碳硅硼

单质硅的性质、制备和用途
无定形硅比晶态硅活泼。其主要化学性质如下：
键能 1、与非金属作用 117 原子共价半径/pm Si在常温下只能与 F2反应，生成SiF 1683 熔点/K 4(Si—F键
的键能很大 )。但在高温下能与其它卤素和一些 786.1 第一电离势 /(kJ· mol-1) 非金属单质反应，如与 Clmol SiCl4、与 -1 2反应，得到 222 单健离解能/(kJ· ) O2反应生成SiO2、与N2反应得到 Si3N452 4、与碳生 Si-O 离解能/(kJ· mol-1) 成SiC。这些化合物均有广泛用途，如 Si3N4陶瓷 -1 318 Si-H 离解能/(kJ· mol ) 材料。它耐高温、高强度、耐磨等，可用于发动 565 Si-F 离解能/(kJ· mol-1) 机等。 合成Si3N4的方法有三:(1)用硅和氮气直接反应； 1.90 电负性（鲍林） (2)将SiO2在氮气中用炭还原，然后进行氮化；(3)利 用SiCl4和NH3的气相反应。
单质硅的性质、制备和用途
硅有两种晶型。无定形硅为深灰色粉末，晶 形硅为银灰色，且具金属光泽，能导电，但导 电率不及金属，且随温度的升高而增加。硅在 化学性质方面主要表现为非金属性。象这类性 宇航 质介于金属和非金属之间的元素称为“准金属” 员试 或“类金属”或“半金属”。准金属是制半导 图展 体的材料。 开太 计算机芯片、太阳能电池是硅做的。自然界 阳能 没有单质硅。是化学家，把砂子(SiO 电池 2)转化为 硅(Si)，形成了计算机的基石。 翅板。 SiO2+C+2Cl2====SiCl4+CO2 SiCl4+2H2====Si+4HCl 太阳能汽车 晶态硅具有金刚石那样的结构，所以它硬而 脆（硬度为7.0）、熔点高，在常温下化学性质 不活泼。

17-3 硅
17-3-1 单质硅的性质、制备和用途 17-3-2 硅烷 17-3-3 硅的卤化物和氟硅酸盐 17-3-4 硅的含氧化合物

17-4 硼
17-4-1 硼原子的成键特征 17-4-2 单质硼 17-4-3 硼的氧化物（硼烷）和硼氢配合 物 17-4-4 硼的卤化物和氟硼酸 17-4-5 硼的含氧化合物
单质
碳的新单质： 1、C60球碳： 1985年9月初美国Rice大学Smalley、 Koroto和Curl在氦气流里用激光气化石墨，发 现了像足球一样的碳分子—C60，后来发现， 它只是一个碳的一大类新同素异形体——球碳 C60大家族里一员。 2、其它球碳 C20球碳 C80球碳 C24球碳 C36球碳
碳的硫化物和卤化物
1．二硫化碳 二硫化碳CS2为无色有毒的挥发性液体，极 CF4 CC14 CBr4 CI4 易着火： CS2(l)+3O2(g)==CO2(g)+SO2(g) 常温下的状态 气 液 固 固 它不溶于水，可作为有机物、磷和硫的溶剂。 颜色 无 无 淡黄 淡红 2．碳的卤化物 溶解性 均不溶于水，只溶于有机溶剂 非极性分子，稳定，不分解，比重比水大。 CC14是常用的灭火剂，但不能扑灭金属。 H2O+CCl4===COCl2+HCl
C80C60球碳可与氢发生加成反应。
单质
二、无定形碳（自学） 三、石墨层状间允化合物（自学）
碳的氧化物、含氧酸及其盐
一、氧化物 1、一氧化碳
CO分子中，电子云偏向氧原 子，但是配键是由氧原子的电子对 反馈到碳原子上，这样又使得氧原 子略带正电性，碳原子略带负电性， 两种因素相互作用使CO的偶极短几 乎为零。正是因为碳原子略带负电 性使得孤电子对（体积稍大，核对 电子对的控制降低）具有活性。
OC O O H C OO OC H O O O H O C OO H
碳的氧化物、含氧酸及其盐
2、水解性 在金属盐类(除碱金属和NH4+及Tl盐)溶液中加可溶 性碳酸盐，产物可能是碳酸盐、碱式碳酸盐或氢氧化 物。究竟是哪种产物，取决于反应物、生成物的性质 和反应条件。如果金属离子不水解，将得到碳酸盐。 如果金属离子的水解性极强，其氢氧化物的溶度积又 小，如Al3+、Cr3+和Fe3+等，将得到氢氧化物。
2Al3++3CO32-+3H2O＝2Al(OH)3↓+3CO2↑(此反应用于灭火器)
有些金属离子如Cu2+、Zn2+、Pb2+和Mg2+等，其氢氧 化物和碳酸盐的溶解度相差不多，则可能得到碱式盐。 2Cu2++2CO32-+H2O＝Cu2(OH)2CO3↓+CO2↑
碳的氧化物、含氧酸及其盐
3、热稳定性：
s2* p p* 2p s2p p 2p * s2 s s2s
CO分 子 电 子 构 造 示 意 图
C
O
C
O
碳的氧化物、含氧酸及其盐
化学性质： (l)CO还原性：CO为冶金方面的还原剂。它在高温 下可以从许多金属氧化物如Fe2O3、CuO或PbO中夺取 氧，使金属还原。 CO还能使一些化合物中的金属离子还原。如： CO+PdCl2+H2O===CO2+Pd↓+2HCl CO+2Ag(NH3)2OH===2Ag↓+(NH4)2CO3+2NH3 这些反应都可以用于检测微量CO的存在。 (2)CO氧化性：
O
பைடு நூலகம்
C
O
CO2是非极性分子，易液化，其临界温度为 304K(在此温度下不论加多大压力也不能使其 1013 液化),固体二氧化碳为雪花状固体。俗称“干 镁:在特定条件下也能形 冰”，它是分子晶体(注 在 液 成原子晶体 ) 。 二 固 从相图可知，它的三相点高于大气压，所以在 氧 1999年美国Lawrence Livermore国 化 常压下直接升华为气体，它是工业上广泛使用的致 oC的温度下将液态 碳 506 家实验室在 – 40 CO2装 216K 527k Pa 冷剂。戏曲舞台的烟云。 中 入一高压容器用 4激光器热至 燃 3、不活泼性 Nd:YbLiF 烧 1800K ，在40GPa高压下 气 ,CO2在微米级 CO2不活泼，但在高温下，能与碳或活泼金属 红宝石芯片或铂薄膜上结晶。发现分子 镁、钠等反应。 晶型的 CO2转化为SiO2结构。 4、酸性 101 能与碱、碱性氧化物及碳酸盐反应。 273 195 216 T/K CaCO3+CO2+H2O====Ca(HCO3)2
单质
一、同素异形体 碳有金刚石和石墨C60等同素异性体。无定形 炭(如木炭)本质上都是纯度不等的石墨微晶。 金刚石的外观是无色透明的固体，为原子晶体， 每个碳原了都以sp3杂化轨道和其它四个原子形成 共价键，形成一种网状的巨形分于,再由于C一C键 的键能相当高,使得金刚石的硬度非常大,分子中没 有自由电子,不导电;在工业上可用于刀具来切割金 属及制造高档装饰品。 合成金刚石的新方法。 20世纪50年代高温高压石墨转化为金刚石。 20世纪80年代微波炉中烃分解为金刚石。 20世纪90年代CCl4+Na得到金刚石微晶。
CO + 2 H2 CO + 3H2
Cr2O3,ZnO CH3OH 623-673K Fe/Co/Ni CH4 + H2O 523K,101KPa
碳的氧化物、含氧酸及其盐
大 气 污 染 物 对 人 体 器 官 的 损 害 图
碳的氧化物、含氧酸及其盐
在工业气体分析中常用亚铜盐的氨水溶液或盐酸溶 液来吸收混合气体中的CO，生成CuCl· CO· 2H2O，这 种溶液经过处理放出CO，然后重新使用，与合成氨工 业中用铜洗液吸收CO为同一道理。 Cu(NH3)2CH3COO+CO+NH3==Cu(NH3)3· CO· CH3COO 醋酸二氨合铜(I) 醋酸羰基三氨合铜(I) (4)CO与碱的作用 CO显非常微弱的酸性，在473K及1.01×103kPa压力 下能与粉末状的NaOH反应生成甲酸钠： NaOH+CO===HCOONa 因此也可以把CO看作是甲酸HCOOH的酸酐。甲酸 在浓硫酸作用下脱水可以得到CO。
第17章 碳 硅 硼
17-1 通性 17-2 碳 17-3 硅 17-4 硼 17-5 碳化物、硅化物和硼化物 习题

17-1 通性
17-1-1 元素的基本性质 17-1-2 电子构型和成键性质 17-1-3 自然存在和丰度（自学）

17-2 碳
17-2-1 单质 17-2-2 碳的氧化物、含氧酸及其盐 17-2-3 碳的硫化物和卤化物
碳的氧化物、含氧酸及其盐 p/k Pa
碳的氧化物、含氧酸及其盐
二、碳酸和碳酸盐 CO2在水中的溶解度不大，298K时，1L水中溶 1.45g(约0.033mol)。CO2转变成H2CO3的只有1-4％。 因为CO2能溶于水，所以蒸馏水的 PH值常小于7 ， 2 O O 酸碱滴定时粉色的酚酞溶液在空气中能退色。 H2CO3是二元弱酸，能生成两种盐：碳酸氢盐 2化轨道与 和碳酸盐。碳原子在这两种离子中均以 sp C C 三个氧原子的 p轨道成三个s键，它的另一个p轨道 H O O p轨道形成 与氧原子的 p 键，离子为平面三角形。 O O 4 46 3 计算表明：如果没有水，气态的碳酸分子可以 存在18万年不分解。估计在星际云中存在碳酸分子， 而且可能与C60的形成有关。（2000，March，3， Chem in Britain）
元素的基本性质
碳、硅、硼的氧化态
电子构型
C Si B [He]2s22p2 [Ne]3s23p2 [He]2s22p1
常见氧化态
-2,-4,0,+2,+4 -4,0,+2,+4 0,+3
电子构型和成键性质
碳与硅的价电子构型为ns2np2,价电子数目与 价电子轨道数相等,它们被称为等电子原子。 硼的价电子构型为2s22p1,价电子数少于价电 子轨道数，所以它是缺电子原子。 碳和硅可以用sp、sp2和sp3杂化轨道形成2到 4个s键。碳的原子半径小，还能形成pp-pp键， 所以碳能形成多重键(双键或叁键)，硅的半径 大，不易形成pp-pp键，所以Si的sp和sp2态不 稳定，很难形成多重键(双键或叁键)。 硼用sp2或sp3杂化轨道成键时，除了能形成 一般的s键以外，还能形成多中心键。例如3个 原子共用2个电子所成的键就叫做三中心两电 子键。
碳的氧化物、含氧酸及其盐
1、溶解性 所有碳酸氢盐都溶于水。正盐中只有铵盐、 铊盐和碱金属的盐溶于水。 其它金属的碳酸盐都是难溶的，对于这些盐 来说，它们的酸式盐要比正盐的溶解度来的大。 碱金属（除锂外）和NH4+离子有固态的酸式 盐，它们在水中的溶解度比相应的正盐的溶解 度小。这同HCO3-离子在它们的晶体中通过氢 键结合成链，而降低了碳酸氢盐的溶解度。
碳的氧化物、含氧酸及其盐
利用STM隧道显微镜操作单个的原子，在银表 面上将CO分子移到夹在银原子间的铁原子上，CO 分子从垂直于表面变斜，形成Fe(CO)2分子。
碳的氧化物、含氧酸及其盐
2、二氧化碳 （1）、温室效应 近几十年来由于世界工业高速发展，各类污染严重， 森林又滥遭砍伐，石油轮泻油，影响了生态平衡，使 大气中的CO2越来越多，是造成地球“温室效应”的 主要原因。CO2能吸收红外光，这就使得地球应该失 去的那部分能量被储存在大气层内，造成大气温度升 高。会使地球两极的冰山发生部分融化，从而使海平 面升高，甚至造成沿海一些城市被海水淹没的危险。 （2）、结构 在CO2分子中，碳原子与氧原子生成四个健，两个s 和两个大∏键(即离城∏34键)。CO2为直线型分子。碳 原子上两个未杂化成健的p轨道分别与氧的p轨道发生 重叠,习惯上仍用O=C=O表示。

17-5 碳化物、硅化物和硼化物
17-5-1 离子型化合物 17-5-2 共价型化合物 17-5-3 间隙型（金属型）化合物

元素的基本性质
碳、硅、硼的一些性质
原子共价半径/pm 熔点/K 第一电离势/(kJ· mol-1) 单健离解能/(kJ· mol-1) X-O 离解能/(kJ· mol-1) X-H 离解能/(kJ· mol-1) X-F 离解能/(kJ· mol-1) 电负性（鲍林） 碳 77 3823 1086 345.6 357.7 4117 485 2.55 硅 117 1683 786.1 222 452 318 565 1.90 硼 88 2573 792.4 29321 561-690 389 61353 2.04
一般情况如：CaCO3、ZnCO3和PbCO3加热即分解
为金属氧化物和CO2，而钠、钾、钡的碳酸盐在高温 下也不分解。 碳酸盐受热分解的难易程度与阳离子的极化作用有 关。阳离子对CO32-离子的极化作用，使CO32-不稳定
以致分解,极化作用越大越易分解。H+（质子）的极化
作用超过一般金属离子,所以有下列热稳定性顺序： M2CO3>MHCO3>H2CO3