，对应 化合物多。
-1200
273
1273
T/K
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3.金刚石的人工合成
C(石墨）→（金刚石）
△fGmθ/kJ·mol-1 0 ρ/g·cm-3 2.260
2.9 3.515
△fHmθ/kJ·mol-1 O
1.897
转化反应是吸热的体积减小的反应
欲使反应正向进行，需采取的措施是？
----高温、高压、催化剂。
* Si+2OH- +H2O=SiO32-+2H2↑
Ge：原子晶体，金刚石型晶体结构，比Si活泼， 能溶于氧化性酸（浓H2SO4，浓HNO3） 中得到Ge（Ⅳ），难溶于NaOH,也不与空 气中的O2、H2O和非氧化性酸作用。高纯 锗也是较好的半导体材料。
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Sn：灰锡(α)←→白锡(β)←→脆锡(γ)
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锡石SnO2
方铅矿 PbS 2020/4/2
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二、碳族元素的单质
1.碳的同素异形体
金刚石、石墨、碳原子簇
金刚石
天然存在的最硬的单质（硬度：10） 所有单质中熔点最高（3823K） [金属：硬度最大为Cr(硬度：9）
熔点最高为W（3683±20K）]
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原子晶体，C：sp3等 性杂化，所有价电子都 参与了共价键的形成, 晶体中没有自由电子， 因此不导电。室温下对 所有化学试剂显惰性。
2Hg+O2→ HgO
0
2Ag+O2→ Ag2O
-200
2C+O2 → 2CO (c)
2Zn + O2 → ZnO
-400
2CO+O2→ 2CO2
C + O2→ CO2 Y
-600
2Mn+O2→ 2MnO (d)
-800 -1000
AI2O3
MP
b.p
2Mg+O2→ 2MgO
2Ca+O2→ 2CaO
用途：钻石、装饰品， 钻头，磨削工具。
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石墨晶体
混合型晶体-原子晶体、分子晶体、金属晶体。
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C的同素异形体中， 石墨最稳定。
f Hm 0 fGm 0
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C60 (足球烯、富勒烯)简介
结构：60个碳原子构 成近似于球形的32面体， 即由12个正五边形和20 个正六边形组成。每个 碳原子以sp2杂化轨道与 相邻三个碳原子相连。 剩余的P轨道在C60的外 围和腔内形成大Π键。其 形状酷似足球，故称作 足球烯。
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+2HCI(热、浓)=SnCI2+H2↑ 3Sn+8HNO3(冷、 稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2O
Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3(SnO2·H2O)↓+4N
O2↑+H2O
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4.本族元素单质易形成同素异形体。
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碳原子的成键特征
成键形式 sp3杂化 4个单键
sp2杂化，2个单 键，一个双键
sp杂化，1个单 键，一个叁键 sp杂化,一个叁
价键结构
化合物举例
－C－ ＞C＝ －C≡
金刚石、
正四面体
CH4
CCI4、C2H6
石墨、
平面三角形
COCI2 C2H4、 C6H6
直线形
C2H2、 HCN
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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。
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第十五章 碳族元素
§15-1 碳族元素的通性 §15-2 碳族元素的单质及其化合物 §15-3 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
2s22p
2
3s23p 2
4s24p 2
5s25p2
6s26p2
电负性
2.25
1.90
2.01 (Ⅳ)
1.96(Ⅳ) 2.33 (Ⅳ) 1.80(Ⅱ) 1.87 (Ⅱ)
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转化机理
⑴ 溶剂说：石墨先溶解在溶剂（金属催化剂） 中成为单个碳原子，然后在冷却时直接生成 金刚石。
⑵ 固相转化说：石墨的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，类似于金刚石，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。