元素化学-第21讲 碳族元素
50页1、18.1 碳族元素概述 18.2 碳族元素的单质 18.3 碳的化合物 18.4 硅的化合物 18.5 锡、铅的化合物,中南大学化学化工学院,第十八章 碳族元素,掌握碳单质的同素异形体和碳的重要化合物,特别是碳酸盐的性质 熟悉硅及其化合物,特别是硅酸盐的性质 了解锡、铅的重要化合物氧化物、氢氧化物和硫化物及其性质以及Sn()的还原性和Pb()的难溶盐和Pb()的氧化性,本章学习要求,18.1 碳族元素概述,碳族(IVA):碳(carbon , C), 硅(silicon, Si), 锗(germanium, Ge), 锡(tin, Sn), 铅(lead, Pb),18.1 碳族元素概述,价电子构型:ns2np2,18.1 碳族元素概述,存在,碳:金刚石、石墨;煤、石油、天然气; 碳酸盐; CO2 ; 生物体内等 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,金刚石,18.2 碳族元素单质,18.2 碳族元素单质 18.2.1 碳 (同素异形体),金刚石:原子晶体,硬度最大,熔点最高。
2、石 墨:层状晶体 ,质软,有金属光泽。过渡型晶体 。 富勒烯:原子排列为球体或椭球体,C60、C70 等。分子晶体。 碳纳米管:由类似石墨的六边形网格所组成的管状物,管子一般由单层或多层组成,两端封闭。 无定形碳:无定形碳实际是石墨的微晶体 。,18.2 碳族元素单质,石墨(sp2杂化),金刚石 (sp3杂化),18.2 碳族元素单质,足球烯 (富勒烯) C60 (sp2杂化),碳纳米管,18.2 碳族元素单质,18.2.2 硅和锗,硅有晶态(银灰色)和无定形(黑色粉末)两种。,无定形硅,晶态硅,晶态硅类似金刚石;采用区域熔炼法制备超纯单晶硅 硅不与任何酸作用,但能溶于HF和HNO3的混合液中 强碱能与硅生成硅酸盐Si + 2KOH + H2O K2SiO3 + 2H2 (g),锗单质:灰白色金属, 硬而脆(结构类似金刚石) 超高纯锗也通过区域熔炼法制备。,锗,18.2 碳族元素单质,锗,18.2 碳族元素单质,锡单质的三种同素异形体,18.2.3 锡和铅,灰锡(锡) 白锡(锡) 脆锡 在空气中,锡在表面生成一层致密的保护膜 有一定的抗腐蚀性 。锡无毒 。,铅单质:质软,能阻挡X射线。
3、 铅盐的毒性大 。,金属锡,金属铅,18.3 碳的化合物,18.3 碳的化合物 18.3.1 一氧化碳,结构 CO与N2是等电子体, 结构相似 :C O:,一个键 两个键,18.3 碳的化合物,性质 作为配体,形成羰基配合物(C为配位原子) Fe(CO)5 Ni(CO)4 Co2(CO)8 还原剂, 剧毒,18.3 碳的化合物,18.3.2 二氧化碳,结构 C sp杂化 直线型分子,CO2的温室效应。,CO2分子中除了键外,尚存在2个三中心四电子大键,CO2的偶极矩为零。,18.3 碳的化合物,18.3.3 碳酸及其盐,CO2溶于水,主要为CO2H2O,极少为H2CO3 在298K时,c(CO2) : c(H2CO3) = 600 : l,18.3 碳的化合物, 碳酸盐的溶解度,易溶盐 Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3 100溶解度 45 16 156 60 (g/100g H2O),存在氢键,形成 二聚物或多聚物,其它金属(含Li)碳酸盐难溶于水, 且酸式盐溶解度大于正盐。,18.3 碳的化合物,碳酸及其盐的热稳定性, H2CO3 MHCO3 M2CO3, 同一族金
4、属的碳酸盐热稳定性从上到下增加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 分解T/ 100 540 900 1290 1360,由H+的反极化作用说明碳酸盐比酸式碳酸氢盐稳定.,18.3 碳的化合物, 过渡金属碳酸盐稳定性差 CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解T / 900 315 350 282,金属离子与可溶性碳酸盐反应的产物类型,18.3 碳的化合物,金属离子与 CO32- 反应所得沉淀类型, 氢氧化物碱性较强的金属离子 碳酸盐 如 Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等。,氢氧化物碱性较弱的金属离子 碱式碳酸盐 (碳酸羟盐) 如 Pb2+, Bi3+ Cu2+ , Cd2+ , Zn2+ Hg2+ Co2+ , Ni2+ , Mg2+,18.3 碳的化合物, 水解性强、两性的金属离子 氢氧化物 如Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+ 和 Sb3+等。,18.3 碳的化合物,18.3.4 碳化物,碳化物可分为离子型、原子型和金属型,离子型碳化物,离子型碳化物是由周期表中、A、B族的金属与碳形成。,离子型碳化物固态时不导电。,两种类型
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