第8讲-碳族元素和氮族元素

化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 1 页 第 8 讲 碳族元素和氮族元素 碳族元素 一 碳族元素 一 碳族元素在周期表中的位置 原子结构和性质 1 位于周期表 A 族 包括 C Si Ge Sn Pb 2 原子最外层电子均为 4 说明 从 8 电子稳定结构看 碳族元素既难得到 4 个电子 又难失去 4 个电子 因此容易以共用电子对结合形成共价 化合物 3 主要价态 4 2 价 C Si Ge Sn 的 4 价化合物是稳定的 而 Pb 的 2 化合物是稳定的 例如 Sn 2Cl2 SnCl4 Pb Cl2 PbCl2 例如 Fe3O4可以写成 FeO Fe2O3 则 Pb3O4可以写成 2PbO PbO2 Sn2 具有还原性 Pb4 具有氧化性 例如 Sn2 2Fe3 Sn4 2Fe2 PbO2 4HCl 浓 PbCl2 Cl2 2H2O 二 碳族元素性质的递变规律 碳 C 硅 Si 锗 Ge 锡 Sn 铅 Pb 原子半径逐渐增大 主要化合价 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 颜色无色或黑灰黑色银灰色银白色蓝白色 状态固态固态固态固态固态 熔点 金刚石 3550 石墨 3652 1410937 4231 9327 5 沸点 48272355283022601740 密度逐渐增大 氢化物稳定性逐渐减弱 CH4SiH4GeH4SnH4 氢化物稳定性逐渐减弱 氧化物CO CO2SiO2GeO GeO2SnO SnO2PbO PbO2 H2CO3H4SiO4Ge OH 4Sn OH 4Pb OH 4最高价氧化 物的水化物 酸性减弱碱性递增 多为两性 规律非金属性逐渐减弱 金属性逐渐增强 二 碳 金刚石 原子晶体 1 同素异形体 石墨 混合晶体 C60 分子晶体 C 金刚石 s 高温 C 石墨 s H 1 89 KJ mol 石墨比金刚石稳定 化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 2 页 2 化学性质 1 可燃性 C O2 点燃 CO2 O2足量 2C O2 点燃 2CO O2不足 2 还原性 C 2CuO 2Cu CO2 C H2O 高温 CO H2 水煤气 CaO 3C 通电 CaC2 CO 电石的制法 3 与氧化性酸反应 C 2H2SO4 浓 CO2 2SO2 2H2O C 4HNO3 浓 CO2 4NO2 2H2O 三 碳的化合物 一 CO 的性质 1 物理性质 无色无味气体 剧毒难溶于水 中性氧化物 不成盐氧化物 2 化学性质 1 可燃性 2CO O2 点燃 2CO2 用点燃的方法除去 CO 2 还原性 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 炼铁 CuO CO Cu CO2 除 CO CO H2O 高温 CO2 H2 工业上用于制 H2 3 毒性 CO 能于人体中血红蛋白结合 使血红蛋白失去携氧的能力 使人缺氧死亡 3 实验室制法 HCOOH 浓硫酸 CO H2O 工业制法 1 C O2 点燃 CO2 CO2 C 高温 CO 2 C H2O 高温 CO H2 制水煤气 二 CO2的性质 1 物理性质 无色无味气体 密度比空气大 微溶于水 1 1 酸性氧化物 固体 CO2叫做 干冰 2 化学性质 1 酸性氧化物 酸酐 CO2 H2O H2CO3 H HCO3 CO2通入澄清石灰水现象 化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 3 页 ONa OH CO2 Ca OH 2 CaCO3 H2O CO2 CaCO3 H2O Ca HCO3 2 思考 CO2通入 CaCl2溶液中是否有沉淀生成 CO2 和 HCl 混合气体通入澄清石灰水是否有沉淀生成 CO2 Na2SiO3 H2O Na2CO3 H2SiO3 CO2 Ca ClO 2 H2O CaCO3 2HClO CO2 H2O NaHCO3 2 氧化性 CO2 C 2CO CO2 2Mg 点燃 2MgO C 信息题中经常有 3Mg SO2 点燃 2MgO MgS 4Na 3CO2 点燃 2Na2CO3 C 镁及镁以前的金属都能在二氧化碳中燃烧 铁及铁以后的金属 碳或一氧化碳都能把它从它的金属氧化物中还原出 来 而铝和锌两个反应都不能发生 3 其它 2Na2O2 2CO2 2Na2CO3 O2 3 制法 1 工业制法 煅烧石灰石 CaCO3 高温 CaO CO2 2 实验室制法 CaCO3 2HCl CaCl2 H2O CO2 反应类型 固 液气 装置 启普发生器 注意 不能用 H2SO4来制备 CO2 SO42 与 Ca2 结合生成微溶于水的 CaSO4覆盖在 CaCO3的表面 阻止了反应的进行 三 碳酸及碳酸盐 1 碳酸 二元弱酸 酸性强于 HClO H2SiO3及苯酚 2 碳酸盐包括正盐及酸式盐 1 稳定性一般是 正盐 酸式盐 碳酸 例如 Na2CO3 不分解 2NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O H2CO3 CO2 H2O 2 溶解性 一般是碳酸氢盐 碳酸盐 例如碳酸钙难溶于水而碳酸氢钙却易溶于水但是碳酸钠却大于碳酸氢钠 应 用于侯氏制碱法 化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 4 页 3 碳酸根离子的检验 在溶液中加入 CaCl2或 BaCl2溶液有白色沉淀生成 再加 HCl 沉淀溶解 并有能使澄清石灰水变浑浊的无色无味 气体生成 注意排除 SO32 HSO2 HCO3 干扰 四 硅 1 含量和存在 硅在地壳中存在仅次于氧 居第二位 在自然界中 只有化合态存在 一般以 SiO2和硅酸盐的形式 存在 2 晶体结构 正四面体型空间网状 原子晶体 熔沸点 金刚石 晶体硅 3 物理性质 有灰色金属光泽的硬而脆的固体 熔沸点高 硬度大 是半导体材料 4 化学性质 不活泼 常温下只与 F2 HF 和强碱反应 1 与非金属反应 Si 2F2 SiF4 气体 Si 2Cl2 高温 SiCl4 常温下为液体 Si O2 SiO2 放热反应 Si 2H2 高温 SiH4 不稳定 2 与碱反应 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 反应实质 Si 4H2O Si OH 4 2H2 Si OH 4 2NaOH NaSiO3 3H2O 总反应 氧化剂 H2O 还原剂 Si 3 与 HF 的反应 Si 4HF SiF4 2H2 5 工业制法 1 SiO2 2C 高温 Si 粗硅 2CO 2 Si 2Cl2 SiCl4 将 SiCl4蒸馏提纯 Si 2NaOH 4H2O Na2SiO3 2H2 3H2O 化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 5 页 3 SiCl4 2H2 高温 Si 高纯硅 4HCl 6 主要用途 用来制造集成电路 晶体管等半导体器件 还可用来制成太阳能电池 硅的合金用来制造变压器铁芯 含硅 4 的钢 耐酸设备 含硅 15 的钢 等 五 二氧化硅 1 晶体结构 空间网状结构 原子晶体 SiO2不表示分子 表示硅和氧按 1 2 组成的原子晶体 每个硅原子周围有 4 个氧原子每个氧原子周围有 2 个硅原子 2 物理性质 熔点高 硬度大 不溶于水的晶体 俗称水晶或石英 3 化学性质 具有酸性氧化物的通性 常温下与氢氟酸 强碱溶液反应外 与其它不反应 1 与碱性氧化物反应 CaO SiO2 高温 CaSiO3 2 与碱反应 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 与碱的稀溶液反应很慢 但与碱的浓溶液很容易反应 生成的 Na2SiO3是一种粘合计 矿物胶 所以碱性溶液可 以保存在玻璃瓶中 但不能用玻璃塞 可以用橡胶塞 3 与酸反应 特性 SiO2 4HF SiF4 2H2O 腐蚀玻璃 氢氟酸不能保存在玻璃瓶中 4 与盐反应 制玻璃 SiO2 Na2CO3 高温 Na2SiO3 CO2 SiO2 CaCO3 高温 CaSiO3 CO2 5 具有弱氧化性 SiO2 2C 高温 Si 2CO 制粗硅 或 Si 3C 高温 SiC 金刚砂 2CO 4 用途 制造光导纤维 化学仪器 光学仪器 石英表 钟 仪器轴承等 六 硅酸 原硅酸 硅酸盐 1 原硅酸 白色胶状沉淀 不溶于水 不稳定 脱水后生成硅酸 H2SiO3 硅酸 白色沉淀 不溶于水 是二元弱酸 其酸性比碳酸还要弱 是已知含氧酸中最弱的酸 H2SiO3 2NaOH Na2SiO3 2H2O 2 硅酸钠 化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 6 页 Na2SiO3 2HCl 2NaCl H2SiO3 白色 久置的 NaSiO3溶液在空气中要变浑浊 Na2SiO3 CO2 H2O NaCO3 H2SiO3 此反应可证明 H2SiO3的酸性比 H2CO3弱 3 硅酸盐的表示方法 硅酸盐由于组成复杂 常用氧化物形式来表示 氧化物的顺序 碱性氧化物 两性氧化物 酸性氧化物 水 低价的 写在前面 高价的写在后面 氧化物之间以 隔开 而且系数配置出现分数应化为整数 例如 正长石 KAlSi3O8不能写成K2O Al2O3 3SiO2应写成 K2O Al2O3 6SiO2 2 1 2 1 高岭土 Al2 Si2O5 OH 4可写为 Al2O3 2SiO2 2H2O 4 SiO32 是弱酸的酸根 与 NH4 Al3 Fe3 在溶液中发生双水解反应生成对应的酸和碱 七 传统无机非金属材料 1 水泥 以石灰石 粘土作原料 在高温下发生复杂的物理 化学变化 经熔化 冷却后 再在熟料中加入 3 以下的石 膏以控制凝结速度 即得普通硅酸盐水泥 普通水泥的主要成分是硅酸三钙 3CaO SiO2 硅酸二钙 2CaO SiO2 和铝酸三钙 3CaO Al2O3 等 2 玻璃 以纯碱 石灰石 过量石英为原料 在玻璃熔炉中 高温下发生复杂的物理 化学变化 形成玻璃 玻璃有普通 玻璃 石英玻璃 光学玻璃等 玻璃没有固定的熔 沸点 3 陶瓷 1 制造陶瓷的主要原料 粘土 2 制造陶瓷的一般过程 混合 成型 干燥 烧结 冷却 成为陶器 3 陶瓷的种类 根据原料 烧制温度划分 土器 陶器 瓷器 炻器等 4 比较水泥和玻璃的生产方法 硅酸盐产品水泥玻璃 主要设备水泥回转窑玻璃窑 原料石灰石和粘土纯碱 石灰石 石英 过量 反应原理发生复杂的物理化学变化 Na2CO3 SiO2 高温 Na2SiO3 CO2 CaCO3 SiO2 高温 CaSiO3 CO2 主要成份 3CaO SiO2 2CaO SiO2 3CaO Al2O3 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 反应条件高温高温 化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 7 页 碳及 其 化 合 物 的 知 识 网络 硅及 其 化 合 物 的 知 识 网络 Ca HCO3 2 C CO2 CaCO3 CaC2C2H 2 C O 有机物 NH4HCO3 CH4 H2CO3 Na2CO 3 NaHCO3 O2 SiC CCl4 不完全燃烧O2 不足 O2 不足 O2 CuO 炽 热的碳 NH3 H2O O2 点燃 H2O CaO Si Cl2 Mg 点燃 O2 点 CuO C CO Na2O2 NaOH H2O NaOH H Ca OH 2 高温 H Ca2 CO2 H2O Ca OH 2 CO2 水 OH 加热 Na2SiO3 CO2 H2O NaOH H2SiO3 SiH4 Si SiO2 CaSiO3 SiF4 H4SiO4 SiC SiCl4 O2 自燃 H2 O2 FeO 高温 F2 HF Cl2 高温 H2 高温 C 高温 C 高温 足量 Na2CO3 高温 NaOH 溶液 CaO CaCO3 Ca2 H2O C 适量 化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 8 页 氮族元素 一 氮族元素 1 氮族元素 包括氮 7N 磷 15P 砷 33As 锑 51Sb 铋 83Bi 五种元素 最外层有 5 个电子 电子层数不同 是 VA 元素 2 氮族元素性质比较 N2PAsSbBi 颜色无色 白磷 白色或黄色 红磷 红棕色 灰砷 灰色银白色银白色或微显红色 状态气体固体固体固体固体 密度 逐 渐 增 大 熔点 沸点先按 N2 P As 的顺序逐渐升高 而后按 Sb Bi 的顺序逐渐降低 相似性 最外层电子数均为 5 个 均能获得 3 个电子 稳定结构 在最高价氧化物中化合价都为 5 化学式为 R2O5 在气态氢化物中都显 3 价 化学式为 RH3 最高价氧化物的水化物的化学式为 HRO3或 H3RO4 递变规律 按氮 磷 砷 锑 铋的顺序 随着核电荷数的增加 电子层数增多 原子半径增大 原子核对最 外层电子的引力减弱 得电子能力减弱 失电子能力增强 非金属性减弱 金属性增强 在氮族元素的单质中 氮 磷具有较明显的非金属性 砷虽然是非金属 但有一些金属性 锑 铋为金属 元素先 3 价趋势增强 3 价趋势减弱 氢化物的稳定性降低 还原性增强 最高价氧化物的水化物酸性减弱 碱性增强 二 氮 一 氮气 1 分子结构 电子式 结构式 N N 分子里 N N 键很牢固 结构很稳定 2 物理性质 无色无味气体 难溶于水 密度与空气接近 所以收集 N2不能用排空气法 3 化学性质 通常氮气的化学性质不活泼 很难与其他物质发生反应 只有在高温 高压 放电等条件下 才能使 N2中的共价键断裂 从而与一些物质发生化学反应 N2 3H2 2NH3 N2 O2 2NO 3Mg N2Mg3N2 Mg3N2 6H2O 3Mg OH 2 2NH3 二 氨气 1 分子结构 氨分子的结构 NH3的电子式为 结构式为 氨分子的结构为三角锥形 N 原子位于 锥顶 三个 H 原子位于锥底 键角 107 18 是极性分子 2 物理性质 氨是无色 有刺激性气味的气体 比空气小 放电 点燃 高温 高压 催化剂 化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 9 页 氨易液化 在常压下冷却或常温下加压 气态氨转化为无色的液态氨 同时放出大量热 液态氨气化时要吸收 大量的热 使周围的温度急剧下降 氨气极易溶于水 在常温 常压下 1 体积水中能溶解约 700 体积的氨气 因此 氨气可进行喷泉实验 氨对人的眼 鼻 喉等粘膜有刺激作用 若不慎接触过多的氨而出现病症 要及时吸入新鲜空气和水蒸气 并 用大量水冲洗眼睛 3 化学性质 能使润湿的红色石蕊试纸变蓝 1 氨水 NH3 H2ONH3 H2O NH4 OH NH3 H2ONH3 H2O 2 与酸的反应 NH3 HClNH4Cl 3 氨与氧气的反应 4NH3 5O2 4NO 6H2O 4 氨气的用途 是氮肥工业及制造硝酸 铵盐 纯碱的原料 是有机合成工业如合成纤维 塑料 染料 尿素等的常用原料 用 作冰机中的致冷剂 5 氨气的实验室制法 1 反应原理 固态铵盐 如 NH4Cl NH4 2SO4等 与消石灰混合共热 2NH4Cl Ca OH 2 CaCl2 2NH3 2H2O 2 发生装置类型 固体 固体加热型装置 与制 O2相同 3 干燥方法 常用碱石灰 CaO 和 NaOH 的混合物 作干燥剂 不能用浓 H2SO4 P2O5等酸性干燥剂和 CaCl2干燥氨气 因为它们都能与氨气发生反应 CaCl2与 NH3反应生成 CaCl2 8NH3 4 收集方法 只能用向下排气法 并在收集氨气的试管口放一团棉花 以防止氨气与空气形成对流而造成制得的氨气 不纯 5 验满方法 将湿润的红色石蕊试纸接近集气瓶口 若试纸变蓝色 则说明氨气已充满集气瓶 将蘸有浓盐酸 的玻璃棒接近集气瓶口 有白烟产生 说明氨气已充满集气瓶 注意注意 制氨气所用的铵盐不能用 NH4NO3 NH4HCO3 NH4 2CO3等代替 因为 NH4NO3在加热时易发生爆炸 而 NH4HCO3 NH4 2CO3极易分解产生 CO2气体使制得的 NH3不纯 消石灰不能用 NaOH KOH 等强碱代替 因为 NaOH KOH 具有吸湿性 易潮解结块 不利于生成的氨气逸出 而且 NaOH KOH 对玻璃有强烈的腐蚀作用 NH3极易溶于水 制取和收集的容器必须干燥 实验室制取氨气的另一种常用方法 将生石灰或烧碱加入浓氨水中并加热 有关反应的化学方程式为 CaO NH3 H2OCa OH 2 NH3 加烧碱的作用是增大溶液中的 OH 浓度 促使 NH3 H2O 转化为 NH3 这种制氨气的发生装置与实验室制 Cl2 HCl 气体的装置相同 三 铵盐 1 化学性质 1 受热分解 NH4Cl NH3 HCl NH3 HCl NH4Cl 试管上端又有白色固体附着 NH4NO3N2O 2H2O NH4 2CO32NH3 CO2 H2O NH4HCO3NH3 CO2 H2O 微热 催化剂 化学 内部资料 请勿外传 翰臣教育 版权所有 龙海校区 港林路 33 号 林滨海鲜馆旁 0596 6522611 有进步 学习当然快乐 有进步 学习当然快乐 港尾校区 鸿江路 366 号 港尾中学旁 0596 6885611 第 10 页 2 与碱的反应 NH4 OH NH3 H2O 检验 NH4 四 硝酸 1 物理性质 纯硝酸是无色 易挥发 沸点为 83 有刺激性气味的液体 打开盛浓硝酸的试剂瓶盖 有白雾产生 与盐酸相同 质量分数为 98 以上的浓硝酸挥发出来的 HNO3蒸气遇空气中的水蒸气形成的极微小的硝酸液滴而产生 发烟现象 因此 质量分数为 98 以上的浓硝酸通常叫做发烟硝酸 2 化学性质 1 不稳定性 4HNO32H2O 4NO2 O2 2 强氧化性 C 4HNO3 浓 CO2 4NO2 2H2O 金属 HNO3 浓 硝酸盐 NO2 H2O 金属 HNO3 稀 硝酸盐 NO H2O 例 Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O 氮的氧化物一氧化氮 NO 二氧化氮 NO2 物理性质 为无色 不溶于水 有毒的气体为红棕色 有刺激性气味 有毒 的气体 易溶于水 化学性质 极易被空气中的 O2氧化 2NO O2 2NO2 NO 中的氮为 2 价 处于中间 价态 既有氧化性又有还原性 与 H2O 反应 3NO2 H2O 2HNO3 NO 工业制 HNO3原理 在此反应中 NO2同时作氧化剂和还原剂 3 浓 HNO3与浓盐酸按体积比 1 3 配制而成的混合液叫王水 王水溶解金属的能力更强 能溶解金属 Pt Au 五 硝酸盐 1 物理性质 硝酸盐都易溶于水 2 化学性质 1 受热分解 2KNO3 2KNO2 O2 三 磷及其化合物 一 磷单质 白 磷红 磷 1