碳、硅、硼

第十七章碳，硅，硼基本要求：1、掌握碳的单质，氧化物，碳酸，碳酸盐的结构和性质。

2、掌握单质硅，氧化物与硅酸的性质和结构。

3、掌握硼的单质，氢化物，含氧化合物的结构和性质，掌握缺电子原子的结构特点。

我们对卤素元素作了较系统的讨论，对ⅥA，ⅤA族阐述的重点只是本周期的一些常见元素——氧，硫，氮，磷。

本章包括ⅥA碳，硅，锗，锡，铅组成及ⅢA硼，铅，镓，铟，铊组成。

对这两族，在本章只重点学习碳，硅，硼这三个非金属元素，对其它金属放在以后学习。

碳是第二周期元素，我们仍应注意它在族中的特殊表现，硼的价电子数（3个）少于价电子层轨道数（4个），它是具有这种特征的唯一非金属元素，常称为缺电子原子，由此带来一系列性质表现。

学习时应注意。

我们一再指出，学习元素知识应注意运用对比方法，寻找知识间的异同点。

本章里，碳和硅虽然是同族元素，我们不妨找它们间的相同点。

相反，硼和硅虽非同族元素，我们力求寻找它们间的相似处，便于学习，掌握。

§17-1 概述对ⅥA—ⅤA一些元素的性质及其递变规律总结如下：1-1、形成原子晶体从ⅥA—ⅤA族，非金属但是多为双原子或多原子的有限分子，组成分子晶体，而C，Si，B都能形成原子间共价结合的庞大分子，组成原子晶体。

金刚石是碳的同素异形体之一，具有典型的原子晶体结构，其中每个C原子以共价键（sp3）和其他4个C原子键合，构成坚固的，连续的网状骨架结构。

碳的另一种同素异形体石墨，它的性质和金刚石有很大差别，石墨很软，能导电；而金刚石很硬，不导电截然相反。

石墨的这些性质完全由它的晶体结构所决定，石墨晶体中，C原子的4个价电子轨道仅3个参与了杂化，形成的3个sp2杂化轨道与相邻3个C原子的相应轨道构成σ单键，排列在一个平面，再引伸开去便成六角平面的网状结构，整个晶体中这种互相平行的许多平面，构成了层状结构。

另外，C原子还剩有一个未杂化的P电子，这些P轨道垂直分布于平面上下，并可以象金属晶体中的自由电子那样，自由表示，而层间地在层间宽广范围内流动，构成极多个C原子间相互重叠的离域ヰ键，用ヰxx作用力是范德华力。

一、实验目的1. 了解碳、硅、硼三种元素的基本性质。

2. 掌握碳、硅、硼的化学反应规律。

3. 学习实验操作技能，提高实验分析能力。

二、实验原理碳、硅、硼是化学元素周期表中相邻的三种元素，它们在自然界中广泛存在，具有不同的物理和化学性质。

本实验通过观察碳、硅、硼的燃烧、反应等现象，了解它们的性质。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：碳（石墨）、硅（石英砂）、硼（硼砂）、氧气、酒精灯、试管、镊子、烧杯、试管夹等。

2. 实验仪器：分析天平、电子显微镜、光谱仪等。

四、实验步骤1. 碳的燃烧实验（1）将少量碳（石墨）放入试管中，用酒精灯点燃。

（2）观察燃烧现象，记录燃烧温度、火焰颜色、燃烧产物等。

（3）将燃烧后的产物放入烧杯中，加入适量水，观察溶解情况。

2. 硅的燃烧实验（1）将少量硅（石英砂）放入试管中，用酒精灯点燃。

（2）观察燃烧现象，记录燃烧温度、火焰颜色、燃烧产物等。

（3）将燃烧后的产物放入烧杯中，加入适量水，观察溶解情况。

3. 硼的燃烧实验（1）将少量硼（硼砂）放入试管中，用酒精灯点燃。

（2）观察燃烧现象，记录燃烧温度、火焰颜色、燃烧产物等。

（3）将燃烧后的产物放入烧杯中，加入适量水，观察溶解情况。

4. 碳、硅、硼的反应实验（1）将碳、硅、硼分别与氧气反应，观察反应现象。

（2）将反应产物进行光谱分析，确定反应产物。

五、实验结果与分析1. 碳的燃烧实验结果：（1）燃烧温度：约3000℃；（2）火焰颜色：蓝色；（3）燃烧产物：二氧化碳。

2. 硅的燃烧实验结果：（1）燃烧温度：约1700℃；（2）火焰颜色：无色；（3）燃烧产物：二氧化硅。

3. 硼的燃烧实验结果：（1）燃烧温度：约300℃；（2）火焰颜色：无色；（3）燃烧产物：三氧化二硼。

4. 碳、硅、硼的反应实验结果：（1）碳与氧气反应：生成二氧化碳；（2）硅与氧气反应：生成二氧化硅；（3）硼与氧气反应：生成三氧化二硼。

六、实验结论1. 碳、硅、硼在燃烧过程中分别生成二氧化碳、二氧化硅、三氧化二硼；2. 碳、硅、硼在氧气中燃烧时，燃烧温度、火焰颜色、燃烧产物均有所不同；3. 本实验通过观察碳、硅、硼的燃烧现象，了解了它们的基本性质。

碳硅硼实验报告实验目的通过碳硅硼实验，探索碳、硅、硼元素在化学实验中的性质和用途。

实验材料1.碳元素样本2.硅元素样本3.硼元素样本4.化学实验器材：试管、试剂瓶等5.实验平台和工具实验步骤1.准备工作–检查所需材料和器材的完整性和可用性。

–穿戴实验室所需的安全防护用品，如实验室服、手套和护目镜。

2.实验准备–将碳元素样本放置在试管中，并加热。

–观察并记录碳元素在加热过程中的变化。

3.实验观察–观察碳元素在加热过程中的变化，如颜色、形态等。

–记录观察结果并进行分析。

4.实验准备–将硅元素样本放置在试管中，并加入酸性溶液。

–观察并记录硅元素在酸性溶液中的反应。

5.实验观察–观察硅元素在酸性溶液中的反应情况，如气体产生、颜色变化等。

–记录观察结果并进行分析。

6.实验准备–将硼元素样本放置在试管中，并加入氧化剂。

–观察并记录硼元素在氧化剂中的反应。

7.实验观察–观察硼元素在氧化剂中的反应情况，如火焰颜色、气体产生等。

–记录观察结果并进行分析。

实验结果与分析碳元素实验结果与分析在加热过程中，碳元素发生燃烧反应，产生火焰和黑色烟雾。

这是因为碳在高温下与氧气反应，生成二氧化碳。

由于燃烧反应需要足够的氧气供应，所以需加热较长时间碳样本才能完全燃烧。

硅元素实验结果与分析硅元素与酸性溶液反应生成硅酸，同时会释放出气体，通常是二氧化硅气体。

酸性溶液的反应可以用来检测硅的存在，并用于工业和实验室中的硅分析。

硼元素实验结果与分析在氧化剂的作用下，硼元素会生成独特的绿色火焰。

这种火焰颜色可以用来检测硼的存在，并在实验室中用于硼的定性和定量分析。

结论通过碳硅硼实验，我们发现了碳、硅、硼元素在化学实验中的性质和用途。

碳元素在加热时会发生燃烧反应，硅元素与酸性溶液反应生成硅酸，硼元素在氧化剂的作用下会生成独特的绿色火焰。

注意事项1.在实验过程中要严格遵守实验室安全规定，做好安全防护措施。

2.实验结束后要对实验器材进行清洁，并按照相关规定进行废弃物处理。

碳硅硼的实验报告
《碳硅硼实验报告》
实验目的：通过实验观察碳、硅和硼在不同条件下的性质和反应，探究它们在
化学反应中的作用。

实验材料：碳粉、硅粉、硼粉、试管、酒精灯、试管夹、试管架、磁力搅拌器、酒精灯、试管架、试管夹、试管刷、滤纸、蒸馏水。

实验步骤：
1. 将碳粉、硅粉和硼粉分别放入不同的试管中。

2. 在每个试管中加入少量蒸馏水，并用试管架夹住试管。

3. 将试管放置在酒精灯上加热，观察试管中物质的变化。

4. 用磁力搅拌器搅拌试管中的物质，观察其反应情况。

实验结果：
1. 碳粉在加热后产生气体，放置在试管口会发生明亮的火花，表明碳粉具有易
燃性。

2. 硅粉在加热后没有明显变化，但在加热后与氧气反应会产生硅酸盐。

3. 硼粉在加热后产生明亮的火花，表明硼粉也具有易燃性。

实验结论：
1. 碳在加热条件下具有易燃性，可与氧气反应产生二氧化碳。

2. 硅在加热条件下与氧气反应产生硅酸盐，具有一定的化学活性。

3. 硼在加热条件下也具有易燃性，产生明亮的火花。

通过本次实验，我们对碳、硅和硼在不同条件下的性质和反应有了更深入的了解，这对我们进一步研究它们在化学反应中的作用具有重要意义。

希望通过不
断的实验探究，我们能够更好地理解和应用这些化学元素。

碳硅硼14-1 通性一、碳、硅、硼的基本性质碳、硅、硼的基本性质性质碳硅硼元素符号原子序数原子量价电子构型常见氧化态共价半径/pm离子半径/pm M 4+M 3+第一电离能/(kJ/mol) 第一电子亲合能/(kJ/mol) 电负性(Pauling 标度)C612.012s22p 2+2 ，+477151086.5121.92.5Si1428.093s23p20 ，+411741786.6133.61.8B510.812s22p 10 ，+320800.726.732.0二、电子构型和成键特征碳在元素周期表中位于非金属性最强的卤素元素和金属性最强的碱金属之间。

它的价电子层结构为2s 2 2p2，在化学反应中它既不容易失去电子，也不容易得到电子，难以形成离子键，而是形成特有的共价键，它的最高共价数显然为 4 。

碳原子以sp 3 杂化，可以生成 4 个δ键，形成正四面体构型。

例如金刚石、甲烷CH4等；碳原子以sp 2 杂化，生成 3 个δ键， 1 个π键，平面三角形构型。

例如石墨、C2H4等；碳原子以sp 杂化，生成 2 个δ键、2 个π键，直线形构型。

例如CO 2、HCN 、C2H2等；碳原子以sp 杂化，生成 1 个δ键， 1 个π键，1 个配位π键和 1 对孤对电子对，直线型构型。

例如CO 。

碳原子不仅仅可以形成单键、双键和叁键，碳原子之间还可以形成长长的直链、环形链、支链等等。

纵横交错，变幻无穷，再配合上氢、氧、硫、磷、和金属原子，就构成了种类繁多的碳化合物。

硅通常以sp3杂化，生成4 个δ键，但由于其原子半径较大，不易形成π键，但可用3d 价轨道，以sp3d2 杂化形成配位数为 6 的δ键，如SiF62- 。

或与PO43-类似形成d-p π键，如SiO42-。

B 原子的价电子结构是2s22p1 ，它能提供成键的电子是2s 1 2p x1 2p y1，还有一个P 轨道是空的。

B 原子的价电子数少于价层轨道数，在成键时，价电子未被充满，所以 B 原子是缺电子原子，容易形成多中心键。

碳硅硼实验报告引言最近，我们进行了一项关于碳硅硼的实验，在本实验中，我们研究了这三种元素在不同条件下的特性和应用。

以下是实验的过程、结果和相关讨论。

实验目的本实验的目的是比较碳、硅和硼在不同环境中的性质和反应，以深入理解它们的化学行为和可能的应用。

我们将通过分析实例来评估它们在生活和工业中的潜力。

实验步骤和结果1. 实验一：燃烧测试我们使用一小块纯碳、硅和硼制成的样本进行了燃烧测试。

结果显示，碳燃烧形成CO2气体，硅燃烧生成SiO2气体，而硼燃烧则形成B2O3气体。

这些结果反映了它们不同的化学性质和氧化能力。

2. 实验二：溶解性测试我们将碳、硅和硼分别加入酸性溶液中，并观察它们的溶解情况。

结果显示，碳在酸性环境中不溶解，而硅和硼却与酸反应产生相应的化合物。

这表明碳与硅、硼的化学性质有所不同，也证实了硅和硼的应用潜力。

3. 实验三：导电性测试我们使用实验仪器测试了碳、硅和硼的导电性。

结果显示，碳是一个良好的导体，可以传导电流。

而硅和硼则具有较差的导电性，表明它们更适合作为绝缘材料使用。

这揭示了碳和硅、硼在电子学领域的不同应用。

讨论和应用根据实验结果，我们可以得出以下结论和应用建议：1. 碳的化学性质稳定，能够燃烧并生成二氧化碳。

它是生物体的基本组成部分之一，也用于制作材料和燃料。

2. 硅具有良好的耐热性和耐腐蚀性。

它在电子行业中被广泛应用于制造半导体和太阳能电池板。

3. 硼具有很高的硬度，可以广泛用于制造陶瓷材料、金属合金和防护材料。

总结通过这项实验，我们深入了解了碳、硅和硼在不同条件下的化学行为和应用潜力。

这些元素在生活和工业中扮演着重要角色，并且有望在未来的研究和应用中继续发挥重要作用。

进一步的实验和研究将有助于揭示碳硅硼的更多特性和用途，为科学发展提供更多的可能性。

参考资料：- “Introduction to Carbon,” Royal Society of Chemistry.- “Silicon,” Jefferson Lab.- “Boron,” University of Waterloo.。

第14章 碳、硅、硼14.1. 对比等电子体CO 与N 2的分子结构及主要物理、化学性质。

解：CO 和N 2是等电子体（14e ），分子轨道能级图相似，分子中都有三重键：∶N ≡N ∶、C O δ＋δ－∶∶，键能相近。

一般条件下，两种物质都是气体，很少溶于水；熔、沸点，临界压力，临界温度等一些物理性质也相似。

但CO 和N 2分子中三重键特点并不完全相同，N 2分子中负电荷分布是对称的，而CO 却是不对称的。

C 原子略带负电荷，再加上C 的电负性比N 小，因此CO 比N 2较易给出电子对向过渡金属原子（离子）配位，除形成σ―配键外，还有π―反馈键形成，故生成的配合物较稳定。

而N 2的配位能力远不如CO ，分子氮配合物远不如羰基化合物稳定。

所以CO 的键能虽比N 2略大，但化学性质却比N 2要活泼，不象N 2那样“惰性”。

14.2 概述CO 的实验室制法及收集方法，写出CO 与下列物质起反应的方程式并注明反应的条件：（1）Ni ；（2）CuCl ；（3）NaOH ；（4）H 2 ；（5）PdCl 2 解：CO 的实验室制法：HCOOH浓H 2SO 42O用排水集气法收集。

（1）Ni + 4CO100 -250atm 423 -493KNi(CO)4（2）（3）CO + NaOH HCOONa1.01×103kPa473K（4）CO + 3H 2CH 4 + H 2O Fe 、Co 、Ni523K,101kPa（5） CO + PdCl 2 + H 2O === Pd ↓ + CO 2 + 2HCl14.3. 某实验室备有CCl 4、干冰和泡沫灭火器（内为Al 2(SO 4)3和NaHCO 3），还有水源和砂。

若有下列失火情况，各宜用哪种方法灭火并说明理由： （1）金属镁着火； （2）金属钠着火；（3）黄磷着火； （4）油着火； （5）木器着火。

解：14.4. 标准状况时，CO 2的溶解度为170 mL / 100g 水：（1）计算在此条件下，溶液中H 2CO 3的实际浓度。