第15章碳族元素_无机化学

直线形 直线形
C2H2、HCN CO
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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
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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
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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
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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)
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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。

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：

Pb + 2 OH－
PbO22－ + H2
（4）与非金属的反应 与氧气作用：PbO，GeO2，SnO2 与卤素作用：PbCl2，GeCl4，SnCl4 与硫作用：PbS， GeS，GeS2， SnS，SnS2
15 - 2- 2 碳族元素的化合物
一、 碳的氧化物
1 一氧化碳
（1）实验室制备：
方法一：将甲酸滴加到热浓硫酸中，
1985 年，C60 的发现是人类对碳认识的新阶段，是科学上的重要发现。美国科学 家 Curl 和 Smalley 教授与英国科学家 Kroto 教授为此获得 1996 年诺贝尔化学奖。
2 碳单质的还原性
在冶金工业上，焦炭用来还原金属氧化物，如：
ZnO + C
Zn ( g ) + CO ( g )
SnO(蓝色) ；
SnO2(灰色)
PbO（黄色，又名密陀僧）； PbO2（棕黑色）
Pb2O3(橙色)，可看作：PbO·PbO2
Pb3O4(红色)，又名铅丹，可看作：2PbO·PbO2
Pb3O4 + 4 HNO3 Pb2+ + CrO42－
2 Pb(NO3)2 + PbO2 + 2 H2O PbCrO4 (黄↓， 鉴别 Pb2+ )
286 K
434 K
（粉末状）灰锡
白锡
脆锡
2 化学性质：
（1）与盐酸反应
Ge + HCl —— 不反应
Sn + 2 HCl (浓)
SnCl2 + H2
Sn 与冷的稀盐酸反应慢
Pb + 2 HCl
PbCl2↓ + H2
生成 PbCl2 覆盖反应物，反应会停止。

第15章碳族元素碳族元素§15-1 碳族元素的通性价电⼦层结构：ns2np2氧化态：C：从+4到-4，但原⼦间的键数在有机物中总是4，在⽆机物中多是4。

主要氧化数为+4，+2Si：主要氧化态为+4Ge：+4，+2Sn：+4，+2Pb：+4，+2Pb4+有较强的氧化性，Ge2+易歧化2Ge2++2H2O=Ge+GeO2+4H+元素电势图见P728§15-2 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⼆、碳族元素的单质1、碳的同素异形体2、冶⾦⼯业中的碳的还原反应2C+O2=2CO (a) Δr S m o>0, T↑, Δr G m o↓C+O 2=CO 2 (b) Δr S m o 略⼤于0,随 T ↑, Δr G m o 略有下降2CO+O 2=2CO 2 (c) Δr S m o <0,T ↑, Δr G m o ↑O yΔr S m o<0, T ↑,Δr G m o ↑由P734的⾦属氧化物被C 还原的吉布斯⾃由能-温度图，根据两线相交情况可判断C 还原⾦属氧化物的温度条件及C 的氧化产物为CO 或CO 23、⾦刚⽯的⼈⼯合成 Δr G m o /K J .m o l -1、硅、锗、锡、铅Si: 原⼦晶体；m.p.=1683K，灰⿊⾊，有⾦属外貌，脆、硬，半导体。

低温下不与⽔、空⽓及酸作⽤，但与强氧化剂及强碱作⽤。

Si+O2Δ SiO2Si+2X2Δ SiX4Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑Ge: 灰⽩⾊脆性⾦属，具有⾦刚⽯型结构，m.p.=1210K，半导体。

两性⾦属Ge+O2973K GeO2Ge+2Cl2400K GeCl4Ge+4HNO3+6HF=H2[GeF6]+4NO2↑+H2O Ge+4H2SO4(浓) 363K Ge(SO4)2+2SO2↑+4H2OGe+4HNO3(浓)=GeO2.H2O↓+4NO2↑+H2 OGe+2NaOH(熔融)+H2O=Na2GeO3+2H2↑Sn:灰锡286K⽩锡434K脆锡（α型）（β型）（γ型）⾦刚⽯型⽴⽅晶体四⽅晶系正交晶系⽩锡：银⽩带蓝⾊的⾦属，有延展性，m.p.=505K灰锡：粉末状两性⾦属Sn在冷的稀HCl中溶解缓慢，但迅速溶于热的浓HCl中：Sn+2HCl=SnCl2+H2↑Sn+4H2SO4(浓) ΔSn(SO4)2+2SO2↑+4H2O3Sn+8HNO3(冷、稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2OSn+4HNO3(浓)=H2SnO3(β-锡酸)+4NO2↑+H2OSn+2OH-+2H2O=Sn(OH)42-+H2↑Sn+2Cl2(⼲燥)=SnCl4Pb: 软，强度较低，密度⼤，m.p.=601K 在空⽓中易与O2、H2O、CO2作⽤⽣成碱式碳酸盐保护层。