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第十五章碳族元素 15 5锡 铅的化合物 15 4硅的化合物 15 3碳的化合物 15 2碳族元素的单质 15 1碳族元素概述 15 6无机化合物的水解性 1 本章重点 碳的氧化物 碳酸盐 锡和铅的化合物 无机盐的水解性 2 15 1碳族元素概述 价电子构型 ns2np2 最大配位数 单质可形成原子晶体 金属晶体 碳族 IVA C Si Ge Sn Pb 成键 3 成键情况 1 C半径小 电负性大 无d轨道 表现较大差异 最高配位数为4 成键能力强 C C C C C C C H C O 形式多 键能高 使碳化合物种类逾百万 2 Si Si 222KJ mol 1 C C 345 6 硅化合物种类远少于碳 Si O 452KJ mol 1 C O 357 7 为亲氧元素 Si O Si链构成矿物界 3 锗分族Ge Sn Pb随Z 4化合态稳定性 2化合态稳定性 惰性电子对效应明显 存在 4 存在形式 碳 金刚石 石墨 煤 石油 天然气 碳酸盐 动植物 CO2 构成生物界硅 SiO2和各种硅酸盐 构成矿物界锗 硫银锗矿4Ag2S GeS2 硫铅锗矿2PbS GeS2 锡 锡石SnO2 铅 方铅矿PbS 白铅矿PbCO3 图 5 锡石SnO2 方铅矿PbS 单质 6 15 2碳族元素的单质 7 碳单质的同素异形体 金刚石 原子晶体 硬度最大 熔点最高 石墨 层状晶体 质软 有金属光泽 足球烯或富勒烯 C60 C70等 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 碳纤维 无定形碳 木炭 焦炭 炭黑 活性炭 图 8 石墨 sp2杂化 金刚石 sp3杂化 C60 9 足球烯 富勒烯 C60 sp2杂化 END 性质 10 硅单质有无定形体和晶体两种 其晶体类似金刚石 熔点高硬度大 具金属光泽 能导电 随T 导电性 作半导体材料 锗单质是灰白色金属 硬而脆 结构类似于金刚石 高纯锗为良好半导体材料 锡单质有三种同素异形体 铅单质 质软 密度大 能阻挡X射线 可作电缆的包皮 核反应堆的防护屏 锡疫 化性 11 化学性质 碳 硅 常温下 高温下 锡 12 与碱作用 铅 锡无毒 耐腐蚀 马口铁 镀锡铁 制罐头盒焊锡 Sn Pb 青铜 Cu Sn 与酸作用 13 有氧时溶于HAc 溶于浓碱 铅 不与水作用 但 与酸作用 中止反应 作衬里或输酸管道 14 问题 1 为什么CO2为气体 SiO2为固体 2 为什么C的化合物种类远比Si的化合物多 3 什么是变色硅胶 有何用途 变色原理 4 比较Sn II Pb II Sn IV Pb IV 氧化物及其水合物的酸碱性 氧化性和还原性 5 比较Na2CO3和NaHCO3的溶解性和热稳定性 6 如何用实验证明Pb3O4和Pb2O3的组成 7 比较SnCl4与SnCl2的熔点高低 15 8 比较热稳定性 Na2CO3MgCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3Na2CO3和NaHCO39 举例说明Sn 的还原性 10 举例说明Pb 的氧化性 11 铅的可溶必性盐 难溶盐 12 如何鉴定Sn2 Pb2 13 SnCl2的水解反应 16 15 3碳的化合物 1 碳的氧化物一氧化碳 CO 实验室 浓H2SO4 浓H2SO4 制取 工业制水煤气 CO和H2 由空气和水蒸气交替通入赤热碳层 结构 17 性质 作配位体 形成羰基配合物Fe CO 5 Ni CO 4 Co2 CO 8其中C是配位原子 还原剂 剧毒 结构 CO 6 8 14e 与N2 2 7 14e 是等电子体 结构相似 一个 键两个 键 检CO CO2 18 2 二氧化碳 CO2 经典的分子结构 O C O CO2中 碳 氧之间键长116pm C sp杂化 非极性分子 加压液化得固体二氧化碳 干冰 图 19 碳酸 20 3 碳酸及其盐 CO2溶于水 大部分CO2 H2O 极小部分H2CO3 CO32 的结构 CO32 6 3 8 2 32e 与BF3 5 3 9 32e 为等电子体 C sp2杂化 稳定性 21 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BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3分解T 10054090012901360 过渡M 22 过渡金属碳酸盐稳定性差CaCO3PbCO3ZnCO3FeCO3分解T 900315350282价电子构型8e 18 2 e 18e 9 17 e 离子极化观点 r M2 愈小 M2 极化力愈大 MCO3愈不稳定 M2 为18e 18 2 e 9 17 e 构型相对于8e 构型的极化力大 其MCO3相对不稳定 溶解性 24 碳酸盐的溶解度 易溶盐 Na2CO3NaHCO3K2CO3KHCO3100 溶解度451615660 g 100gH2O 其它金属 含Li 碳酸盐难溶于水 且酸式盐溶解度大于正盐 氢键存在 形成二聚物或多聚物 MCO3 25 可溶性碳酸盐与金属离子作用的产物类型 水溶液中存在碳酸盐的水解 END 氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应生成碳酸盐沉淀 例如 Ba2 Sr2 Ca2 和Ag 等 金属离子加入可溶性碳酸盐时 生成沉淀的类型 氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生成碳酸羟盐 碱式碳酸盐 沉淀 例如 Pb2 Bi3 Cu2 Cd2 Zn2 Hg2 Co2 Ni2 和Mg2 等 26 水解性强 两性的金属离子与之反应生成氢氧化物沉淀 例如 Al3 Fe3 Cr3 Sn2 Sn4 和Sb3 等 碳酸钠的制备 索尔维 Solvay 氨碱法 侯德榜联合制碱法 硅 27 15 4硅的化合物 1 硅的氧化物无定型体 石英玻璃 硅藻土 燧石晶体 天然晶体为石英 属于原子晶体纯石英 水晶含有杂质的石英 玛瑙 紫晶 碧玉混有杂质的石英细粒 砂粒 具有特殊性能 图 28 水晶 石英盐 黑曜石 紫晶 缟玛瑙 玛瑙 yao 结构 29 Si采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体 硅氧四面体 二氧化硅 结构 性质 与碱作用 腐蚀玻璃 与HF作用 盐 30 性质 H2SiO3溶解度小 是二元弱酸 制备 浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶 作干燥剂 盐 2 硅酸及硅酸盐 31 可溶性 Na2SiO3 水玻璃 K2SiO3不溶性 大部分难溶于水且有特征颜色 硅酸盐 水中花园 白蓝紫红棕肉翠绿 烷 32 4 硅的氢化物 硅烷SinH2n 2 n 1 6 性质 最简单的硅烷 SiH4 甲硅烷 自燃 水解 强还原性 热稳定性差 制取 了解 卤化物 33 5 硅的卤化物SiX4 SiF4SiCl4SiBr4SiI4聚集态glls 氟硅酸 水解 制取 刻蚀玻璃 锡铅 34 15 5锡 铅的化合物 1 锡 铅的氧化物和氢氧化物 HNO3或HAc H 放置 H Sn II 35 Sn II 的还原性 沉淀白 灰 黑Sn2 Hg2 的相互鉴定 鉴定Bi3 的反应 如何配制和保存SnCl2溶液 Pb IV 36 Pb IV 的氧化性 其它 37 四氧化三铅 Pb3O4 铅丹 鲜红色可看作 三氧化二铅 Pb2O3 橙色可看作 PbO PbO2氧化铅 PbO 橙黄色 Pb的其他氧化物 PbO2受热分解 小结 38 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 盐 39 2 锡 铅的盐类 水解 铅白 无色液体 共价化合物 不导电 溶沸点低 强烈水解 转化 少数可溶 Pb NO3 2 Pb Ac 2 弱电解质 有甜味 俗称铅糖 铅的可溶性化合物都有毒 多数难溶 溶解性 40 硫化物 Pb2 Pb OH 3 PbCl2 白 PbSO4 白 PbI2 黄 PbCrO4 黄 PbCl42 Pb HSO4 2PbI42 Pb2 Cr2O72 浓HCl 浓H2SO4 I HNO3 OH PbCrO4溶于过量的碱 此点与黄色BaCrO4有别 SrCrO4溶于HAc 不溶于碱 Pb2 的鉴定 41 3 锡 铅的硫化物 SnS 棕 SnS2 黄 PbS 黑 SnS 4HCl H2SnCl4 H2SPbS 4HCl H2PbCl4 H2SSnS2 6HCl H2SnCl6 2H2S PbS2 均不溶于稀盐酸配位溶解 浓HCl 水解 碱溶 SnS PbS不溶 氧化碱溶 SnS2 PbS不溶 PbS与HNO3作用 硫代锡酸盐 不稳定 遇酸分解 42 15 6无机化合物的水解性 盐的水解过程 盐溶于水后发生水合作用 若离子极化作用强烈足以使水分子中O H键断裂 则阳离子夺取OH 而释放出H 或阴离子夺取H 而释放OH 从而破坏水的电离平衡 直到建立新的平衡 强酸的阴离子不水解 弱酸的阴离子明显水解 阳离子水解能力与极化作用有关 影响 43 1 影响因素 电荷和半径 电子层结构 8e构型不水解 18e