碳族元素PPT課件

1、 A族 C(碳) Si(硅) Ge(鍺) Sn(錫) Pb(鉛) C Si Ge Sn Pb價(jià)電子結(jié)構(gòu) ns2np2主要氧化態(tài) +4 (+2) +4 +4(+2) +4, +2 (+4) +2電負(fù)性 1.90 2.01(IV) (IV) 2.33(IV)第1頁/共51頁碳：金剛石、石墨；煤、石油、 天然氣；碳酸鹽； CO2 。硅：SiO2和各種硅酸鹽。鍺：硫銀鍺礦 4Ag2SGeS2 ， 硫鉛鍺礦2PbS GeS2 。錫：錫石 SnO2 。鉛：方鉛礦 PbS，白鉛礦 PbCO3 。錫石方鉛礦第2頁/共51頁第3頁/共51頁1金剛石無色透明固體,原子晶體，高熔點(diǎn)，高沸點(diǎn)，高硬度, 結(jié)合力為共價(jià)鍵

2、,不導(dǎo)電,化學(xué)性質(zhì)不活潑.碳的同素異形體碳的同素異形體第4頁/共51頁2. 石墨灰黑,不透明固體.過渡型晶體，層-層之間范德華力， 導(dǎo)電、導(dǎo)熱、解離性?；瘜W(xué)性質(zhì)比金剛石稍活潑.第5頁/共51頁C60 是1985年用激光轟擊石墨作碳的氣化實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。 C60 是由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形組成的32面體。3. 足球烯或富勒烯： C60， C70 等C60（球形）C70 （橢球形）第6頁/共51頁4. 納米碳管石墨金剛石1273K,Cr, Ni5106 _6106kPa5. 金剛石和石墨的轉(zhuǎn)化金屬導(dǎo)電性、半導(dǎo)體性質(zhì)第7頁/共51頁碳的化合物分子極性很小與N2、CN-、NO+互為等電子體，都有14

3、個(gè)電子CO：OC一氧化碳無色、無味，幾乎不溶于水的氣體，毒性很大。 HmFe(II) O2 + CO(q) = HmFe(II) CO + O2(g) CO對(duì)HmFe(II) 絡(luò)合能力為O2的230-270倍 CO使人中毒機(jī)理 第8頁/共51頁 強(qiáng)還原性PdCl2 + CO + H2O = Pd(灰黑色)+ CO2+ 2HCl 檢測微量CO的存在2CO +O2=2CO22CO +2Ag(NH3)2OH=2Ag+(NH4)2CO3+2NH3一氧化碳 Fe2O3(s) +3CO = 2Fe + 3CO2(工業(yè)還原劑) 燃燒第9頁/共51頁4R.T.54 Ni Ni(CO) NiCO Fe x CO

4、(g) Fe(CO) Co HCo(CO) 提純金屬 強(qiáng)配位性與過渡金屬形成羰基配合物 ,利于分離提純金屬 生成Fe(CO)5 Ni (CO)4 Cr (CO)6等第10頁/共51頁 分子結(jié)構(gòu)OCO二氧化碳l無色無味無毒氣體, 加壓易液化空氣中二氧化碳含量過高時(shí)，也會(huì)使人因缺氧而發(fā)生窒息l干冰：雪花狀固態(tài)CO2，冷凍溫度可達(dá)203-193K第11頁/共51頁 酸性氧化物 CO2 +2NaOH =Na2CO3 +H2O CO2滅火器不可用于活潑金屬M(fèi)g、Na、K等引起的火災(zāi) CO2+ 2Mg = 2MgO + C 微溶于水,部分生成碳酸,其余為CO2 .nH2O CO2 + H2O = H+ +

5、 HCO3- 點(diǎn)燃的鎂條可在二氧化碳中燃燒生成氧化鎂和碳 CO2化學(xué)性質(zhì)第12頁/共51頁碳的鹵化物l用作溶劑：CF4,CCl4l制冷劑：CF2Cl2，CFCl3第13頁/共51頁碳 酸 H2CO3二元弱酸 H2CO3 = H+ + HCO3- Ka1 = 4.210-7CO2 + H2O = H2CO3 K = 1.810-3CO2溶于水，大部分CO2H2O，極小部分H2CO3第14頁/共51頁碳酸及其鹽的熱穩(wěn)定性碳酸及其鹽的熱穩(wěn)定性 H2CO3 MHCO3 CaCO3 ZnCO3 第15頁/共51頁 過渡金屬碳酸鹽穩(wěn)定性差 CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解T / 900

6、 315 350 282第16頁/共51頁碳酸鹽的溶解度碳酸鹽的溶解度 易溶鹽：堿金屬碳酸鹽（Li2CO3除外）和碳酸銨易溶于水，對(duì)應(yīng)的碳酸氫鹽溶解度較小 Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3100溶解度 45 16 156 60(g/100g H2O) 其它金屬(含Li)碳酸鹽難溶于水，且酸式鹽溶解度 大于正鹽。第17頁/共51頁 氫氧化物堿性較強(qiáng)的金屬離子，生成碳酸鹽沉淀 例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等22-33BaCOBaCO 氫氧化物堿性較弱的金屬離子，生成堿式碳酸鹽沉淀可溶性碳酸鹽與金屬離子作用的產(chǎn)物類型可溶性碳酸鹽與金屬離子作用的產(chǎn)物類型2+2-3222

7、322Mg+2COMg (OH) COCOH O 2+2-3222322Cu+2COCu (OH) COCOH O Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等第18頁/共51頁 水解性強(qiáng)、兩性金屬離子，生成氫氧化物沉淀例如：Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+和Sb3+等3+2-32322Al +3CO32Al(OH)3COH O 第19頁/共51頁晶型硅和無定型硅, 互為同素異形體1. 灰黑色，有金屬光澤，硬而 脆的固體2. 熔、沸點(diǎn)高、硬度大3. 晶型硅是良好的半導(dǎo)體 硅主要用在集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可制成太陽

8、能電池、硅的合金可用來制造變壓器鐵芯等。集成電路晶體管第20頁/共51頁高溫下化學(xué)性質(zhì)活潑常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氫氟酸、氟氣、強(qiáng)堿外,不跟其他物質(zhì)反應(yīng)。第21頁/共51頁 化 學(xué) 性 質(zhì) (1) 與非金屬 Si+ 2Cl2 SiCl4673K2273KSi (純）+ C (純) SiC 金剛砂 （原子晶體）873KSi(s) + O2(g) SiO2(s)與Li、Mg形成離子型硅化物，與Fe、Co形成金屬型硅化物，具有合金結(jié)構(gòu)室溫下 很穩(wěn)定，表層有致密SiO2膜(2) 與某些金屬第22頁/共51頁(3) 與酸反應(yīng) (4) 與堿反應(yīng)(無定型硅)H2SiF6 氟硅酸，強(qiáng)酸3Si + 4HN

9、O3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O在含氧酸中被鈍化,在高錳酸鉀,過氧化氫,硝酸等氧化劑存在下反應(yīng)與氫氟酸反應(yīng) Si+ 2NaOH+H2O = Na2SiO3 + 2H2 Si + 4HF = SiF4 + 2H22 0 0 -400oC第23頁/共51頁無色無臭氣體或液體, 熔沸點(diǎn)低, 熱穩(wěn)定性差，易溶于有機(jī)溶劑第24頁/共51頁 化 學(xué) 性 質(zhì) 強(qiáng)還原性 還原性 CH4 773KSiH4 被大量用于制高純硅第25頁/共51頁硅的鹵化物 SiF4 配位反應(yīng) 硅的鹵化物強(qiáng)烈水解 CCl4不水解 都是共價(jià)化合物,熔沸點(diǎn)低,非極性分子SiCl4(l)+3H2O(l)=H

10、2SiO3(s)+4HCl(aq)SiF4+2F- = SiF6 2- 都是無色 SiF4為氣體，SiCl4、SiBr4為液體 SiI4為固體第26頁/共51頁氟硅酸鹽 SiF4 易與HF形成氟硅酸 純堿溶液吸收SiF4氣體，得白色的Na2SiF6晶體SiF4 + 2HF = H2SiF6 相當(dāng)于H2SO4的強(qiáng)度3SiF4 + 2Na2CO3 + H2O = 2Na2SiF6+ H2SiO3 + 2CO2 Na2SiF6 殺蟲劑 防腐劑Na, K, Ba的氟硅酸鹽難溶于水，Li, Ca的鹽溶于水 SiF4 與堿金屬氟化物反應(yīng)，得氟硅酸鹽SiF4 + 2KF = K2SiF6第27頁/共51頁水

11、 晶石英鹽黑曜石紫 晶縞瑪瑙瑪 瑙二氧化硅第28頁/共51頁 天然的二氧化硅分為晶型和無定型兩大類，晶型二氧化硅主要存在于石英礦中。純石英為無色晶體，大而透明的棱柱狀石英為水晶二氧化硅第29頁/共51頁 原子晶體 整個(gè)晶體可看作是一個(gè)巨大分子，SiO2是最簡式 純SiO2硬度大、熔點(diǎn)高第30頁/共51頁SiO2化學(xué)性質(zhì)(1) 高溫被Mg或Al還原 SiO2+2Mg 2MgO + Si高溫(3) 與HF反應(yīng) SiO2 + 4HF= SiF4 +2H2O (玻璃雕花) (2) 酸性氧化物 SiO2+2NaOH Na2SiO3 + H2O SiO2+2Na2CO3 Na2SiO3 + CO2熔融熔融

12、不能用玻璃瓶盛濃堿液。第31頁/共51頁硅酸和硅酸鹽(1) H4SiO4正硅酸, 為原酸, 脫水得到一系列酸二元弱酸 Ka1=210-10， Ka2=10-12偏硅酸 H2SiO3 SiO2 . H2O二硅酸 H6Si2O7 2SiO2 . 3H2O三硅酸 H4Si3O8 3SiO2 . 2H2O二偏硅酸 H2Si2O5 2SiO2 . H2O(2) H2SiO3組成最簡單，習(xí)慣用其代表硅酸，原稱偏硅酸注意：硅酸不能用SiO2與水反應(yīng)制得，只能由可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)生成： Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 +2NaCl第32頁/共51頁硅 膠化學(xué)式SiO2xH2O或mSiO2nH2O。無

13、色透明或乳白色顆粒，具有多孔結(jié)構(gòu)，有較強(qiáng)的吸附性，吸濕量能達(dá)到40左右。用于氣體干燥、氣體吸收、液體脫水，吸附劑市場出售的變色硅膠是z在硅酸凝膠加入氯化鈷，干燥活化后制得的一種干燥劑。CoCl2 - CoCl26H2O膠凍狀硅酸 硅膠-H2O藍(lán)色粉紅色第33頁/共51頁一種含結(jié)晶水的鋁硅酸鹽 多孔性晶體（“分子篩”） 用于分離、提純物質(zhì)，或作催化劑載體。-xH2O硅酸鹽分子篩可溶性：Na2SiO3 (水玻璃) 、K2SiO3不溶性：大部分硅酸鹽難溶于水，且有特征顏色。第34頁/共51頁灰白色脆性金屬, 金剛石型。半導(dǎo)體，高電阻, 化學(xué)穩(wěn)定 與酸反應(yīng)不與非氧化性酸作用,與氧化性酸生成+4價(jià)化合物

14、1鍺363244222Ge+4H SO ()Ge(SO ) ( )2 O4KsSH O 濃36332222Ge+4HNO ()GeOH O( )4 OKsNH O 濃 與堿反應(yīng)-2-232Ge+2OH +H OGeO2H 第35頁/共51頁三種同素異形體,白錫常見,銀白色，硬度居中金屬2. 錫錫制品長期處于低溫, 自行毀壞“錫疫”434K286K白錫灰錫脆錫拿破侖的紐扣 第36頁/共51頁化學(xué)性質(zhì)與稀HCl反應(yīng)慢 與稀H2SO4難反應(yīng)Sn + 2NaOH = Na2SnO2 + H2 （2）與堿反應(yīng)2224422233 4433222Sn+2HCl()Sn+4H SO ()()224Sn+10

15、HNO ()4Sn(NO )4HNO ()24SnClHSn SOSOH ONH NOSnSnOH ONO 冷濃濃很稀濃(1)與酸反應(yīng)亞錫酸鈉第37頁/共51頁3. 鉛暗灰色, 重而軟金屬(1)與酸反應(yīng)Pb與非氧化性酸及氧化性酸作用生成+2價(jià)化合物Pb + 2HCl(稀) = PbCl2(s)+H2 反應(yīng)很快中止2424Pb+ HCl(H PbCl +H 濃）Pb + H2SO4(稀) = PbSO4(s)+ H2 反應(yīng)很快中止2442223()2Pb+ H SO (Pb HSO+SOH O 濃）3Pb + 8HNO3(稀) = 3Pb(NO3)2 + 2NO+4H2O第38頁/共51頁鉛在空

16、氣中氧化,形成氧化膜保護(hù)層 Pb + O2 + 2H2O = 2Pb(OH)2Pb + 2NaOH = Na2PbO2 + H2 (3) 與堿反應(yīng) 金屬性強(qiáng)弱 生成產(chǎn)物的溶解性 價(jià)態(tài)穩(wěn)定性 Ge, Sn與濃硝酸反應(yīng)生成難溶性含氧酸與酸反應(yīng)趨勢影響因素亞鉛酸鈉第39頁/共51頁 Ge Sn Pb HCl不反應(yīng) SnCl2+H2Pb+2HCl(稀稀)=PbCl2+H2 Pb+4HCl(濃濃)=H2PbCl4+H2 H2SO4Ge+H2SO4(濃)Ge(SO4)2似左似左 Pb+H2SO4(濃濃) Pb(HSO4)2 + SO2+2H2OSn + H2SO4(稀稀)= SnSO4 + H2Pb +

17、H2SO4(稀稀) = PbSO4+ H2HNO3Ge+HNO3(濃)GeO2xH2OHNO3(濃)： SnO2xH2OHNO3(很稀) Sn(NO3)2 +NH4NO3Pb + HNO3(稀稀) Pb(NO3)2 + NOHAc + O2 2Pb + O2 = 2PbOPbO + 2HAc = Pb(Ac)2 +H2O與酸反應(yīng)第40頁/共51頁氧 化 物四氧化三鉛(Pb3O4)-鉛丹：鮮紅色可看作：2PbOPbO2不溶于水343232242()2Pb O + HNOPbOPb NO+ H O (Pb3O4)部分溶于硝酸GeO SnO PbO 兩性, 堿性稍強(qiáng) GeO2 SnO2 PbO2 兩

18、性, 偏酸性酸性增強(qiáng)氧化性增強(qiáng)第41頁/共51頁P(yáng)bO2 (s) + 4 HCl (濃) = PbCl2 + Cl2 + 2H2O2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + O2 + 2H2O(2) PbO2強(qiáng)氧化性2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 +2H2O(1) 兩性 PbO2+2NaOH+2H2O = Na2Pb(OH)6第42頁/共51頁氫氧化物及含氧酸鹽Ge(OH)4 Sn(OH)4 Pb(OH)4Ge(OH)2 Sn(OH)2 Pb(OH)2酸性增加酸性增加Sn(OH)2 +2NaOH = Na2Sn(OH)4Sn

19、(OH)2 +2HCl = SnCl2+2H2OPb(OH)2 +2HCl = PbCl2+2H2OPb(OH)2 +2NaOH = NaPb(OH)3四羥基合錫酸鈉三羥基合鉛酸鈉第43頁/共51頁小小 結(jié)結(jié)氧化性減弱，酸性增強(qiáng)堿性增強(qiáng)，還原性減弱堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)Sn(OH)4Pb(OH)4PbO2Sn(OH)2Pb(OH)2第44頁/共51頁兩類 MX2 MX42Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg(黑) + SnCl42HgCl2 + SnCl2 = Hg2Cl2(白) + SnCl41SnCl2 還原性 檢定Hg2+或Sn2+ 2. PbCl2 難溶于冷水,易溶于熱水, 溶于鹽酸 PbCl2 + HCl = HPbCl3三氯鉛烷 第45頁/共51頁配制SnCl2溶液時(shí),先將SnCl2溶解在少量濃鹽酸中, 再用水稀釋,在溶液中加少量Sn粒3. 水 解 SnCl2 + H2O = Sn(OH)Cl + HCl4222nO4SnCl + H OSHCl （PbCl4）堿式氯化亞錫 第46頁/共51頁堿GeS紅，弱B