高中化学竞赛辅导 无机化学 14.1碳及其化合物知识点素材.doc

第十四章碳族元素chapter 14the 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根据键的数目，碳可采取sp、sp2、sp3杂化，其最大配位数为42由于碳碳单键的键能特别大，所以cc键非常稳定,具有形成均键(homochains)的倾向ccnnooffe (kjmol-1)374250210159实例h3cch3h2nnh2hooh 从碳到氮的单键键能的突减，是由于n2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：f2、o2和n2；而碳存在多聚物，其理由为：o2和n2的多重键要比单键（均键）强得多 如： , e (kjmol-1) 494 210 + 210 , 946 250 + 250 而： e (kjmol-1) 627 374 + 374即c2分子中的多重键比均链中的两个单键之和小，所以碳往往形成多原子均键，虽然在星际空间存在有c2(g)分子。2allotropes: diamond、graphite、fullerene (c60、c70)、carbin (carbon fibers) (1) 熵 scarbinsgraphitesdiamond (2) dc-c (nm): diamond graphite benzene ethylene carbin acethylene (3) cgraphite cdiamond dr hm 0，dr sm 0 根据平衡，需要高压，(because of the insignificant reduction 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) c60 由12个正五边形和20个正六边形组成，每个碳原子以sp3、sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连，使ccc小于120而大于10928，形成曲面，剩余的p轨道在c60球壳的外围和内腔形成球面键，从而具有芳香性。 欧拉方程：面数(f) + 顶点数(v) = 棱数(e) + 2 astructure：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。 bproperties：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c60fn，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，tc = 18k，rb3c60 tc = 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 + 2h2oca(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) chal4 apreparation：cs2 + 2cl2ccl4 + s2cl2 bproperties： hydrolysis chal4 + 2h2o(g)co2(g) + 4hhal(g)从热力学上看是可行的：cf4（dr gm = -150kjmol-1），ccl4（dr gm = -250kjmol-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cf4ci4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 + h2oco2 + 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） apreparation (i) c + 2scs2 (ii) 4s(g) + ch4(g)cs2 + 2h2s bproperties cs2是易挥发、易燃的无色的有机溶剂 明显水解：cs2 + 2h2oco2 + 2h2s 与碱性硫化物反应：na2s + cs2na2cs3 (4) 、astructure： ncn2- 2个 sp2杂化 sp2杂化 sp杂化 bproperties (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。 解释：这是由于在nahco3溶液中从氢键相连成二聚离子，降低了它们的溶解度： 热稳定性：h2co3mhco3m2co2 (ii) 硫代碳酸盐（thiocarbonate） h2cs3是高折射率油状物，易分解成h2s和cs2 h2cs3的水溶液为弱酸，在水中缓慢分解： h2cs3 + 3h2oh2co3 + 3h2s (iii) 氨基腈化物（cyanamide）（氮代碳酸盐) cac2 + n2cacn2 + c h2cn2（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：h2cn2在水中缓慢分解： h2cn2 + 3h2oh2co3