碳族元素 - 元素無機化學課件（中山大學）.ppt

1、1、第4章碳族元素Group IVA: C、Si、Ge、Sn、Pb 4-1碳族元素共性、化學性質(zhì)、非金氫最高價金屬氧化物屬性物對應(yīng)性穩(wěn)定水合物強定酸弱性減弱2 .氣態(tài)氫化物的通式： RH4； 3 .與最高價氧化物對應(yīng)的水合物的通式為H2RO3或R(OH)4。3、碳族元素G /F-Z圖、4、4-2單質(zhì)、一、碳四種同質(zhì)氣體、石墨、碳納米管、金剛石、富勒烯C60、C70、C140、碳納米管層-層間范德瓦爾斯力層的上下有nn域鍵層內(nèi)： 142 pm、層間： 335 pm .區(qū)域外耦合導電、熱傳導； 層內(nèi)C-C共價鍵耐高溫化學惰性； 層狀結(jié)構(gòu)解理性。 1 .石墨、非晶c :石墨的一種。 活性c作為脫色劑

2、、還原劑起作用。 插入型或?qū)娱g化合物，例如C8K、6、原子晶體、C sp3混合物、高熔點、高沸點、高硬度。 2 .用于制造金剛石、鉆頭和磨削工具的7，3 .富勒烯C60，C70，C140，巴基球，8，C60的發(fā)現(xiàn)者之一R.E.Smalley教授，Kroto，Curl。 主要貢獻：在理論方面，對現(xiàn)有的“化學鍵理論”產(chǎn)生了強烈的沖擊：球面也可以形成離域鍵。 Rb-C60導電性超導體； 以富勒烯化合物為“催化劑”。 1985年，英國科學家H.W.Kroto等采用質(zhì)譜修訂，得到了以C60為主的質(zhì)譜圖。 受建筑學家(BuckminsterFuller )修訂的球形薄殼建筑結(jié)構(gòu)的觸發(fā)，將C60分子命名為B

3、uckminsterFuller，C60的發(fā)現(xiàn)，9，剩馀的p軌道形成離域耦合，C60是兩種CC耦合長度330 五邊形不相互連接，只連接六邊形，一個c參加兩個六元環(huán)一個五元環(huán)，三個結(jié)合，結(jié)合角之和為348，sp2.28混合。 10、富勒烯的應(yīng)用前景(C26、C32、C44、C50、C60、C70、C80、C90) 1991年，哈佛等首先提出了摻鉀C60具有超導性。 有機超導體(Et)2CuN(CN)2Cl超導開始溫度為12.8 K。 Rb3C60的超導體的超導開始溫度為29 K。 由北京大學和中國科學院物理系合作合成K3C60和Rb3C60的超導體，超導起始溫度分別為8 K和28 K。 科學家預(yù)

4、言摻雜C240和C540可能合成具有更高超導起始溫度的超導體。 在光、電、磁等材料方面有良好的應(yīng)用前景。 C60F60 :超耐高溫材料Li-C60 :高效鋰電池Ln-C60 :發(fā)光材料，11，1991年，日本電氣公司飯島澄男(S. Iijima )在研究巴基球分子的過程中發(fā)現(xiàn)了碳納米管(多壁管)。 1993年發(fā)現(xiàn)了單壁碳納米管。 4 .碳納米管、12、2、硅、硅有結(jié)晶硅和不定形硅兩種同素異形體。 1、物理性質(zhì)： (1)銀灰色，有金屬光澤，堅硬脆的固體；(2)熔化，沸點高，硬度大；(3)結(jié)晶硅是良好的半導體。 2 .化學性質(zhì)：常溫下，硅的化學性質(zhì)為惰性，除氫氟酸、氟氣、強堿以外，不與其他物質(zhì)(例

5、如氧氣、氯氣、硫酸等)反應(yīng)。 加熱時，硅有時會與非金屬發(fā)生反應(yīng)。 高溫下化學性質(zhì)活躍。 晶體硅是原子晶體、金剛石結(jié)構(gòu)。13、高純度單晶硅片的切斷與蝕刻集成電路、14、(1)與氟氣的反應(yīng)：(2)與氫氟酸的反應(yīng)：(3)與強堿溶液的反應(yīng)：(4)與氯氣的反應(yīng)：(5)與氧氣的反應(yīng)Si(s) O2(g)=SiO2(s )、s=SiCl4(g )、si (s )2NaOH (AQ )3si (s )4HNO 318hf=3h2si f 64 no8h2o h2SIF 6氟化硅酸、強酸、與(6)c的反應(yīng)：2273 K、與(7)n2的反應(yīng)：2273 K、() 、4 .用途、用途、17、三、鍺、錫、鉛、鍺：金剛石

6、型原子結(jié)晶，熔點： 1210 K，半導體。 型金剛石型正方晶系、型正方晶系、型正交晶系、13.2C、161C、231.9C、鉛：淡藍色重金屬、錫：灰錫、白錫、脆性錫。 通性：鍺、錫、鉛等活性金屬，鍺、錫在常溫下不與空氣中的氧起作用，不與水起作用的鉛在空氣中迅速被氧化，形成氧化膜保護層。 2 Pb(s) O2 2 H2O=2 PbOH2O(s )，1 .物理性質(zhì)，18，2 .化學性質(zhì)： (1)與x 2的反應(yīng)，(2)與s的反應(yīng)，(3) sn NaOH2h2on ASN (oh )3h2(g ) Pb NaOH2h2on APB (oh )3h 2 Ge 2 NaOH H2O2 Na2GeO3 H2

7、O Ge表示存在氧化劑，Ge的金屬性比sn和pb弱，(4)與酸反應(yīng)，20，4-3碳族元素的重要化合物，(1)通式： SinH2n 2 (n=115 )含有Si-Si鍵。 一、氫化物、1 .烴(烴)-有機化學、2 .硅烷、21、C Si混合狀態(tài)sp sp2sp3sp3d2c.n.max46鍵解離能c-c345.6Si-鏈短(15個si )、硅烷種類少在(2) C和Si的比較中，Si-Si短，容易斷裂。 硅烷化性比類似烴更活性。 單硅烷的化學性質(zhì)熱分解SiH4(g) Si(s) 2H2(g )強還原性si h4(g )8agno3(AQ )2h2o=8ag si o 28 HNO3SiH4(g )

8、。 在2MnO4-=2MnO2 SiO32- H2O H2還原性CH4 SiH4 GeH4 (3)微量OH-存在下，水解SiH4(g) (n 2)H2O SiO2nH2O 4H2、(3)單硅烷的制備。 二級方程式，二級方程式，四級方程式， 二、氧化物及其水合物和氧酸鹽，(1)分子結(jié)構(gòu)CO和N2、CN-、NO相互為等電子體，1 .一氧化碳CO、co (1)2(2)2(3)2(4)2(5) 2、n2kk (2s * ) HF1. 98 d為-33Fe2o3(s )3co2Fe3co2PDC l2(AQ )2co (g ) h2o PDC o2HCl檢驗co灰黑色、強還原性、CO S COS、26、

9、強配位性、M(s) x CO(g)=M(CO)x M x值色、狀態(tài)M(CO)x配置Ni 4無色液體正ni3d 84 s 2、3 d 104 s 0、3 d 10 (sp3)0(sp3)0(sp3) 0、cococo同時形成d - *反饋鍵，在四羰基鎳鍵合后，形成、29、自由CO(g) Ni(CO)4 2143 2060 系統(tǒng)換算質(zhì)量：30，紅外吸收光譜(IR )，T%透過率，波數(shù)/cm-1，31，CO使人中毒的機制，hmfe(ii)o2co(g)=hhfe對比NO2-使人中毒的機制： hmfe (ii ) no2- hmfe O C O : C-O鍵級=1 2 0.5=2，鍵長在三鍵和雙鍵之間

10、。 C O極性鍵，CO2非極性分子。 (2)性質(zhì)酸性氧化物CO2滅火器不能用于由活性金屬Mg、Na、k等引起的火災(zāi)： CO2(g) 2Mg(s)=2MgO(s) C(s )、2234、33、3. (1)碳酸H2CO3 CO2(g ) 298 K在水中的溶解度可以是0.033 moldm-3 .二元質(zhì)子co2x h2o=co2x h2o=h2co3k=1. 810-3 co2h2o=h:h2co3=h HCO3-，是二元質(zhì)子弱酸，但：H2CO3是弱酸碳酸鹽，sp2，sp 2，2 -，35，4 .碳酸鹽， (2)水解Na2CO3正鹽NaHCO3酸式鹽Na2CO3水溶液pH的計算方法(同Na3PO4

11、) NaHCO3水溶液pH的計算方法相同，與溶解度CO2的分壓相關(guān)的Na2CO3的溶解度比NaHCO3大(hco3容易發(fā)生雙重聚合和大量聚合)， M 2與Na2CO3溶液反應(yīng)： mco3m2co3m (oh )2m2(oh )2c o 3，36，具體反應(yīng)的2Ksp(MCO3)和KspM(OH)2的相對大小。 例如0.2 moldm-3 Na2CO3和0.20moldm-3CaCl2等的體積混合(教材p.126 )。 q (CaCO3)=(ca2) (co32-)=0. 100.10=1. 010-2 k sp (CaCO3)=2. 010-9 q (ca )關(guān)于有效離子電勢，陽離子的有效離子電勢越大，對CO32-的逆極化作用越強陽離子：反極化作用陰離子：變形性。 (3)熱穩(wěn)定性，38，5 .以二氧化硅，硅酸和硅酸鹽(教材p.133-135 )，(1)二氧化硅原子結(jié)晶，SiO4四面體為結(jié)構(gòu)單位，無限大分子石英：純SiO2。 在高溫下3360 SiO2mg2mgosisio2HF (g )=si f4h2o SiO 22 oh-=SiO 32-h2o 600-900 OCS io 2接合isio 3。 降低B2O3熔點和玻璃膨脹系數(shù)提高Al2O3熔點ZnO為玻璃的耐腐蝕性、高溫、SiO2結(jié)構(gòu)、39、H4SiO4原硅酸H