最新第十四章-碳族教学讲义PPT课件
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碳族元素课件
O
C
O
☞碳酸盐
溶解性： 反应物 碳酸盐——除NH4+、碱金属(Li除外)盐，一般难溶 碳酸氢盐——一般易溶 金属氢氧化物<<对应碳酸盐 难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶 溶 如 CaCO3(难溶） Ca(HCO3)2(易溶)解 金属氢氧化物≈对应碳酸盐 易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小 度 金属氢氧化物>>对应碳酸盐 水解性： 碳酸盐——水溶液呈碱性 向浓碳酸钠溶液中通入CO2致饱和 可析出NaHCO3 Na2CO3+ CO2+H2O → 2NaHCO3 (易溶) (溶解度小) 生成物 氢氧化物 碱式碳酸盐 碳酸盐
硅酸盐 硅酸钠的组成为xNa2O· ySiO2，俗 称水玻璃，或泡花碱，用途很广， 用于做粘合剂，防腐剂，软水剂， 洗涤剂和肥皂的填充剂，也是制硅
O
O
Si
O
O
SiO4四面体
胶和分子筛的原料。硅酸钠是最 常见的可溶性硅酸盐，由 石英砂与烧碱或纯碱反应而得到： 熔融 SiO2＋Na2CO3 == Na2SiO3＋CO2↑ 地壳质量的95%为硅酸盐矿，最重 要的天然硅酸盐矿是铝硅酸盐矿， 如钙长石， 钠长石等，是提取金属 铝的重要原料。 硅酸盐的结构很复杂，但基本结构 单元是相同的，均为硅氧四面体 SiO4，通过它的角顶氧原子可以连 接成链状，环状，层状或三维网格 结构等。各种硅酸盐的结构图形见 课本Si-硅酸盐结构
高温
Si＋2Mg ==== Mg2Si
☞硅含氧化合物
二氧化硅 硅酸 SiO2是原子晶体，基本结构单元是硅 通式：xSiO2· yH2O一般用 氧四面体，如图所示，原子比 =1/2。 偏硅酸 H2SiO3的式子代表 以Si-O共价单键结合。熔点高，硬度 硅酸.刚生成的硅酸主要以 大，不导电，不溶于水.纯石英称水晶， H4SiO4单分子形式存在, 放 无色透明，石英玻璃是将石英加热熔 置就逐渐缩合成多硅酸溶 胶, 在溶胶中加酸或电解质, 融冷却而成，具有耐高温，膨胀系数 小，透明度大，不吸收紫外线，用于 便可沉淀出白色透明有弹 作光学和耐高温仪器。 性的硅酸凝胶, 烘干并活化, 便可制得硅胶, 主要用于作 二氧化硅的化学性质不活泼，但容易 被碱和氢氟酸腐蚀： 干燥剂和吸咐剂。SiO2是 SiO2＋4HF＝SiF4＋H2O 酸性氧化物，难溶于水， SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H 不能用它和水反应得到硅 2O 熔融 酸，只能用可溶性硅酸盐 SiO2＋Na2CO3 == Na2SiO3＋ CO2↑ 经过酸化而得到 SiO32- + 2H+ ＝H2SiO3↓
无机化学：14.碳族元素
当高纯硅中掺杂少于百万分之一的磷原子时，成键后就有了 多余的电子；若杂质是硼原子，成键后就有了空轨道。 掺杂了的高纯硅是良好的半导体材料。
26
高纯度单晶硅片切割和刻蚀成 集成电路
27
1、硅的制备
粗硅的取得：SiO2 + 2C = Si（粗） + 2CO 粗硅提纯： Si + 2 Cl2 = SiCl4 ( l ) 精馏得纯SiCl4 ，用活泼金属锌或镁还原 SiCl4 得纯硅：
② Al3+、Fe3+、Cr3+ 、Sn2+、Sn4+和Sb3+等，其氢氧化物的溶度 积远小于其碳酸盐的溶度积，易水解，与上述沉淀剂相遇时生 成氢氧化物，例如：
22
③ 有些离子氢氧化物碱性弱，如Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、 Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等将生成碱式碳酸盐沉淀。 例如:
1、硅烷的制备 ① 高温灼烧：SiO2 + 4 Mg = Mg2Si + 2 MgO ② Mg2Si 与酸反应： Mg2Si + 4 HCl = SiH4 + 2 MgCl2 Mg2Si + 2H2SO4 = SiH4 + MgSO4 Mg2Si + 4NH4Br = SiH4 + 2MgBr2 + 4NH3
Mg2+ ~Mg(OH)2 Mg2+ ~ Ca2+
23
B、热稳定性
① H2CO3<MHCO3<M2CO3 ② 同一族金属的碳的盐稳定性从上到下增加
BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 分解T/℃ 100 540 900 1290 1360
26
高纯度单晶硅片切割和刻蚀成 集成电路
27
1、硅的制备
粗硅的取得：SiO2 + 2C = Si（粗） + 2CO 粗硅提纯： Si + 2 Cl2 = SiCl4 ( l ) 精馏得纯SiCl4 ，用活泼金属锌或镁还原 SiCl4 得纯硅：
② Al3+、Fe3+、Cr3+ 、Sn2+、Sn4+和Sb3+等，其氢氧化物的溶度 积远小于其碳酸盐的溶度积，易水解，与上述沉淀剂相遇时生 成氢氧化物，例如：
22
③ 有些离子氢氧化物碱性弱，如Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、 Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等将生成碱式碳酸盐沉淀。 例如:
1、硅烷的制备 ① 高温灼烧：SiO2 + 4 Mg = Mg2Si + 2 MgO ② Mg2Si 与酸反应： Mg2Si + 4 HCl = SiH4 + 2 MgCl2 Mg2Si + 2H2SO4 = SiH4 + MgSO4 Mg2Si + 4NH4Br = SiH4 + 2MgBr2 + 4NH3
Mg2+ ~Mg(OH)2 Mg2+ ~ Ca2+
23
B、热稳定性
① H2CO3<MHCO3<M2CO3 ② 同一族金属的碳的盐稳定性从上到下增加
BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 分解T/℃ 100 540 900 1290 1360
宋天佑无机化学第14章碳族元素.ppt
2021/1/2
3
18
2.SiO2(俗名：石英、海砂、水晶、碧玉、玛瑙等）
2021/1/2
3
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SiO2的化学性质 ⑴高温下被Mg、Al、B还原
SiO2+2Mg(AL、B)→Si+MgO(B2O3、Al2O3) ⑵除F2、HF外不与其它X2和酸作用 SiO2+4HF=SiF4+2H2O→H2SiF6 （腐蚀玻璃） ⑶溶于热强碱液或熔融Na2CO3 SiO2+2OH-=SiO32-+H2O SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑ 光缆：高纯SiO2熔融体中拉出的直径约100μm的细丝（光 导纤维）→光缆
2021/1/2
3
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3.Sn、Pb的氧化物
SnO：难溶于水的黑色固体，两性。
Sn的 氧化物
SnO+2HCl=SnCl2+H2O SnO+2NaOH=Na2SnO2+H2O SnO2：难溶水的白色固体,两性偏酸. SnO2+2NaOH(熔融)=Na2SnO3+H2O
Pb的 氧化物
PbO(密陀僧):黄色、难溶于水,两性偏碱。溶 HAc和HNO3→Pb2+
PbO2:暗棕色,难溶于水,两性偏酸.强氧化性。
* PbO2+4HCl（浓）=PbCl2↓+Cl2↑+2H2O
* 2PbO2+2H2SO4（浓） =2PbSO4↓+O2↑+2H2O
* 5PbO2+2Mn2++4H+=2MnO4- 2021/1/2
+5Pb2++2H2O
3
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第十四章碳族元素Chapter14Thecarbonfamilyelements14章第十四章碳族元
The fundamental problem of diamond synthesis is the allotropic nature of carbon. Under ordinary conditions graphite, not diamond, is the thermodynamically stable crystalline phase of carbon. Hence, the main requirement of diamond CVD is to deposit carbon and simultaneously suppress the formation of graphitic sp2-bonds. This can be realized by establishing high concentrations of non-diamond carbon etchants such as atomic hydrogen. Usually, those conditions are achieved by admixing large amounts of hydrogen to the process gas and by activating the gas either thermally or by a plasma.
C60为第一个五边形间互不相邻的碳笼 不存在六边形的最小碳笼为C20
32个面，60个顶点，90条棱 12个正五边形和20个正六边形 F+V=E+2
Fullerene Discoverers Win Chemistry Nobel
The Nobel Prize in chemistry was awarded today to two Americans and one British researcher for their discovery of fullerenes, a new class of all-carbon molecules shaped like hollow balls.
C60为第一个五边形间互不相邻的碳笼 不存在六边形的最小碳笼为C20
32个面，60个顶点，90条棱 12个正五边形和20个正六边形 F+V=E+2
Fullerene Discoverers Win Chemistry Nobel
The Nobel Prize in chemistry was awarded today to two Americans and one British researcher for their discovery of fullerenes, a new class of all-carbon molecules shaped like hollow balls.
【高中化学】碳族元素、无机非金属材料PPT课件
石墨
层状结构
-------- -------------------------------------------- - ------- -- -- -
熔点很高,质软有滑腻感
金刚石与石墨晶体结构对比
金 刚 石
石 墨
碳的同素异形体：
足球烯
(1)发现：1985年，科学家用激光束照射石墨 得灰色气体，用有机溶剂萃取得n﹤200的大量 簇分子，含60个碳的分子比较多。
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有稳定的氢化物
课堂练习
5.某些保健品中含有的锗元素，位于周期表中的 第四周期第ⅣA族。有关锗的叙述正确的是(CD) A.锗的原子序数为34
B.锗的金属性比锡强 C.Ge可形成Na2GeO3的盐 D.单质锗是半导体材料
递变性： C Si
Ge
Sn
Pb →
非金属性减弱，金属性增强
［问题探究］
碳的+4价化合物稳定，那CO应有较 强的什么性？那它能否用浓硫酸来干燥？
［问题探究2］课本上说“……碳、硅、
锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价 化合物是稳定的”。
(1)根据上一句话判断：锡的十2价化合物(如 SnCl2)应具有较强的 还原 性，铅的十4价化 合物应具有较强的 氧化 性。
(2)PbO2与浓盐酸可发生氧化还原反 应生成Cl2，该反应的化学方程式为 PbO2+4HCl(浓)=PbCl2+Cl2↑+2H2O 。
[过渡]以上我们学习了碳族元素的原子结
构及化学性质，下面，我们通过下表来认 识一下碳族元素单质的物理性质。
碳族元素单质的性质 元素 颜色、状态 密度 熔点 沸点
精编无机化学教学课件 14章 碳族元素
C60的结构
Fullerite
2 碳单质的还原性
碳单质最重要的化学性质是它的还原性。是通过自身被氧化为CO或 CO2将别的物质置换出来，起到还原的作用。大量的研究的到下图：
图中 反应C+O2=CO2 的rS≈0, 反应2C+O2= 2CO的 rS>0, 反应2CO+O2=2CO2 rS <0。 三条直线交于983K。 高于此温度,2C+O2=2CO的反应倾向大， 低于此温度,2CO+O2=2CO2的反应倾向更大。 生成CO的直线向下倾斜,这使得几乎所有金 属的rG−T直线在高温下都能与C-CO直线 相交。能够被碳还原，碳为一种广泛应用的
金刚石的结构
（2）石墨 石墨具有层状结构，层内每个碳原子都以 sp2 杂化轨道与邻近的三 个碳原子形成共价单键，构成六角平面的网状结构，这些网状结构又 连成片状结构。同一层中的每个碳原子均剩余一个未参加杂化的 2p 轨 道，其中有一个未成对电子，同层中碳原子的 2p 轨道相互重叠，形成 一个垂直于平面层的由 Ne 个原子 Ne 个电子形成的大π键。大π键的电 子可以在整个平面层中流动，所以石墨具有层向的良好导电性和导热 性。石墨的层与层之间距离较大，层与层之间的作用力是范德华力， 容易沿着与层平行的方向滑动、裂解，因此石墨质软且具有润滑性。
石墨的结构
（3）碳原子簇 由 N 个碳原子组成的 CN 分子(N < 200)，称为碳原子簇，它们的 结构为封闭的多面体的圆球形或椭球形。
C60 是由 60 个碳原子联结的多边形所构成的近似圆球的分子。C60 是一个直径为 1 nm 的空心圆球, 60 个碳原子围成直径为 0.7 nm 的球 形骨架, 球心到每个碳原子的平均距离为 0.35 nm。在球面上有 60 个顶 点，由 60 个碳原子组成 12 个五元环面、20 个六元环面和 90 条棱。
第十四章-碳族
2021/3/28
5
碳与硅的对比:
杂化态
C.N. max 键离解能
C
Si
sp
sp3
sp2
sp3
sp3d2
4
6
C-C 346 > Si-Si 222
/kJ·mol-1
C-H 411 > Si-H 318
∴C-C 链长，烷种类多； Si-Si 链短（≤15 个 Si），硅烷种类少。
C-O 358 < Si-O 452
§14.2 单质及化合物
CO[kk(σ2s)2(σ2s*)2(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2]
性质
:C O:
性质一:还原性
性质二:配位性
2021/3/28
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第十四章 碳族元素
性质 性质一:还原性
§14.2 单质及化合物
• 在高温下,CO可从金属氧化物中夺取 氧,使金属还原。
高温
Fe2O3(s)＋3CO(g)
§14.2 单质及化合物
2021/3/28
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第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
性质 • 良好的导电性和导热性 • 质软,具有润滑性 • 化学性质较金刚石稍显活泼
2021/3/28
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（3）碳原子簇:Cn,n通常小于200。
Robert F Curl Jr Harold W Kroto Richard E Smalley
Si + O2 = SiO2
Si + 2X2 = SiX4
Si + 2OH- + H2O = SiO32- + 2H2
3Si + 18HF + 4HNO3 = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
14-1碳族元素
艾林罕姆（Ellingham）图
（d）
（d） （a）
（b）
（c） T/K
14. 1. 2 碳的含氧化合物
碳的氧化物主要有两种： 一氧化碳和二氧化碳。 1. 一氧化碳
CO 为无色无臭有毒气体， 在水中溶解度较小。
实验室制备 CO：
① 向热浓硫酸中滴加甲酸 HCOOH —热浓—H—2SO—4 CO↑ + H2O
主要氧化数
0、+2 0、+2 0、(+2) 0、+2 0、+2 +4 +4 +4 +4 +4
原主子要半化径合/物pm +747 +121、7 +1422 1+421(4)175
离 子
r(M4+)/pm高氧1低6化氧数化化4数0合化物合稳5物定3 稳性定减6性小9 增大78
半 径
r(M2+)/即pm惰性-电子对- 效应明73显
锺乳石、石笋的形成
碳酸盐: 正盐和酸式碳酸盐
(1)溶解性
碳碳向难N(易酸酸a浓溶2溶盐氢C碳碳O)—盐酸酸3——盐+可钠除—一C对析溶ON一般应出液H2般难的+4N中+H易溶、碳a2通溶HO碱酸C入金氢→OC属盐3O(易(2溶L2Ni溶致除a解饱H外度C和)O小盐3)，
如 CaCO3(难溶如） Ca(HCO3)2(难溶)
电I白1/(负锡kJ性变·m(为ol-p1粉)) 末134状.002灰1锡20.11，2 此92现4.07象叫81“3.94锡疫710.”93 。
ⅣA 碳(C) 硅(Si) 锗(Ge) 锡(Sn) 铅(Pb)
原子序数 6 14 32 50 82
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(锗石矿)； 锡：SnO2 (锡石矿)； 铅：PbS (方铅矿)
第十四章 碳族元素
二、碳族元素单质
§14.2 单质及化合物
1. 碳的同素异形体
碳单质的 同素异形体
金刚石
石墨 C60
碳单质的同素异形体
杂化 晶体
性质
sp3 原子晶体
硬度最大 熔点很高
质软，有金属光
sp2 层状晶体 泽，有导电、导
热性
第十四章 碳族元素
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
冶炼：
Si和Ge：首先将原料转化成SiCl4(b.p.330K)和 GeCl4 (b.p.356K)，然后精馏提纯。
SiO2 + 2C + 2Cl2 = SiCl4 + 2CO SiCl4 + 2Zn(Mg) = Si + 2ZnCl2 (MgCl2) GeCl4 + (x+2)H2O = GeO2.XH2O + 4HCl GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O
不反应
H2SO4
Ge+H2SO4(浓)→ Ge(SO4)2 + SO2↑+H2O
HNO3 Ge+HNO3(浓) →GeO2·xH2O
Sn2+ / Sn - 0.1375 2HCl(浓)+Sn SnCl2+H2↑
似左
Pb2+ / Pb - 0.1263
Pb +2HCl(稀)=PbCl2(s)+H2↑ Pb +3HCl(浓)=HPbCl3+H2↑ Pb + 2H2SO4(浓) Pb(HSO4)2+H2 ↑
Si + O2 = SiO2 Si + 2X2 = SiX4 Si + 2OH- + H2O = SiO32- + 2H2 3Si + 18HF + 4HNO3 = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
第十四章 碳族元素
3. Ge、Sn、Pb
§14.2 单质及化合物
Ge：灰白色脆性金属，金刚石型晶体结构。 m.p.，1210K，它略比Si活泼，高纯Ge也是一种良 好的半导体材料。
Sn + H2SO4(稀) = SnSO4 + H2↑
HNO3(浓)：似左 → SnO2·xH2O
-锡酸，不溶于酸碱 Sn + HNO3(很稀)
→ Sn(NO3)2 +NH4NO3
Pb + H2SO4(稀) = PbSO4↓+ H2↑ Pb + HNO3(稀) → Pb(NO3)2 + NO
a．Pb与任何浓度的硝酸反应都得到Pb(NO3)2 b．Sn与浓HNO3反应得到Sn(IV)，与稀HNO3反应得到Sn(II)
（1） 金刚石 结构 • 典型的原子晶体 • sp3杂化 •空间构型
§14.2 单质及化合物
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
性质 • 熔 、沸点高，硬度大，不导电 • 室温下对所有化学试剂显惰性
第十四章 碳族元素
（2）石墨 结构 •层状晶体 • sp2杂化 • 空间构型
§14.2 单质及化合物
第十四章-碳族
§14-1 碳族元素的通性
价层电子组态为ns2np2; 形成共价化合物是本族元素的特征;
第十四章 碳族元素
§14.1 通性
碳族元素的性质
元素符号 C
Si Ge Sn Pb
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
价电子层 结构
2s22p2
3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2
主要 氧化数
+4,(+2) +4,(+2) +4, +2 +4, +2 +4, +2
Sn：三种同素异形体。
286K
434K
灰锡
白锡
脆锡
α型
β型
γ型
Pb：软、强度不高的金属，密度很大
(11.35g.cm-3)，m.p. 601K，新鲜的Pb表面有金属光
泽，它受空气中的氧、水、CO2作用，迅速生成一 层致密的碱式碳酸盐保护层。
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
锡、锗、铅都是两性金属
原子序数 6
14 32 50 82
C，Si IV>>II
+4
+2 Ge，Sn IV > II
Pb
II>>IV
§14-2 碳族元素的单质及其化合物
一、碳族元素在自然界中的分布
碳：石墨、金刚石、煤、石油、天然气、动植物、 石灰石、CO2等。
硅：SiO2； 锗：4Ag2S.GeS2 (硫银锗矿)、Cu2S.FeS.GeS2
第十四章 碳族元素
在 C60 中碳原子 为 sp2 杂化，未参加 杂化的一个 p 轨道在 C60 球壳外围和内腔 形成大π键。
§14.2 单质及化合物
12个五边形 20个六边形
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
其结构与建筑学家富勒.布 基明斯特为1967年为蒙特利尔 设计的世博会建筑物相同， 故名叫富勒烯。人们在C60的 大量合成方法建立后两年内 发现了它的数十个反应，其 中许多与烯烃的金属有机化 学相类似。C60象一些配体那 样在富电子铂配合物中以两 个碳原子与金属键合。
第十四章 碳族元素
•冶金工业中的碳还原反应 参见书P437，图14-5
§14.2 单质及化合物
Ellingham图（△rGm -T图）
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
2、硅
Si: 的晶体结构类似于金刚石，熔点1683K，灰 黑色，有金属外貌，性硬碎。低温下，单质硅并不 活泼，与水、空气和酸均无作用。但能与强氧化剂 和强碱溶液作用。
K3C60
第十四章 碳族元素
性质
§14.2 单质及化合物
• C60分子具有球形的芳香性，可以合成C60Fn，作为超 级润滑剂。 • C60笼内可以填入金属原子而形成超原子分子，作为 新型催化剂或催化剂载体，具有超导性，掺K的C60， Tc = 18K，Rb3C60 Tc = 29K，它们是三维超导体。 • C60晶体有金属光泽，其微晶体粉末呈黄色，易溶于 苯，其苯溶液呈紫红色。C60分子特别稳定，进行化学 反应时，C60始终是一个整体。
Sn + 2HCl SnCl2 + H2 Sn + OH- + 2H2O Sn(OH)42- + H2 Ge + 2KOH + 2H2O2 K2[Ge(OH)6] Pb + 2H2O + 2KOH K2[Pb(OH)4] + H2↑
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
E
A
HCl
Ge2+ / Ge + 0.23
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
性质 • 良好的导电性和导热性 • 质软，具有润滑性 • 化学性质较金刚石稍显活泼
（3）碳原子簇：Cn，n通常小于200。
Robert F Curl Jr Harold W Kroto Richard E Smalley
20世纪80年代，人们发现了第三种碳的同 素异形体——C60 。
第十四章 碳族元素
二、碳族元素单质
§14.2 单质及化合物
1. 碳的同素异形体
碳单质的 同素异形体
金刚石
石墨 C60
碳单质的同素异形体
杂化 晶体
性质
sp3 原子晶体
硬度最大 熔点很高
质软，有金属光
sp2 层状晶体 泽，有导电、导
热性
第十四章 碳族元素
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
冶炼：
Si和Ge：首先将原料转化成SiCl4(b.p.330K)和 GeCl4 (b.p.356K)，然后精馏提纯。
SiO2 + 2C + 2Cl2 = SiCl4 + 2CO SiCl4 + 2Zn(Mg) = Si + 2ZnCl2 (MgCl2) GeCl4 + (x+2)H2O = GeO2.XH2O + 4HCl GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O
不反应
H2SO4
Ge+H2SO4(浓)→ Ge(SO4)2 + SO2↑+H2O
HNO3 Ge+HNO3(浓) →GeO2·xH2O
Sn2+ / Sn - 0.1375 2HCl(浓)+Sn SnCl2+H2↑
似左
Pb2+ / Pb - 0.1263
Pb +2HCl(稀)=PbCl2(s)+H2↑ Pb +3HCl(浓)=HPbCl3+H2↑ Pb + 2H2SO4(浓) Pb(HSO4)2+H2 ↑
Si + O2 = SiO2 Si + 2X2 = SiX4 Si + 2OH- + H2O = SiO32- + 2H2 3Si + 18HF + 4HNO3 = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
第十四章 碳族元素
3. Ge、Sn、Pb
§14.2 单质及化合物
Ge：灰白色脆性金属，金刚石型晶体结构。 m.p.，1210K，它略比Si活泼，高纯Ge也是一种良 好的半导体材料。
Sn + H2SO4(稀) = SnSO4 + H2↑
HNO3(浓)：似左 → SnO2·xH2O
-锡酸，不溶于酸碱 Sn + HNO3(很稀)
→ Sn(NO3)2 +NH4NO3
Pb + H2SO4(稀) = PbSO4↓+ H2↑ Pb + HNO3(稀) → Pb(NO3)2 + NO
a．Pb与任何浓度的硝酸反应都得到Pb(NO3)2 b．Sn与浓HNO3反应得到Sn(IV)，与稀HNO3反应得到Sn(II)
（1） 金刚石 结构 • 典型的原子晶体 • sp3杂化 •空间构型
§14.2 单质及化合物
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
性质 • 熔 、沸点高，硬度大，不导电 • 室温下对所有化学试剂显惰性
第十四章 碳族元素
（2）石墨 结构 •层状晶体 • sp2杂化 • 空间构型
§14.2 单质及化合物
第十四章-碳族
§14-1 碳族元素的通性
价层电子组态为ns2np2; 形成共价化合物是本族元素的特征;
第十四章 碳族元素
§14.1 通性
碳族元素的性质
元素符号 C
Si Ge Sn Pb
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
价电子层 结构
2s22p2
3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2
主要 氧化数
+4,(+2) +4,(+2) +4, +2 +4, +2 +4, +2
Sn：三种同素异形体。
286K
434K
灰锡
白锡
脆锡
α型
β型
γ型
Pb：软、强度不高的金属，密度很大
(11.35g.cm-3)，m.p. 601K，新鲜的Pb表面有金属光
泽，它受空气中的氧、水、CO2作用，迅速生成一 层致密的碱式碳酸盐保护层。
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
锡、锗、铅都是两性金属
原子序数 6
14 32 50 82
C，Si IV>>II
+4
+2 Ge，Sn IV > II
Pb
II>>IV
§14-2 碳族元素的单质及其化合物
一、碳族元素在自然界中的分布
碳：石墨、金刚石、煤、石油、天然气、动植物、 石灰石、CO2等。
硅：SiO2； 锗：4Ag2S.GeS2 (硫银锗矿)、Cu2S.FeS.GeS2
第十四章 碳族元素
在 C60 中碳原子 为 sp2 杂化，未参加 杂化的一个 p 轨道在 C60 球壳外围和内腔 形成大π键。
§14.2 单质及化合物
12个五边形 20个六边形
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
其结构与建筑学家富勒.布 基明斯特为1967年为蒙特利尔 设计的世博会建筑物相同， 故名叫富勒烯。人们在C60的 大量合成方法建立后两年内 发现了它的数十个反应，其 中许多与烯烃的金属有机化 学相类似。C60象一些配体那 样在富电子铂配合物中以两 个碳原子与金属键合。
第十四章 碳族元素
•冶金工业中的碳还原反应 参见书P437，图14-5
§14.2 单质及化合物
Ellingham图（△rGm -T图）
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
2、硅
Si: 的晶体结构类似于金刚石，熔点1683K，灰 黑色，有金属外貌，性硬碎。低温下，单质硅并不 活泼，与水、空气和酸均无作用。但能与强氧化剂 和强碱溶液作用。
K3C60
第十四章 碳族元素
性质
§14.2 单质及化合物
• C60分子具有球形的芳香性，可以合成C60Fn，作为超 级润滑剂。 • C60笼内可以填入金属原子而形成超原子分子，作为 新型催化剂或催化剂载体，具有超导性，掺K的C60， Tc = 18K，Rb3C60 Tc = 29K，它们是三维超导体。 • C60晶体有金属光泽，其微晶体粉末呈黄色，易溶于 苯，其苯溶液呈紫红色。C60分子特别稳定，进行化学 反应时，C60始终是一个整体。
Sn + 2HCl SnCl2 + H2 Sn + OH- + 2H2O Sn(OH)42- + H2 Ge + 2KOH + 2H2O2 K2[Ge(OH)6] Pb + 2H2O + 2KOH K2[Pb(OH)4] + H2↑
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
E
A
HCl
Ge2+ / Ge + 0.23
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
性质 • 良好的导电性和导热性 • 质软，具有润滑性 • 化学性质较金刚石稍显活泼
（3）碳原子簇：Cn，n通常小于200。
Robert F Curl Jr Harold W Kroto Richard E Smalley
20世纪80年代，人们发现了第三种碳的同 素异形体——C60 。