碳族元素ppt课件.ppt

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1、12.1 碳族元素通性, A族 C(碳) Si(硅) Ge(锗) Sn(锡) Pb(铅),C Si Ge Sn Pb价电子结构 ns2np2主要氧化态 +4 (+2) +4 +4(+2) +4, +2 (+4) +2电负性 2.25 1.90 2.01(IV) 1.96(IV) 2.33(IV),碳族元素存在形式,碳：金刚石、石墨；煤、石油、 天然气；碳酸盐； CO2 。硅：SiO2和各种硅酸盐。锗：硫银锗矿 4Ag2SGeS2 ， 硫铅锗矿2PbS GeS2 。锡：锡石 SnO2 。铅：方铅矿 PbS，白铅矿 PbCO3 。,锡石,方铅矿,碳族元素的单质,12.2 碳,1金刚石无色透明固体,

2、原子晶体，高熔点，高沸点，高硬度, 结合力为共价键,不导电,化学性质不活泼.,碳的同素异形体,2. 石墨灰黑,不透明固体.过渡型晶体，层-层之间范德华力， 导电、导热、解离性。化学性质比金刚石稍活泼.,C60 是1985年用激光轰击石墨作碳的气化实验时发现的。 C60 是由12个五边形和20个六边形组成的32面体。,3. 足球烯或富勒烯： C60， C70 等,C60（球形）,C70 （椭球形）,4. 纳米碳管,5. 金刚石和石墨的转化,金属导电性、半导体性质,碳的化合物,分子极性很小,与N2、CN-、NO+互为等电子体，都有14个电子,一氧化碳,无色、无味，几乎不溶于水的气体，毒性很大。,H

3、mFe(II) O2 + CO(q) = HmFe(II) CO + O2(g) CO对HmFe(II) 络合能力为O2的230-270倍,CO使人中毒机理, 强还原性,PdCl2 + CO + H2O = Pd(灰黑色)+ CO2+ 2HCl 检测微量CO的存在,2CO +O2=2CO2,2CO +2Ag(NH3)2OH=2Ag+(NH4)2CO3+2NH3,一氧化碳,Fe2O3(s) +3CO = 2Fe + 3CO2(工业还原剂),燃烧, 强配位性,与过渡金属形成羰基配合物 ,利于分离提纯金属 生成Fe(CO)5 Ni (CO)4 Cr (CO)6等, 分子结构,二氧化碳,无色无味无毒气

4、体, 加压易液化,空气中二氧化碳含量过高时，也会使人因缺氧而发生窒息,干冰：雪花状固态CO2，冷冻温度可达203-193K, 酸性氧化物 CO2 +2NaOH =Na2CO3 +H2O, CO2灭火器不可用于活泼金属Mg、Na、K等引起的火灾 CO2+ 2Mg = 2MgO + C, 微溶于水,部分生成碳酸,其余为CO2 .nH2O CO2 + H2O = H+ + HCO3-,点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和碳, CO2化学性质,碳的卤化物,用作溶剂：CF4,CCl4,制冷剂：CF2Cl2，CFCl3,碳 酸, H2CO3二元弱酸,H2CO3 = H+ + HCO3- Ka1 = 4

5、.210-7,CO2 + H2O = H2CO3 K = 1.810-3,CO2溶于水，大部分CO2H2O，极小部分H2CO3,碳酸及其盐的热稳定性, H2CO3 MHCO3 M2CO3, 同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3分解T/ 100 540 900 1290 1360,碳 酸 盐, 同一周期金属,从左到右,碳酸盐稳定性降低 K2CO3 CaCO3 ZnCO3, 过渡金属碳酸盐稳定性差 CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解T / 900 315 350 282,碳酸盐的溶解度, 易溶盐：碱金属碳酸盐（Li2CO

6、3除外）和碳酸铵易溶于水，对应的碳酸氢盐溶解度较小 Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3100溶解度 45 16 156 60(g/100g H2O), 其它金属(含Li)碳酸盐难溶于水，且酸式盐溶解度 大于正盐。, 氢氧化物碱性较强的金属离子，生成碳酸盐沉淀 例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等, 氢氧化物碱性较弱的金属离子，生成碱式碳酸盐沉淀,可溶性碳酸盐与金属离子作用的产物类型,Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等, 水解性强、两性金属离子，生成氢氧化物沉淀例如：Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+和

7、Sb3+等,12.3 硅,晶型硅和无定型硅, 互为同素异形体,1. 灰黑色，有金属光泽，硬而 脆的固体2. 熔、沸点高、硬度大3. 晶型硅是良好的半导体,硅主要用在集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。,集成电路,晶体管,单质硅,高温下化学性质活泼,常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外,不跟其他物质反应。, 化 学 性 质,(1) 与非金属,与Li、Mg形成离子型硅化物，与Fe、Co形成金属型硅化物，具有合金结构,室温下 很稳定，表层有致密SiO2膜,(2) 与某些金属,(3) 与酸反应,(4) 与碱反应(无定型硅),在含氧酸

8、中被钝化,在高锰酸钾,过氧化氢,硝酸等氧化剂存在下反应与氢氟酸反应,Si+ 2NaOH+H2O = Na2SiO3 + 2H2,硅烷 通式Sin H 2n+2,无色无臭气体或液体, 熔沸点低, 热稳定性差，易溶于有机溶剂, 化 学 性 质,强还原性 还原性 CH4 SiH4 SiH4 +2O2= SiO2+2H2O SiH4 + 8AgNO3 + 2H2O = 8Ag+ SiO2+ 8HNO3 SiH4+ 2KMnO4 = 2MnO2+ K2SiO3+ H2+H2O 两个反应都可检验硅烷,SiH4 被大量用于制高纯硅,硅的卤化物 氟硅酸盐,硅的卤化物, SiF4 配位反应, 硅的卤化物强烈水解

9、,CCl4不水解, 都是共价化合物,熔沸点低,非极性分子,SiCl4(l)+3H2O(l)=H2SiO3(s)+4HCl(aq),SiF4+2F- = SiF6 2-, 都是无色 SiF4为气体，SiCl4、SiBr4为液体 SiI4为固体,氟硅酸盐, SiF4 易与HF形成氟硅酸, 纯碱溶液吸收SiF4气体，得白色的Na2SiF6晶体,SiF4 + 2HF = H2SiF6 相当于H2SO4的强度,3SiF4 + 2Na2CO3 + H2O = 2Na2SiF6+ H2SiO3 + 2CO2 Na2SiF6 杀虫剂 防腐剂,Na, K, Ba的氟硅酸盐难溶于水，Li, Ca的盐溶于水, Si

10、F4 与碱金属氟化物反应，得氟硅酸盐,SiF4 + 2KF = K2SiF6,硅的含氧化合物,二氧化硅, 天然的二氧化硅分为晶型和无定型两大类，晶型二氧化硅主要存在于石英矿中。纯石英为无色晶体，大而透明的棱柱状石英为水晶,二氧化硅, 原子晶体, 整个晶体可看作是一个巨大分子，SiO2是最简式, 纯SiO2硬度大、熔点高,SiO2化学性质,(3) 与HF反应 SiO2 + 4HF= SiF4 +2H2O (玻璃雕花),不能用玻璃瓶盛浓碱液。,硅酸和硅酸盐,(1) H4SiO4正硅酸, 为原酸, 脱水得到一系列酸,二元弱酸 Ka1=210-10， Ka2=10-12,偏硅酸 H2SiO3 SiO2

11、 . H2O二硅酸 H6Si2O7 2SiO2 . 3H2O三硅酸 H4Si3O8 3SiO2 . 2H2O二偏硅酸 H2Si2O5 2SiO2 . H2O,(2) H2SiO3组成最简单，习惯用其代表硅酸，原称偏硅酸,注意：硅酸不能用SiO2与水反应制得，只能由可溶性硅酸盐与酸反应生成： Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 +2NaCl,硅 胶,化学式SiO2xH2O或mSiO2nH2O。无色透明或乳白色颗粒，具有多孔结构，有较强的吸附性，吸湿量能达到40左右。用于气体干燥、气体吸收、液体脱水，吸附剂,市场出售的变色硅胶是z在硅酸凝胶加入氯化钴，干燥活化后制得的一种干燥剂。,CoCl2

12、- CoCl26H2O,蓝色,粉红色,硅酸盐,分子筛,可溶性：Na2SiO3 (水玻璃) 、K2SiO3不溶性：大部分硅酸盐难溶于水，且有特征颜色。,灰白色脆性金属, 金刚石型。半导体，高电阻, 化学稳定, 与酸反应不与非氧化性酸作用,与氧化性酸生成+4价化合物,1锗, 与碱反应,12.4 锗 锡 铅,三种同素异形体,白锡常见,银白色，硬度居中金属,2. 锡,锡制品长期处于低温, 自行毁坏“锡疫”,拿破仑的纽扣,化学性质,与稀HCl反应慢 与稀H2SO4难反应,（2）与碱反应,(1)与酸反应,亚锡酸钠,3. 铅,暗灰色, 重而软金属,(1)与酸反应Pb与非氧化性酸及氧化性酸作用生成+2价化合物

13、,Pb + 2HCl(稀) = PbCl2(s)+H2 反应很快中止,Pb + H2SO4(稀) = PbSO4(s)+ H2 反应很快中止,3Pb + 8HNO3(稀) = 3Pb(NO3)2 + 2NO+4H2O,铅在空气中氧化,形成氧化膜保护层 Pb + O2 + 2H2O = 2Pb(OH)2,Pb + 2NaOH = Na2PbO2 + H2,(3) 与碱反应, 金属性强弱 生成产物的溶解性 价态稳定性 Ge, Sn与浓硝酸反应生成难溶性含氧酸,亚铅酸钠,与酸反应,氧化物和氢氧化物,氧 化 物,四氧化三铅(Pb3O4)-铅丹：鲜红色可看作：2PbOPbO2,(Pb3O4)部分溶于硝酸

14、,PbO2 (s) + 4 HCl (浓) = PbCl2 + Cl2 + 2H2O,2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + O2 + 2H2O,(2) PbO2强氧化性,2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 +2H2O,氢氧化物及含氧酸盐,四羟基合锡酸钠,三羟基合铅酸钠,小 结,氧化性减弱，酸性增强,碱性增强，还原性减弱,碱性增强,酸性增强,Sn(OH)4,Pb(OH)4PbO2,Sn(OH)2,Pb(OH)2,两类 MX2 MX4,2Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg(黑) + SnCl4,2HgCl2 + SnCl

15、2 = Hg2Cl2(白) + SnCl4,1SnCl2 还原性,卤 化 物,检定Hg2+或Sn2+,2. PbCl2 难溶于冷水,易溶于热水, 溶于盐酸,PbCl2 + HCl = HPbCl3,三氯铅烷,配制SnCl2溶液时,先将SnCl2溶解在少量浓盐酸中, 再用水稀释,在溶液中加少量Sn粒,3. 水 解, SnCl2 + H2O = Sn(OH)Cl + HCl,（PbCl4）,碱式氯化亚锡,硫 化 物,SnS + 4HCl H2SnCl4 + H2SPbS + 4HCl H2PbCl4 + H2SSnS2 + 6HCl H2SnCl6 +2H2S,均不溶于稀盐酸 配位溶解(浓HCl)

16、,四氯合亚锡酸,六氯锡酸,碱溶 (SnS, PbS不溶),PbS与HNO3作用,硫代锡酸钠,探讨性教学之硅胶干燥剂,主要成份是SiO2nH2O，其含量在98%以上，无毒无味，化学性能稳定。比表面积大，表面亲水，对水有很强的吸收能力，吸水量可达自身重量的80%-100%以上 。食品级的硅胶可以作为食品、药品的外用干燥剂 食用硅胶是经过精制和灭菌后，可以和食品药品按需要量混合后直接保证食品的干燥并和食品一起食用，而对人体无任何毒副作用。,食品净化硅胶,100% 非结晶型无定形二氧化硅。 专为食品设计的，应用于很多液体食品，比如酒精饮料，酱油，醋，药物提取物等。 用途和作用：比如防止啤酒，日本清酒，果子酒等变混浊，降低葡萄酒，酱油和软饮料的浊度以及提高啤酒泡沫保持能力。,