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碳族元素ppt

碳族元素ppt

☞碳的同素异形体
金刚石晶莹美丽，光彩夺目，是自然界最硬 金刚石 的矿石。在所有物质中，它的硬度最大。在
所有单质中，它的熔点最高，达3823K。
石墨
石墨很软，具有润滑性，导电导热，密度比金 刚石小，熔点比金刚石仅低50K，为773K。
碳-60
1996年10月7日，瑞典皇家科学院决定把1996年
诺贝尔化学奖授予Robert Fcurl.Jr (美国)、
高，可做火箭的燃料。精选可编辑ppt
9
2-2 无定形碳和碳的化学性质
☞无定形碳的种类
木炭 活性炭
焦炭 炭黑
骨炭
常温下碳的化学性质是不活泼的，在高温下，它既可以与 氧反应作为能源提供热量，又可以作为还原剂用于冶炼金 属矿物。所以有关于碳的反应都是高温反应
Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO
CuO + C = Cu + CO
精选可编辑ppt
2
第一节 碳族元素的通性
碳C 单质: 石墨, 金刚石, C60, C70 无机化合物: CO2, 白云石MgCa(CO3)2 , 石灰石、大理石、方解石 CaCO3 。 有机化合物: 动植物体, 煤, 石油, 天然气 13 位
硅Si 以Si－O－Si键存在: 水晶、石英SiO2 , 其它硅酸盐矿物 第 2 位
☞与非金属反应
CO＋2H2
Cr2O3·ZnO，623－673K
====================
CH3OH
Fe,Co或Ni 523K, 101KPa
CO＋3H2 ================= CH4＋H2O
活性碳
CO＋Cl2 ====== CO精C选可l2编辑ppt

无机化学课件碳族元素

无机化学课件碳族元素

高温
SiO2 ＋ CaO
CaSiO3
高温
SiO2＋2C 高温 Si ＋ 2CO↑
SiO2 + CaCO3
CaSiO3 + CO2 ↑
二氧化硅与二氧化碳的比较
二氧化碳CO2 二氧化硅SiO2
物质分类
均属于酸性氧化物
与碱性氧化 物反应
CO2 ＋ CaO＝CaCO3
高温 CaO＋SiO2 CaSiO3
与碱反应 与水反应
(Cr 3+)
[Cr(OH)3 (s)]
3. 碳酸盐的热稳定性较差，它们的差别可用极化理 论解释(如碱土金属的碳酸盐)，金属离子极化力越大，
稳定性越差。稳定性的顺序为：
碳酸盐﹥酸式盐﹥碳酸
碳酸正盐与酸式盐的比较
正盐
酸式盐
水溶 性
热稳 定性
钾钠铵盐易溶于水、其它难溶
K2CO3、Na2CO3受热难分解 CaCO3、(NH4)2CO3受热易分解
通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示。主要用
于建筑材料，实验室常见的有分子筛与沸石（铝硅酸 盐）。见打★的阅读材料。
硅酸钠：Na2SiO3可以写成 Na2O ·SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4
Al2O3 ·2SiO22H2O
钙长石：CaAl2SiO6
CaO ·Al2O3 ·SiO2
特殊玻璃： 钢化玻璃、光学玻璃、 化学玻璃、有色玻璃、 变色玻璃、电加温玻璃、钾玻璃、 微晶玻璃、 石英玻璃
§13.2
碳族元素包括：
碳族元素----P555-582
碳C、硅Si、锗Ge、锡Sn、铅Pb
碳族元素的价层电子构型：
ⅣA —— ns2np2
本节要求：

高中化学竞赛 无机化学第3章碳族元素(共31页PPT)(共31张PPT)

高中化学竞赛 无机化学第3章碳族元素(共31页PPT)(共31张PPT)
• You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
•
钠、钾、铵等易溶盐碳酸氢盐溶解度小于 正盐因为氢键存在，形成二聚物或多聚物。
OH OC
O C
O 2-
O HO
O-
OO
O-
CH OO
CHC H
海 平 面
CO2为头号温室气体，在有温度记载的 130多年中，最热的年份有10个，其中9个是 在1980年后，过去百年间，全球年平均地表
水
气温（简称全球温度）上升0.3~0.6℃。
位
变
化
（
cm
）
1880 1900
1920
1940
1960
1980 年份
3. Mn+与可溶性碳酸盐的反应特点
1. Mn+电荷高,极易水解。如 Al3+,Fe3 +,Cr3+ 加入CO32-互 相促进,发生双水解反应。
Al2(SO4)3+Na2CO3+H2O = Al(OH)3+Na2SO4+CO2
2. Mn+可水解,其氢氧化物溶解度与碳酸盐差不多,生成 碱式盐沉淀。如Be2+,Mg2+,Cu2+。
2 Mg2+ +2 CO32- +H2O = Mg2(OH)2CO3+CO2 2 Be2+ +2 CO32- +H2O =Be2(OH)2CO3+CO2
PbCO3 ↓(白)
PbO2(棕黑) 强氧化剂 能氧化HCl,H2SO4,Mn2+ Pb3O4 红色 铅丹(23)2 + PbO2 + H2O

碳族元素 PPT课件

碳族元素 PPT课件

琢磨的金刚石为钻石
• 世界上最大的金刚石是库利南钻石 ，重3106克 拉，约合621克 ，切割成9块大钻石和96粒小钻 石，大的一颗取名非洲之星（也叫库利南一号）， 重530.2克拉，被加工成梨形镶在英国国王的令 牌上，第二大的叫库利南二号，重317克拉，镶 在英王王冠上）。
• 我国迄今为止发现的最大的金刚石重158.786克 拉，约重31.75克，这就是“常林钻石”。
价+4价稳定，Pb化合价+2价稳定.
稳定性:Pb2+ > Pb4+ 氧化性:Pb2+< Pb4+
PbO2+4HCl(浓) PbCl2+Cl2+2H2O
PbO2具有强氧化性
2、最高价氧化物通式为RO2对应水合物通 式为H2RO3[H4RO4或者R(OH)4].
3、氢化物通式为RH4
（二） 递变性:递变规律（从C 到Pb）
性
硅是半导体。
质
Si和Ge是典型的半导体
罗马帝国衰败
• 铅为有毒重金属元素，其症状为：胃疼， 头痛，颤抖，神经性烦躁，在最严重的情 况下，可能人事不省，直至死亡。科学家 发现：城市儿童血样即使铅的浓度保持可 接受水平，仍然明显影响到儿童智力发育 和表现行为异常。
议
一 议
小孩吃铅笔会引起慢 性中毒吗？
+4 +4 +4 +4 +4
CO2 SiO2 GeO2 SnO2 PbO2
H2 CO3 H2 SiO3 Ge(OH) 4 Sn(OH) 4 Pb(OH) 4 或H4SiO4
酸性减弱、碱性增强
氢化物的化学 式及稳定性强 弱
CH4 SiH稳4定性减弱

碳族元素PPT课件

碳族元素PPT课件

易后期的分离提纯。
缺点：单壁碳纳米管的纯度
较低、易粘结。
2020/1/6
有机气体催化裂解
催化裂解法是目前应用最 广、最易实现大规模生产的 一种制备方法。在此法中化 学气相沉积法应用最广。一 般采用铁、钴、镍及合金做 催化剂，粘土、硅酸盐、氧 化铝做载体，低碳烃如乙炔、 甲烷、丙烯等做碳源、氮气、 氢气、氨气等做稀释气在高 温的气流炉中进行，有时候 还采用等离子加强或微波辅 助的方法来保持碳原子的均 匀分布。
在所有物质中，它的硬度最大。物质硬度刻画法规定，以金刚 石硬度为10来度量其它物质的硬度。（Cr为9、Fe为4.5、Pb为 1.5、钠为0.4等）
金刚石对所有的化学试剂都显惰性，但在空气中加热到1100K
左右时能燃烧成CO2
2020/1/6
7
金刚石俗称钻石，除用 作装饰品外，主要用于 制造钻探用钻头和磨削 工具，重要现代工业原 料，价格十分昂贵。
1. 它的配位数仅限于4 2. 碳的成键能力最强 3. 原子间能形成多重键
目前全世界已经发现的化合物种类达400多万中，不含碳 的化合物不超过10万种
110多种元素，碳是地球上化合物种类最多的元素
2020/1/6
4
硅的丰度为27.7%，第二位
地壳中含量最多的元素氧和硅结合形成的二氧化硅SiO2，占地壳 总质量87%。硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界。
碳是组成生物界的主要元素，硅是构成地球上矿物界 的主要元素
锗是暗灰色、重而软金属，晶态锗也是重要半导体材料
锡是银白色金属，质软无毒，耐腐蚀，延展性好
锡有三种同素异形体——灰锡，白锡和脆锡；是金属型晶体 常温下，锡表面生成一层保护膜 低于－48℃时，白锡会转变成粉末状的灰锡

碳族元素化学课件PPT

碳族元素化学课件PPT

氢化物的稳定性
稳定性逐渐减弱
物理性质的递变
单质 颜色、状态
碳
金刚石：无色固体 石墨：灰黑色固体
硅 晶体硅：灰黑色固体
熔、沸点
高
锗 银灰色固体
锡 银白色固体
低
铅 蓝灰色固体
密度
小
大
石墨
金刚石
C60
12.伟大的力量存在于我们的内心。 86.生命很残酷，用悲伤让你了解什么叫幸福，用噪音教会你如何欣赏寂静，用弯路提醒你前方还有坦途。 89.驾驭命运的舵是奋斗。不抱有一丝幻想，不放弃一点机会，不停止一日努力。 51.老当益壮，宁移白首之心？穷且益坚，不坠青云之志。 74.上苍不会给你快乐也不会给你痛苦，它只会给你真实的生活。有人忍受不了生活的平淡而死去，却不知道生命本身就是奇迹！ 38.这个世界并不是公平的要学着去习惯它。 98.世上找不出两个完全相同的人。生得再平凡，也是限量版。 52.要不断提高自身的能力，才能益己及他。有能力办实事才不会毕竟空谈何益。故事的结束总是满载而归，就是金榜题名。——方海权 100.这个世界根本不存在“不会做”、“不能做”，只有“不想做”和“不敢做”，当你失去所有依靠的时候，你自然就什么都会了！ 6.命不能争，运可以造，弱者认命，强者抗命，能者求命，智者造命。 48.不畏过往，不惧将来。 91.任何为失败找借口的人虽然他的心灵上得到了安慰，但是他将永远的拥有失败。 16.三十岁之前努力犯错，拼命尝试，三十岁之后开始靠岸，学着靠谱。有些事年轻的时候不做，就真的没有机会再去做了。不要怕失败和跌倒了重新再来，只怕把一些期望一直埋在心里，最后 变成了内心时常叨扰的痛。
从上到下依次增大
思考：元素结构和位置上的异同点决
定了其化学性质上具备了哪些特点？

化学竞赛无机化学绝密完整 碳族元素ppt课件

（c）
T/K
33
当温度为 Ty 时，（c）（d）两线相交， 即该温度时两个反应的 rGm 相等。
△rGm /（kJ·mol－1） －200 －400
（a）
（d） （b）
－600
－800
（c）
1000
Ty 2000
精选ppt
T/K
34
两个反应（c） 和（d） 相减， 得到反应（e）
2 C（s）+ O2（g）—— 2 CO （g） （c）
正二十面体有多少条棱？
精选ppt
17
将 12 个顶角都截掉，截口处产 生 12 个正五边形。
精选ppt
18
原来 20 个正三角形的面都变 成了正六边形。
精选ppt
19
C60 的几何构型就是这种截角 正二十面体，共有
20 个正六边形，12 个正五边形
精选ppt
20
13. 1. 2 碳的还原性 冶金工业上，用碳还原氧化物 矿制备单质，如： SiO2 + 2 C —— Si + 2 CO （1）
精选ppt
7
13. 1 碳单质
13. 1. 1 同素异形体 碳主要有三种同素异形体 石墨、金刚石和碳簇
精选ppt
8
石墨
硬度小，熔点极高， 具有层状结构。
精选ppt
9
石墨中碳原子 sp2 杂化
每个碳原子与层内相邻的三个 碳原子成 键，形成分子平面。
精选ppt
10
各碳原子的 pz 轨道互相平行，均
（d）
△rGm /（kJ·mol－1）
（a）
－200 －400
（d） （b）
－600
－800
（c）

无机化学第十五章碳族元素

铅中毒对神经系统和肾脏等器官有害， 锡中毒可能导致肝脏损伤和皮肤炎症 等。
05
碳族元素的前景展望
新材料和新能源的发展
新材料
碳族元素如硅、锗等在新型材料领域具有广泛的应用前景， 如硅基太阳能电池、锗基半导体材料等。随着科技的发展， 碳族元素有望在新型材料领域发挥更大的作用。
新能源
碳族元素在新能源领域如燃料电池、锂电池等也有着重要的 应用，其性能和安全性不断提高，有助于推动新能源产业的 发展。
THANKS
感谢观看
碳族元素在工业中有许多应用，如硅 和锗用于半导体材料，锡用于制造合 金和焊料，铅用于电池和颜料等。
02
碳族元素的通性
碳族元素的原子结构
原子结构相似
碳族元素原子的最外层电子数均 为4，容易形成共价键。
电子构型相同
碳族元素的电子构型为ns²np²，其 中n为能级数。
价电子构型相似
碳族元素的价电子构型为(ns²)(np²)， 表现出相似的化学性质。
锗
较少见，主要存在于硫化物矿 中。
锡和铅
存在于地壳中的多种矿石和岩 石中。
碳族元素的主要用途
碳
用于制造各种有机化合物，如塑 料、合成纤维、染料等，也是钢
铁和其他金属的合金元素。
硅
用于制造半导体器件、集成电 路、太阳能电池等，也是建筑 和耐火材料的重要成分。
锗
用于制造电子器件、光纤通信 、红外光学仪器等。
碳族元素在环境保护中的作用
空气净化
碳族元素如硅和锗等可用于空气净化技术，通过吸附和催化作用去除空气中的有害物质，提高空气质 量。
水处理
碳族元素可用于水处理技术，如硅藻土和活性炭等，能够有效去除水中的杂质和有害物质，保障饮用 水安全。同时，碳族元素还可用于土壤修复和废物处理等领域，为环境保护做出贡献。

苏州大学《无机化学》碳族元素-PPT精选文档


过 量 的 O H
[ P b ( O H ) ] 3
PbCrO4 + HNO3 → Pb2+ + Cr2O72－+ NO3－
锡Sn2+盐的水解
亚锡很容易水解，配置溶液需在较浓的酸 中溶解，否则
S n + H O + C l 2
2 +
-
S n ( O H ) C l ( s ) + 2 H
+
NaBiO3 + Mn2+ + H+(硝酸) → Na+ + Bi3+ + MnO4-
2. 可溶性的碳酸盐作为沉淀剂与金属离子作用生 成难溶物质时，产物是正盐、碱式碳酸盐还是氢氧化
物， 要根据难溶物质的溶解度确定。
（或根据同类沉淀的溶度积常数Ksp来决定） 如：[Ca2+、Mg2+、Cr3+ 、Cu2+与CO3 2－ ] Mg 2+ + CO3 2－ + H2O → Mg(OH)2 (s) (Cr 3+) [Cr(OH)3 (s)]
玛
瑙
水 中 花 园
天然硅酸盐都难溶，结构复杂，但基本结构单元 都是四面体骨架SiO4
(a) [SiO4]4- (b) Si2O76- (c) Si4O128- (d) Si6O1812-
四、 锡铅的主要化合物-----P680-685
1. 亚锡Sn2+还原性和鉴定：
利用下列反应和现象来进行Sn2+、Hg2+的相互鉴定 Θ [S n (O H )6]2- + 2 e=- 0 .96 V [S n(O H )4]2- + 2O H- E
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直线形 直线形
C2H2、HCN CO
2019/8/9 4
一、碳族元素在自然界的分布 二、碳族元素的单质 三、氧化物 四、含氧酸及其盐 五、氢化物 六、卤化物和硫化物
2019/8/9 5
一、自然界的分布
C 单质状态：主要是金刚石和石墨。化合
物：煤、石油、天然气、动植物、
石灰石、白云石、CO2等。
Si靠Si-O键联结成各种链状、层状和立体
2019/8/9 15
Pb: 质软、密度大（11.35g·cm-3),纯铅在空气中不稳定 →Pb（OH）2或Pb2（OH）2CO3
C(石墨）→（金刚石）石理墨：转化为金刚石的机
△fGmθ/kJ·mol-1 0
ρ/g·cm-3
2.260
2.9 ⑴ 溶剂说：石墨先溶解 3.515 在溶剂（金属催化剂）
△fHmθ/kJ·mol-1

O
1.897 中成为单个碳原子，然 后在冷却时直接生成金
反应的特点？ 吸热、体积减小 刚石。
欲使反应正向进行，采取的措施？⑵ 固相转化说：石墨的
第十四章 碳族元素
§14-1 碳族元素的通性 §14-2 碳族元素的单质及其化合物 §14-3 无机化合物的水解性
2019/8/9 1
元素符号 C Si Ge Sn
Pb
价电层结构 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2
6s26p2
电负性
2.01 1.96(Ⅳ) 2.33 (Ⅳ) 2.25 1.90 (Ⅳ) 1.80(Ⅱ) 1.87 (Ⅱ)
2019/8/9 9
上图：纳米管在预先做 好阵列的硅晶片上催化 生长的结果。把Si晶片 置于一个充满乙烯容器 内,在特定的晶面上涂上 催化剂，加热后，高纯 的碳管以惊人的速度生 长，其速度可以达到每 小时500英里。
下图：分子内力(Intramolecular forces)使直径5-10 nm 的碳纳米 管彼此粘在一起，随着纳米管的 飞速生长，他们便会拉着邻居一 起长。 如果生长环境不理想，催 化剂过多或过少，这种粘着力就 使纳米管阵列长成出棱角、花饰、 线条和其它结构
2.冶金工业中碳的还原反应
-200 -400 -600 △Gθ 273
2CO+O2→2CO2（a)
C+O2→CO2（b)
2C+O2→2CO（c)
983 1273 （T/K）
2273
2019/8/9 12
△rGm°/ KJ·moL -1
2Hg+O2→HgO
0
2Ag+O2→Ag2O
-200 -400
4.本族元素单质易形成同素异形体。
2019/8/9 3
碳原子的成键特征
成键形式
sp3杂化 4个单键
价键结构
－C－
正四面体
化合物举例
金刚石、CH4 CCl4、C2H6
sp2杂化，2个单键， 一个双键
＞C＝
sp杂化，1个单键， 一个叁键
sp杂化,一个叁键,1 个孤电子对
－C≡ ∶C≡
平面三角形
石墨、COCl2 C2H4、C6H6
2019/8/9 10
密歇根大学 (University of Michigan) 机械 工程系研究员助 理教授 John Hart 采用SEM精 心拍摄了这片神 奇的碳纳米管森 林
Hart培植出了更复杂的结构，如图中的手 指状结构。这些或许可以用作传感器 (sensing probes)。
2019/8/9 11
制备：用纯石墨做电极，在 氦气氛中放电，电弧中产生 的碳烟沉积在水冷反应器内 壁，此碳烟中有C60、C70等碳 原子簇。
用途:超导体（嵌入碱金属）、 有机软铁磁体、光学材料、 功能高分子材料、生物活性 材料等。
2019/8/9 7
碳 纳 米 管
2019/8/9 8
在硅晶片表面或晶片被侵蚀的洞中垂直生长的纳米管。每一个茎状的结构都由 成千上万个纳米管构成。阵列下面的黑色影斑是催化剂。看上去枯萎了的阵列 是因为它们生长后被浸过液体，当浸体蒸发后，纳米管便枯萎了。
2C+O2 →2CO (c)
2Zn + O2 →ZnO 2CO+O2→2CO2
C + O2→CO2 Y
-600
2Mn+O2→2MnO (d)
-800 -1000
AI2O3
MP
b.p
2Mg+O2→2MgO
2Ca+O2→2CaO
-1200
273
1273
T/K
2273
2019/8/9 13
3.金刚石的人工合成
主氧化数 +4(+2) +4(+2) +4,+2 +4,+2 (+4)+2
晶体类型
原子晶体
金属晶体
2019/8/9 2
特点：
1.惰性电子对效应：C，Si +Ⅳ氧化态稳定，Pb 是+Ⅱ氧化态稳定。
2.C-C,C-H,C-O键能很高,奠定了有机化合物众 多的基础。
3.Si-Si键能低，所以硅链不会太长，硅化合物 比碳化合物少得多。 Si-O键能高，对应化合物多。
Ge：原子晶体，比Si活泼，能溶于氧化性酸得到Ge（Ⅳ）， 难溶于NaOH,不与空气中的O2、H2O,非氧化性酸作用。高 纯锗也是较好的半导体材料。
Sn：灰锡(α)←→白锡(β)←→脆锡(γ)
白锡:有延展性金属,<286K逐步转化为粉末状灰锡而自行 毁坏(锡疫).马口铁为镀锡薄铁.
Sn+2HCl(热、浓)=SnCl2+H2↑ 3Sn+8HNO3(冷、稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2O Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3(SnO2·H2O)↓+4NO2↑+H2O Sn+2OH-+2H2O= Sn(OH)42-+H2↑
状结构，构成各种岩石及其风化产
物-土壤和泥砂。
无定形碳
Ge、Sn、Pb主以硫化物形式存在。
锡石SnO2
方铅 矿
PbS
木炭 活性炭
吸附能力
炭黑：油漆、颜料
焦炭 ：冶金还原剂
2019/8/9 6
二、碳族元素的单质

f
H
m

0

f
G
m

0
C60结构：60个碳原子构成近 似于球形的32面体，即由12个 正五边形和20个正六边形组成。 每个碳原子以sp2杂化轨道与 相邻三个碳原子相连。剩余的 P轨道在C60的外围和腔内形成 大Π键。其形状酷似足球，故 称作足球烯(Fluorene)。
碳原子间的键不发生断
----高温、高压、催化剂。
裂，而是在催化剂的作
用下，按一定方向位移
直接转化为金刚石结构。
2019/8/9 14
4.硅、锗、锡、铅单质
Si:原子晶体，灰黑色，硬、脆，能刻划玻璃。低温下稳定， 只与强氧化剂和强碱作用，高温时可与许多物质反应。 高纯硅可作半导体材料。 * Si+2OH- +H2O=SiO32-+2H2↑