11非金属元素二氧硫氮磷碳硅硼b教学讲义.ppt

第十一章 氮族、碳族和硼族元素碳族元素12-2-1 碳族元素概述0AAA A A He 氦2 B 硼 C 碳 N 氮 O 氧 F 氟 Ne 氖3 Al 铝 Si 硅 P 磷 S 硫 Cl 氯 Ar 氩4 Ga 镓 Ge 锗 As 砷 Se 硒 Br 溴 Kr 氪5 In 铟 Sn 锡 Sb 锑 Te 碲 I 碘 Xe 氙6 Tl 铊 Pb 铅 Bi 铋 Po At 砹Rn 氡1 碳族元素概述A碳(C) 硅(Si) 锗(Ge) 锡(Sn) 铅(Pb)原子序数614325082价层电子构型 2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2主要氧化数0、+2 +40、+2 +40、(+2) +40、+2 +40、+2 +4原子半径/pm77117122141175离子半径r(M4+)/pm1640536978r(M2+)/pm-73118119I1/(kJmol-1) 1086786763709716电负性( )2.51.81.81.81.9p A碳(C) 硅(Si) 锗(Ge) 锡(Sn) 铅(Pb)主要氧化数0、+2 +40、+2 +40、(+2) +40、+2 +40、+2 +4原子半径/pm77117122141175离子半径r(M4+)/pm1640536978r(M2+)/pm-73118119高氧化数化合物稳定性减小 低氧化数化合物稳定性增大 即惰性电子对效应惰性电子对效应非金属性减弱，金属性增强典型非金属 准金属 典型金属12-2-2碳及其重要化合物碳的同素异形体金刚石 石墨 富勒烯碳原子簇 （如C60） 2 碳及其重要化合物碳的同素异形体原子晶体原子晶体熔点高、硬度大 室温下惰性工业上用作钻头、刀具、精密轴承等 俗称钻石，可作装饰品薄膜可制作手术刀、集成电路、散热芯片及各种敏感器件金刚石碳的同素异形体层状结构层状结构有金属光泽 质软、能导电通常情况下，石墨比金刚石稳定可作电极、坩埚、润滑剂、铅笔芯等在工业上可采用静态加压法由石墨合成金刚石石墨碳的同素异形体C C6060的分子结构的分子结构由60个碳原子组成的32面体的空心球结构C60比较稳定。

富勒烯碳原子簇可作高温润滑剂、耐热和防火材料富勒烯碳原子簇将碱金属掺入C60晶体中,可制造超导材料在酶抑制、抗病毒、DNA切割、光动力医疗法等方面有广泛应用前景 12-2-2 碳及其重要化合物碳酸CO2溶于水即形成碳酸仅存在于水溶液中，至今尚未制得纯碳酸二元弱酸CO2 + H2O H2CO3 大部分CO2以水合分子形式存在H2CO3 HCO3 +H+ K =4.510-7* a(1)HCO3 CO3 + H+ K =4.710-11a(2)-2-碳酸盐难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶如 CaCO3(难溶） Ca(HCO3)2(易溶)(1)溶解性12-2-2 碳及其重要化合物碳酸盐除NH4 、碱金属(Li除外)盐， 一般难溶 碳酸氢盐一般易溶+钟乳石、石笋的形成自然界石灰石等在CO2、H2O作用下 CaCO3+ CO2+H2O Ca(HCO3)2 (难溶) (易溶) 随着自然条件的变化， 上述反应逆向重新析出CaCO3 碳酸盐难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶如 CaCO3(难溶） Ca(HCO3)2(难溶)(1)溶解性易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小12-2-2 碳及其重要化合物碳酸盐除NH4 、碱金属(Li除外)盐， 一般难溶 碳酸氢盐一般易溶+向浓碳酸钠溶液中通入CO2至饱和 可析出NaHCO3 Na2CO3+ CO2+H2O 2NaHCO3 (易溶) (溶解度小) 如碳酸盐碳酸盐水溶液呈碱性 碳酸氢盐水溶液呈微碱性(2)水解性可溶性碳酸盐可作沉淀剂,分离某些离子碳酸盐碱式碳酸盐氢氧化物生成物反应物 金属氢氧化物对应碳酸盐金属氢氧化物对应碳酸盐Ba2+ CO3 BaCO3 2Ag+ CO3 Ag2CO3如2-2-2Cu2+ 2CO3 +H2OCu2(OH)2CO3 + CO2 2Mg2+ 2CO3 +H2OMg2(OH)2CO3 + CO2如2-2-2Fe3+ 3CO3 +3H2O2Fe(OH)3 +3CO2 2Al3+ 3CO3 +3H2O2Al(OH)3 +3CO22-2-如解释根据离子极化概念2.热稳定性1.碱金属盐碱土金属盐过渡金属盐铵盐2.碳酸盐碳酸氢盐碳酸一般规律:热稳定性热稳定性差，易分解 MCO3 MO + CO2 2MHCO3 M2CO3 + H2O+CO2(3)热稳定性金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_解释根据离子极化概念2.热稳定性(1)碱金属盐碱土金属盐过渡金属盐铵盐(2)碳酸盐碳酸氢盐碳酸一般规律热稳定性差，易分解 MCO3 MO + CO2 MHCO3 M2CO3 + H2O+CO2H+极化力强，反极化作用大3.热稳定性金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_1.当无外电场时，CO3 中三个O2-被C4+极 化而变形 2.金属离子相当于外电场，对邻近的一个 O2-产生反极化作用.当反极化作用强烈, 可导致CO3 破裂，碳酸盐分解 3.金属离子的极化力越强，其反极化作用 越强，碳酸盐越不稳定2-2-Mn+Li+Na+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+r(Mn+)/pm60956599113 135Mn+电子构型 288888分解温度/11001800 402 814 109812771. 碱金属碳酸盐稳定，难分解电荷少,半径大 8电子构型 极化力小 反极化作用小 碳酸盐稳定(3)热稳定性金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_Mn+Li+Na+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+r(Mn+)/pm60956599113 135Mn+电子构型 288888分解温度/11001800 402 814 109812772.碳酸盐:碱土金属比碱金属不稳定金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_同 一 周 期电荷 半径 反极化作用 稳定性碱金属 碱土金属(3)热稳定性Mn+Li+Na+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+r(Mn+)/pm60956599113 135Mn+电子构型 288888分解温度/11001800 402 814 109812773. 碱土金属碳酸盐从Mg到Ba稳定性增强半径 ,反极化作用金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_Mn+Fe2+Cd2+Pb2+Ag+r(Mn+)/pm7497120126Mn+电子构型 917 1818+218分解温度/2823603152184. 过渡金属碳酸盐稳定性较差金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_过渡金属离子具有非8电子构型,极化力强,反极化作用强(3)热稳定性Ba(OH)2BaCO3 (白色)CO3 + 2H+ CO2 + H2O 2-(稀HCl或H2SO4)(4) CO3 的鉴定2-12-3-3碳化硼和碳化硅12-2-3 碳化硼和碳化硅碳化硼(B4C) 用焦炭和氧化硼在电炉中反应制得2B2O3 + 7C B4C + 6CO有光泽的黑色晶体难熔，硬度大，是重要的工业磨料12-2-3 碳化硼和碳化硅碳化硅(SiC) 用石英和焦碳在电炉中反应制得SiO2 + 3C SiC + 2CO俗称金刚砂熔点高，硬度大，可用作工业磨料化学稳定性和热稳定性好，机械强度大，热膨胀率低，可做高温结构陶瓷材料12-3-4硅及其重要化合物12-2-4 硅及其重要化合物卤化物通式为SiX4,均为无色常温 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 气体 液体 液体 固体 制取 2CaF2+SiO2+2H2SO4 2CaSO4+SiF4 +2H2O 硫酸与萤石和石英砂的混合物作用卤化物通式为SiX4,均为无色常温 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 气体 液体 液体 固体 性质1.与HF作用 2HF+SiF4 H2SiF62.纯氟硅酸不存在, 在水溶液中稳定 3.氟硅酸的酸性与硫酸相近重要盐(Na2SiF6) 是农业杀虫、灭菌剂、木材防腐剂 可用于制造抗酸水泥、搪瓷等12-2-4 硅及其重要化合物卤化物通式为SiX4,均为无色常温 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 气体 液体 液体 固体 制取1.加热硅与氯 Si + 2Cl2 SiCl4 2.将二氧化硅、氯、碳直接加热 SiO2+2C+2Cl2 SiCl4+ 2CO 12-2-4 硅及其重要化合物卤化物通式为SiX4,均为无色常温 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 气体 液体 液体 固体 性质1.刺激性无色液体 12-2-4 硅及其重要化合物 2.易水解，在潮湿空气中产生浓烟 SiCl4+3H2O H2SiO3 +4HCl 若NH3与SiCl4同时蒸发， 因生成NH4Cl，烟雾更浓二氧化硅(硅石)有两种形态 无定形 晶体 如 硅藻土 石英12-2-4 硅及其重要化合物水晶无色透明的纯石英紫水晶(含少量Mn)烟水晶 碧玉玛瑙鸡血石蛋白石(猫眼石)图像二氧化硅(硅石)有两种形态 无定形 晶体 如 硅藻土 石英石英在1600时熔化成粘稠液体，其内部结构变为不规则状态，若急剧冷却，因粘度大不易再结晶而形成石英玻璃 石英玻璃具有许多特性1.热膨胀系数小，能透过可见光和紫外 光，可制造高级化学器皿和光学仪器2.制光导纤维12-2-4 硅及其重要化合物二氧化硅(硅石)有两种形态 无定形 晶体 如 硅藻土 石英与一般酸不起反应，与氢氟酸反应SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2OSiO2 + Na2CO3 Na2SiO3+ CO2 与氢氧化钠或纯碱共熔 SiO2 + 2NaOH Na2SiO3+H2O12-2-4 硅及其重要化合物硅酸形式很多，组成常以xSiO2yH2O表示 随形成条件而异 硅酸名称 化学式x y备 注正硅酸H4SiO41 2偏硅酸H2SiO31 1二偏硅酸 H2Si2O52 1x2 多硅酸三偏硅酸 H4Si3O83 2焦硅酸H6Si2O72 3通常以H2SiO3表示 12-2-4 硅及其重要化合物二元弱酸 开始生成可溶于水的单硅酸 以后逐步缩合脱水成硅酸溶胶 H2SiO3 HSiO3 +H+ K =2.510-10 a(1)HSiO3 SiO3 + H+ K =1.610-12a(2)-2- OH OH OH OH OH Si OH+OH Si OH HO Si O Si OH+H2O OH OH OH OH溶解度小 SiO3 + 2H+ H2SiO3 2-硅酸12-2-4 硅及其重要化合物溶液 溶胶悬浮液颗粒大小/pm105分散相 分散介质溶胶固 水凝胶 水固硅酸12-2-4 硅及其重要化合物在稀硅酸溶胶中加入电解质 在适当浓度硅酸盐溶液中加酸 凝胶 演示溶液 溶胶悬浮液颗粒大小/pm105分散相 分散介质溶胶固 水凝胶 水固硅酸12-2-4 硅及其重要化合物在稀硅酸溶胶中加入电解质 在适当浓度硅酸盐溶液中加酸 凝胶 演示硅酸盐* 制取：SiO2与碱性氧化物共熔 SiO2+ M2O M2SiO3SiO2+ 2M2O M4SiO4性质：1.除碱金属硅酸盐外，一般难溶 过渡金属硅酸盐难溶于水,并具有特征颜色 CuSiO3 蓝绿色 MnSiO3浅红色 NiSiO3 翠绿色 Al2(SiO3)3无色透明 CoSiO3 紫色 Fe2(SiO3)3红棕色 硅花园“水中花园” (演示)制取：SiO2与碱性氧化物共熔 性质：1.除碱金属硅酸盐外，一般难溶 2.硅酸钠强烈水解,水溶液呈碱性 硅酸钠水溶液俗称水玻璃,又称“泡花碱” 市售水玻璃为粘稠状液体 M(Na2O):M(SiO2)=1:3.3SiO3 的鉴定加入NH4Cl 2-2NH3 +2H2OSiO3 +2NH4 +2H2O H2SiO3 +2NH3H2O2-+硅酸盐* 碳酸解离常数的计算碳酸解离常数的计算以上的解离常数值是按 溶于水的CO2全部转为H2CO3 计算的 实际大部分 CO2以水合分子(CO2H2O)形式存在H2CO3 HCO3 +H+ K =4.510-7 a(1)HCO。