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第14章碳族元素(碳硅锗锡铅) 碳 1. 甲酸分解:HCOOH浓H2SO4CO↑+H2O2. 碳酸根与铁离子:3CO32-+2Fe3++3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑3. 二氧化碳与氨气:CO2+H2O+NH3=NH4HCO34. 2CO2+[Sn(OH)6]2-=Sn(OH)4↓+2HCO3-5. 碳与氧化铅:C+PbO=Pb+CO↑6. 一氧化碳与氧化铅:CO+PbO=Pb+CO2↑7. 草酸分解:H2C2O浓硫酸△CO2↑+CO↑+H2O8. 碳酸钙与盐酸:CaCO3+2HCl=2CaCl2+H2O+CO2↑9. 一氧化碳与氯化亚铜:CO+CuCl+2H2O=Cu(CO)Cl·2H2O10. CO2+K2CO3+H2O=2KHCO311. 碳酸氢钾分解:2KHCO3= CO2↑+K2CO3+H2O12. 碳酸钾与二氧化硫:K2CO3+SO2=K2SO3+CO2↑13. 碳酸钾与硫化氢:K2CO3+H2S=K2S+H2O+CO2↑14. 碳酸钠与盐酸:Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑15. 二氧化碳与氢氧化钙:CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O16. CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)217. 碳与氧气:2C+O2=2CO18. 碳与氧气:C+O2=CO219. 一氧化碳与氧气:2CO+O2=2CO220. 碳与氧化锰:C+MnO=Mn+CO21. 一氧化碳与氧化锰:CO+MnO=Mn+CO222. 碳与氧化锌:C+ZnO高温Zn+CO23. 碳与水:C+H2O红热CO+H224. CO+PdCl2+H2O=CO2+2HCl+Pd↓25. CO+CuCl+2H2OH+Cu(CO)Cl·2H2O26. 一氧化碳与铁:5CO+Fe高温[Fe(CO)5]27. 碳酸钙分解:CaCO煅烧CaO+CO2↑28. 2CO32-+H2O+2Mg2+=Mg2(OH)2CO3↓+CO2↑29. HCO32-+Mg2+=MgCO3↓+H+30. 2C+SiO2+2Cl2△SiCl4+2CO31. 3C+3Cl2+B2O3△2BCl3+3CO32. 碳酸钠与二氧化硅:Na2CO3+SiO共融Na2SiO3+CO2↑33. 甲烷分解:CH41000℃C+2H234. 甲烷分解1500℃:2CH41500℃C2H2+3H2硅 1. 硅酸根与铵根:SiO32-+2NH4+=H2SiO3↓+2NH32. 二氧化硅与碳酸钠:SiO2+NaCO3共融Na2SiO3+CO2↑3. 二氧化硅与氟化氢:SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O4. 甲硅烷分解:SiH4500℃Si+2H2↑5. SiCl4+LiAlH4乙醚SiH4↑+LiCl+AlCl36. SiF4+4H2O=H4SiO4↓+4HFSiF4+2HF=2H++[SiF6]2-7. 甲硅烷自燃:SiH4+2O2自燃SiO2+2H2O8. 四氯化硅与锌:SiCl4+2Zn=Si+2ZnCl29. 硅与氟气:Si+2F2=SiF410. 硅与氢氧根:Si+4OH-=SiO44-+2H2↑11. 3Si+18HF(aq)+4HNO3(浓)=3H2[SiF6]+4NO↑+8H2O12. 二氧化硅与碳:SiO2+2C1800℃Si+2CO↑13. 硅与氯气:Si+2Cl2△SiCl414. 硅与盐酸:Si+3HCl△SiHCl3+H215. SiCl4+2Zn△Si+2ZnCl216. 四氯化硅与氢气:SiCl4+2H2>1100℃Si+4HCl17. SiHCl3+H21100℃Si+3HCl18. 二氧化硅与氟化氢:SiO2+4HF(aq)=SiF4↑+2H2O19. SiO2+6HF(aq)=H2SiF6+2H2O20. 二氧化硅与氢氧根:SiO2+2OH-△SiO32-+H2O21. SiO44-+4H+=H4SiO4↓22. 二氧化硅与镁:SiO2+4Mg高温Mg2Si+2MgO23. 硅化镁与盐酸:Mg2Si+4HCl(aq)=SiH4↑+2MgCl224. 甲硅烷分解:SiH4500℃Si+2H225. SiH4+2O2自燃SiO2+2H2O26. 甲硅烷水解:SiH4+(n+2)H2O=SiO2·nH2O↓+4H227. SiH4+2KMnO4(aq)=2MnO2↓+K2SiO3+H2O+H228. 四氯化硅与水:SiCl4+4H2O=H4SiO4↓+4HCl↑29. SiO2+2C+2Cl2△SiCl4+2CO30. SiF4+4H2O=H4SiO4↓+4HFSiF4+2HF=2H++[SiF6]2-锗 1. 锗与浓硝酸:Ge+4HNO3(浓)=GeO2·H2O↓+4NO2↑+H2O2. 锗与氢气:Ge+2H2700~800℃GeH43. 二硫化锗与硫化钠:GeS2+Na2S(aq)=Na2GeS34. 锗与氢气:Ge+2H高温GeH4锡 1. 锡与浓硝酸:Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3(β)↓+4NO2↑+H2O2. 锡与浓盐酸:Sn+2HCl(浓) △SnCl2+H2↑3. 3SnS2+6NaOH(aq)=Na2SnO3+2Na2SnS3+3H2O4. 3[Sn(OH)3]-+2Bi3++9OH-=3[Sn(OH)6]2-+2Bi↓5. 锡与氢氧根:Sn+2OH-+2H2O=[Sn(OH)4]2-+H2↑6. SnCl2+2HgCl2=SnCl4+Hg2Cl27. [Sn(OH)6]2-+2CO2=Sn(OH)4↓+2HCO3-8. 锡与氯气:Sn+2Cl2(g)=SnCl4(l)9. 四氯化锡与硫化钠:SnCl4+2Na2S=SnS2↓+4NaCl10. SnCl2+Na2S=SnS↓+2NaCl11. SnCl2+4NaOH=Na2[Sn(OH)4]+2NaCl12. 3[Sn(OH)4]2-+2Bi3++6OH-=2Bi↓+3[Sn(OH)6]2-13. Sn(OH)Cl+HCl=SnCl2+H2O14. 2Sn2++O2+4H+=2Sn4++2H2O15. Sn4++Sn=2Sn2+16. Na2SnS3+2HCl=SnS2↓+H2S↑+2NaCl17. 3Sn+8HNO3(极稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2O铅 1. 铅与浓硝酸:Pb+4HNO3(浓)=Pb(NO3)2+2NO2↑+2H2O2. 二氧化铅与盐酸:PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2↑+2H2O3. 5PbO2+2Mn2++4H+微热5Pb2++2MnO4-+2H2O4. PbCrO4+4NaOH=Na2[Pb(OH)4]+Na2CrO45. 硫化铅与氧气:2PbS+3O2=2PbO+2SO26. 氧化铅与氢氧化钠:PbO+2NaOH=Na2PbO2+H2O7. Na2PbO2+NaClO+H2O=PbO2+NaCl+2NaOH8. 氧化铅与碳:PbO+C=Pb+CO↑9. 氧化铅与一氧化碳:PbO+CO=Pb+CO2↑10. 铅与浓硫酸:Pb+3H2SO4(浓)=Pb(HSO4)2+SO2↑+2H2O11.. 铅与浓盐酸:Pb+3HCl(浓)=H[PbCl3]+H2↑12. 铅与硝酸:3Pb+8HNO3=3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O13. Pb2++CrO42-=PbCrO4↓14. 2PbCrO4+2H+=2Pb2++Cr2O72-+H2O15. PbCrO4+3OH-=CrO42-+[Pb(OH)3]-16. 铅与稀盐酸:Pb+2HCl(aq)=PbCl2+H2↑17. 铅与氢氧根:Pb+OH-+2H2O=[Pb(OH)3]-+H2↑18. 硫化铅与氧气:2PbS+3O焙烧2PbO+2SO219. 二氯化铅与氯离子:PbCl2+2Cl-=[PbCl4]2-打印下来更方便记忆！。
第十四章 碳族元素Chapter 14 The Carbon Family ElementsCarbon (C) Silicon (Si) Germanium (Ge) Stannum (Sn) Plumbum (Pb)§14-1 碳及其化合物 Carbon and its Compounds一、General Properties1．根据σ键的数目，碳可采取sp 、sp 2、sp 3杂化，其最大配位数为42．由于碳—碳单键的键能特别大，所以C －C 键非常稳定,具有形成均键(homochains)的倾向C －C N －N O －O F －F E (kJ·mol -1) 374 250 210 159 实 例H 3C －CH 3H 2N －NH 2HO －OH从碳到氮的单键键能的突减，是由于N 2分子中氮原子之间非键电子对排斥的缘故。
二、The Simple Substance1．在第二周期中，氟、氧和氮都以双原子分子存在：F 2、O 2和N 2；而碳存在多聚物，其理由为：O 2和N 2的多重键要比σ单键（均键）强得多如： ,E (kJ·mol -1) 494 ＞ 210 + 210 , 946 ＞ 250 + 250而：E (kJ·mol -1) 627 ＜ 374 + 374即C 2分子中的多重键比均链中的两个σ单键之和小，所以碳往往形成多原子均键，虽然在星际空间存在有C 2(g)分子。
2．Allotropes: diamond 、graphite 、fullerene (C 60、C 70)、carbin (carbon fibers) (1) 熵 S carbin ＞S graphite ＞S diamond(2) d C-C (nm): diamond ＞ graphite ＞ benzene ＞ ethylene ＞ carbin ＞ acethylene (3) C graphite → C diamond ∆r H m ＞0，∆r S m ＜0根据平衡，需要高压Pa 100.1106109⨯-⨯，(because of the insignificantreduction of volume)，升高温度不利于平衡的移动，但为了达到该过程可以接受的速率，反应温度大约在2000℃，近来已发明一种低压生产金刚石的方法：把金刚石晶种（seed ）放在气态碳氢化合物（甲烷methane ，ethane ）中，温度升高到1000℃，可以得到金刚石粉末或者crystal whiskers(4) C 60由12个正五边形和20个正六边形组成，每个碳原子以sp 3、sp 2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连，使∠CCC 小于120︒而大于109︒28'，形成曲面，剩余的p 轨道在C 60球壳的外围和内腔形成球面π键，从而具有芳香性。
碳族元素教学目标知识技能：掌握碳元素原子结构特点：能推断出碳族元素单质及化合物性质的变化规律；加深对典型碳元素单质及其化合物的化学性质的理解。
能力培养：比较碳族元素与卤素、氧族元素、氮族元素性质的相似性和递变性以及对碳及其合物化学性质讨论，培养学生抽象概括形成规律性认识的能力。
通过实验培养学生观察能力、思维能力。
使学生掌握非金属元素单质及其化合物性质的学习方法。
科学思想：通过对弱酸的酸式盐化学性质的讨论，对学生进行辩证唯物主义教育。
科学品质：组织讨论，激发学生求知欲，体验学习乐趣。
科学方法：观察、实验和科学抽象。
重点、难点重点：碳族元素性质的递变规律。
碳及其化合物的化学性质。
难点：碳酸的酸式盐与强酸和强碱的反应。
附1：碳金刚石：首饰、切割工具。
石墨：铅笔芯、润滑剂、电极。
化合物：甲烷、酒精、醋酸、汽油、碳素纤维硅硅单质：微电子技术：微型计算机、微处理机。
太阳能电池：性能稳定、效率高、体积小、重量轻（美国太空实验室装有4块太阳能电池帆板，功率12KW。
）二氧化硅：光导纤维之父——高锟（华裔），1964年8月提出用玻璃纤维代替金属导线。
硅酸盐：各种陶瓷，坚硬：刀具、轴承。
耐热：制汽车轮机、发动机的涡轮。
化学性质稳定：制人工牙齿、骨骼。
有机硅化物；硅油，极好的流动性和粘度受温度变化影响小，是高温或高寒环境的良好的润滑剂。
其无毒、无味，糕点模子抹一次硅油可连续使用1000次。
弹性硅胶：重建关节、耳朵、鼻子、乳房。
附4：随堂检测答案1．SiH4 2.HNO3 H3PO4 H3CO3 H2SiO3 3.1:3北京市第80中学吴卫东。
第十四章 碳族元素Chapter 14 The Carbon Family ElementsCarbon (C) Silicon (Si) Germanium (Ge) Stannum (Sn) Plumbum (Pb)§14-1 碳及其化合物 Carbon and its Compounds一、General Properties1．根据σ键的数目，碳可采取sp 、sp 2、sp 3杂化，其最大配位数为42．由于碳—碳单键的键能特别大，所以C －C 键非常稳定,具有形成均键(homochains)的倾向C －C N －N O －O F －F E (kJ·mol -1) 374 250 210 159 实 例H 3C －CH 3H 2N －NH 2HO －OH从碳到氮的单键键能的突减，是由于N 2分子中氮原子之间非键电子对排斥的缘故。
二、The Simple Substance1．在第二周期中，氟、氧和氮都以双原子分子存在：F 2、O 2和N 2；而碳存在多聚物，其理由为：O 2和N 2的多重键要比σ单键（均键）强得多如： ,E (kJ·mol -1) 494 ＞ 210 + 210 , 946 ＞ 250 + 250而：E (kJ·mol -1) 627 ＜ 374 + 374即C 2分子中的多重键比均链中的两个σ单键之和小，所以碳往往形成多原子均键，虽然在星际空间存在有C 2(g)分子。
2．Allotropes: diamond 、graphite 、fullerene (C 60、C 70)、carbin (carbon fibers) (1) 熵 S carbin ＞S graphite ＞S diamond(2) d C-C (nm): diamond ＞ graphite ＞ benzene ＞ ethylene ＞ carbin ＞ acethylene (3) C graphite → C diamond ∆r H m ＞0，∆r S m ＜0根据平衡，需要高压Pa 100.1106109⨯-⨯，(because of the insignificantreduction of volume)，升高温度不利于平衡的移动，但为了达到该过程可以接受的速率，反应温度大约在2000℃，近来已发明一种低压生产金刚石的方法：把金刚石晶种（seed ）放在气态碳氢化合物（甲烷methane ，ethane ）中，温度升高到1000℃，可以得到金刚石粉末或者crystal whiskers(4) C 60由12个正五边形和20个正六边形组成，每个碳原子以sp 3、sp 2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连，使∠CCC 小于120︒而大于109︒28'，形成曲面，剩余的p 轨道在C 60球壳的外围和内腔形成球面π键，从而具有芳香性。
O O N N N N N C C C C C O O O欧拉方程：面数(F) + 顶点数(V) = 棱数(E) + 2a．structure：根据欧拉定理，通过12个正五边形和数个正六边形的连接可以形成封闭的多面体结构：C60为第一个五边形间互不相邻的封闭笼状结构，C70为第二个五边形间互不相邻的封闭笼状结构，两个五边形相邻的最小碳笼为C50，三个五边形相邻的最小碳笼为C28，不存在六边形的最小碳笼为C20。
b．properties：科学家认为C60将是21世纪的重要材料(i) C60分子具有球形的芳香性，可以合成C60F n，作为超级润滑剂。
(ii) 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，T c = 18K，Rb3C60T c = 29K，它们是三维超导体。
(iii) 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。
三、The Compounds1．[ - 4 ]O.S. covalent CH4, ionic-covalent Al4C3, metallic MC、M2C、M3C 水解性（或与水反应）：Al4C3 + 12H2O4Al(OH)3 + 3CH4↑CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2↑20% HfC和80%TaC合金是已知物质中熔点最高的（m.p. = 4400℃）2．[ + 4 ]O.S.(1) CHal4a．preparation：CS2 + 2Cl2CCl4 + S2Cl2b．properties：hydrolysis CHal4 + 2H2O(g)CO2(g) + 4HHal(g)从热力学上看是可行的：CF4（∆r G m = -150kJ·mol-1），CCl4（∆r G m = -250kJ·mol-1）它们之所以不能水解是由于在通常条件下缺乏动力学因素，碳的配位数已饱和，不能与水分子结合。
从CF4→CI4随着键长的增大,键的强度减弱，稳定性减弱，活泼性增强(2) COHal2（卤氧化碳，也称为碳酰卤 carbonyl halides）：所有的COHal2比CHal4的化学性质活泼，特别是它们易水解：COCl2 + H2O CO2 + 2HCl 它们都有极性，都是平面三角形。
COCl2 (光气 phosgene) 是剧毒的光气的制备：CO + Cl2COCl2(3) CS2（carbon disulfide）a．preparation(i) C + 2S900℃CS2CS2 + 2H2S(ii) 4S(g) + CH4(g)600℃Al2O3或硅胶b．propertiesCS2是易挥发、易燃的无色的有机溶剂明显水解：CS2 + 2H2O CO2 + 2H2S与碱性硫化物反应：Na2S + CS2Na2CS3(4) -23CO 、-23CS 、-22CNa ．structure ：642 ] [∏- 642 ] [∏- [N ＝C ＝N]2-2个43∏sp 2杂化 sp 2杂化 sp 杂化 b ．properties(i) 碳酸盐：正盐中除碱金属（不包括Li +）、铵及Tl + 盐外，都难溶于水，许多金属的酸式盐的溶解度大于正盐，但3NaHCO S ＜32CO Na S 。
解释：这是由于在NaHCO 3溶液中-3HCO 从氢键相连成二聚离子，降低了它们的溶解度： --−→−23] [HCO 2热稳定性：H 2CO 3＜MHCO 3＜M 2CO 2 (ii) 硫代碳酸盐（thiocarbonate ）22CS S K +32H 32CS H CS K −→−+H 2CS 3是高折射率油状物，易分解成H 2S 和CS 2H 2CS 3的水溶液为弱酸，在水中缓慢分解： H 2CS 3 + 3H 2OH 2CO 3 + 3H 2S(iii) 氨基腈化物（cyanamide ）-22CN （氮代碳酸盐)CaC 2 + N 2～1100℃CaCN 2 + CH 2CN 2（Hydrogen dinitride carbonate ）是无色晶体，易溶于水、alcohol 和ether ，显示弱酸性，在有机溶剂中可能存在互变异构（tautomerism ）平衡：H N C N HHN HC NH 2CN 2在水中缓慢分解：H 2CN 2 + 3H 2O H 2CO 3 + 2NH 3 CaCN 2 + 3H 2OCaCO 3 + 2NH 322223l 3H CN ()(H CN )−−−→聚合3．[ +2 ]O.S. HCOOH浓H 2SO 4CO + H 2OCO （carbon monoxide ）结构式：CO ，使μ减小 μ = 0.112D CO + PdCl 2 + H 2O Pd + CO 2 + 2HCl+23)Cu(NH 可以吸收CO ，所以CO 比N 2活泼O C OC O HOOCNCN CN NH 2NH 2H 2N§14-2 硅及其化合物 Silicon and its Compounds一、General Properties1．由于Si 的原子半径大、电离能低、电子亲合能和极化率高，因此Si 在化学性质上与碳有许多不同之处。
例如Si 和Si 之间基本上不形成p π－p π键，换言之，Si 的sp 或sp 2杂化不稳定。
2．由于Si 原子的价轨道存在3d 空轨道，所以Si 原子的最大配位数可以达到6，可以形成d －p π键，例如N(SiH 3)3中N 原子采取sp 2杂化，分子为平面三角形。
这是由于N 原子上的孤对电子对占有Si 原子的3d 空轨道，形成d －p π键所致。
显然N(CH 3)3与N(SiH 3)3的碱性也不同，前者的Lewis 碱性大于后者。
3．Si 在自然界中占第二位，仅次于氧。
About half the earth’s crust consists of silica (SiO 2)and silicate, aluminosilicate rocks.二、The Simple Substance1．Properties(1) 在通常情况下，硅非常惰性，但加热时与许多非金属单质化合，还能与某些金属反应⎪⎩⎪⎨⎧−−−−−→−−−−−−→−⎪⎭⎪⎬⎫−−−−−←−−−−−←︒︒︒︒2O C 6004Cl C 400N C 100043C C 2000SiO SiCl Si N Si SiC 322 2Mg + Si Mg 2Si(2) 硅遇到氧化性的酸发生钝化性(passivation),它可溶于HF －HNO 3的混合酸中3Si + 4HNO 3 + 18HF3H 2SiF 6 + 4NO + 8H 2O硅与氢氟酸反应：Si + 4HFSiF 4 + 2H 2，SiF 4 + 2HFH 2SiF 6(3) 硅溶于碱并放出H 2：Si + 2KOH + H 2O K 2SiO 3 + 2H 2↑ (4) 硅在高温下与水蒸气反应：Si + 2H 2O(g) H 2SiO 3 + 2H 22．Preparation: (1) SiCl 4 + 2ZnSi + 2ZnCl 2(2)SiO 2和C 混合，在电炉中加热：SiO 2(s) + 2C(s) 电炉Si(s) + 2CO(g)↑(3) SiO 2 + CaC 2Si + Ca + 2CO(4) 硅烷的分解：SiH4Si + 2H 2用作半导体用的超纯硅（super pure silicon ），需用区域熔融（zone melting ）的方法提纯。
三、The Compounds1．[ - 4 ] O.S. 硅化物（silicides ）(1) IA 、IIA 族硅化物：Ca 2Si 、CaSi 、CaSi 2不稳定，与水反应(2) 副族元素硅化物：Mo 3Si 、Mo 5Si 3、MoSi 、MoSi 2（2050℃）高熔、沸点，不溶于HF 和王水，仅溶于HF －HNO 3混合液或者在碱液中WSi 2（2165℃），Ti 5Si 3（2120℃），V 5Si 3（2150℃），f 元素的硅化物在反应堆中吸收中子。
