第四章 碳族元素PPT课件

一 碳 硅单质 卤化物 含氧化合物的结构 制备和性质 二 锡 铅单质 卤化物 含氧化合物 硫化物的结构 制备和性质 三 碳族元素性质递变规律 12 1碳族元素通性 A族C 碳 Si 硅 Ge 锗 Sn 锡 Pb 铅 CSiGeSnPb价电子结构ns2np2主要氧化态 4 2 4 4 2 4 2 4 2电负性2 251 902 01 IV 1 96 IV 2 33 IV 碳族元素存在形式 碳 金刚石 石墨 煤 石油 天然气 碳酸盐 CO2 硅 SiO2和各种硅酸盐 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 锡石 方铅矿 碳族元素的单质 12 2碳 1 金刚石无色透明固体 原子晶体 高熔点 高沸点 高硬度 结合力为共价键 不导电 化学性质不活泼 碳的同素异形体 2 石墨灰黑 不透明固体 过渡型晶体 层 层之间范德华力 导电 导热 解离性 化学性质比金刚石稍活泼 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 3 足球烯或富勒烯 C60 C70等 C60 球形 C70 椭球形 4 纳米碳管 5 金刚石和石墨的转化 金属导电性 半导体性质 碳的化合物 分子极性很小 与N2 CN NO 互为等电子体 都有14个电子 一氧化碳 无色 无味 几乎不溶于水的气体 毒性很大 HmFe II O2 CO q HmFe II CO O2 g CO对HmFe II 络合能力为O2的230 270倍 CO使人中毒机理 强还原性 PdCl2 CO H2O Pd 灰黑色 CO2 2HCl检测微量CO的存在 2CO O2 2CO2 2CO 2Ag NH3 2OH 2Ag NH4 2CO3 2NH3 一氧化碳 Fe2O3 s 3CO 2Fe 3CO2 工业还原剂 燃烧 强配位性 与过渡金属形成羰基配合物 利于分离提纯金属生成Fe CO 5Ni CO 4Cr CO 6等 分子结构 二氧化碳 无色无味无毒气体 加压易液化 空气中二氧化碳含量过高时 也会使人因缺氧而发生窒息 干冰 雪花状固态CO2 冷冻温度可达203 193K 酸性氧化物CO2 2NaOH Na2CO3 H2O CO2灭火器不可用于活泼金属Mg Na K等引起的火灾CO2 2Mg 2MgO C 微溶于水 部分生成碳酸 其余为CO2 nH2OCO2 H2O H HCO3 点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和碳 CO2化学性质 碳的卤化物 用作溶剂 CF4 CCl4 制冷剂 CF2Cl2 CFCl3 碳酸 H2CO3二元弱酸 H2CO3 H HCO3 Ka1 4 2 10 7 CO2 H2O H2CO3K 1 8 10 3 CO2溶于水 大部分CO2 H2O 极小部分H2CO3 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 碳酸盐 同一周期金属 从左到右 碳酸盐稳定性降低K2CO3 CaCO3 ZnCO3 过渡金属碳酸盐稳定性差CaCO3PbCO3ZnCO3FeCO3分解T 900315350282 碳酸盐的溶解度 易溶盐 碱金属碳酸盐 Li2CO3除外 和碳酸铵易溶于水 对应的碳酸氢盐溶解度较小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 氢氧化物碱性较强的金属离子 生成碳酸盐沉淀例如 Ba2 Sr2 Ca2 和Ag 等 氢氧化物碱性较弱的金属离子 生成碱式碳酸盐沉淀 可溶性碳酸盐与金属离子作用的产物类型 Pb2 Bi3 Cu2 Cd2 Zn2 Hg2 Co2 Ni2 和Mg2 等 水解性强 两性金属离子 生成氢氧化物沉淀例如 Al3 Fe3 Cr3 Sn2 Sn4 和Sb3 等 12 3硅 晶型硅和无定型硅 互为同素异形体 1 灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体2 熔 沸点高 硬度大3 晶型硅是良好的半导体 硅主要用在集成电路 晶体管 硅整流器等半导体材料 还可制成太阳能电池 硅的合金可用来制造变压器铁芯等 集成电路 晶体管 单质硅 高温下化学性质活泼 常温下 硅的化学性质不活泼 除氢氟酸 氟气 强碱外 不跟其他物质反应 化学性质 1 与非金属 与Li Mg形成离子型硅化物 与Fe Co形成金属型硅化物 具有合金结构 室温下很稳定 表层有致密SiO2膜 2 与某些金属 3 与酸反应 4 与碱反应 无定型硅 在含氧酸中被钝化 在高锰酸钾 过氧化氢 硝酸等氧化剂存在下反应与氢氟酸反应 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 硅烷通式SinH2n 2 无色无臭气体或液体 熔沸点低 热稳定性差 易溶于有机溶剂 化学性质 强还原性还原性CH4 SiH4SiH4 2O2 SiO2 2H2OSiH4 8AgNO3 2H2O 8Ag SiO2 8HNO3SiH4 2KMnO4 2MnO2 K2SiO3 H2 H2O两个反应都可检验硅烷 SiH4被大量用于制高纯硅 硅的卤化物氟硅酸盐 硅的卤化物 SiF4配位反应 硅的卤化物强烈水解 CCl4不水解 都是共价化合物 熔沸点低 非极性分子 SiCl4 l 3H2O l H2SiO3 s 4HCl aq SiF4 2F SiF62 都是无色SiF4为气体 SiCl4 SiBr4为液体SiI4为固体 氟硅酸盐 SiF4易与HF形成氟硅酸 纯碱溶液吸收SiF4气体 得白色的Na2SiF6晶体 SiF4 2HF H2SiF6相当于H2SO4的强度 3SiF4 2Na2CO3 H2O 2Na2SiF6 H2SiO3 2CO2 Na2SiF6杀虫剂防腐剂 Na K Ba的氟硅酸盐难溶于水 Li Ca的盐溶于水 SiF4与碱金属氟化物反应 得氟硅酸盐 SiF4 2KF K2SiF6 硅的含氧化合物 二氧化硅 天然的二氧化硅分为晶型和无定型两大类 晶型二氧化硅主要存在于石英矿中 纯石英为无色晶体 大而透明的棱柱状石英为水晶 二氧化硅 原子晶体 整个晶体可看作是一个巨大分子 SiO2是最简式 纯SiO2硬度大 熔点高 SiO2化学性质 3 与HF反应SiO2 4HF SiF4 2H2O 玻璃雕花 不能用玻璃瓶盛浓碱液 硅酸和硅酸盐 1 H4SiO4正硅酸 为原酸 脱水得到一系列酸 二元弱酸Ka1 2 10 10 Ka2 10 12 偏硅酸H2SiO3SiO2 H2O二硅酸H6Si2O72SiO2 3H2O三硅酸H4Si3O83SiO2 2H2O二偏硅酸H2Si2O52SiO2 H2O 2 H2SiO3组成最简单 习惯用其代表硅酸 原称偏硅酸 注意 硅酸不能用SiO2与水反应制得 只能由可溶性硅酸盐与酸反应生成 Na2SiO3 2HCl H2SiO3 2NaCl 硅胶 化学式SiO2 xH2O或mSiO2 nH2O 无色透明或乳白色颗粒 具有多孔结构 有较强的吸附性 吸湿量能达到40 左右 用于气体干燥 气体吸收 液体脱水 吸附剂 市场出售的变色硅胶是z在硅酸凝胶加入氯化钴 干燥活化后制得的一种干燥剂 CoCl2 CoCl2 6H2O 蓝色 粉红色 硅酸盐 分子筛 可溶性 Na2SiO3 水玻璃 K2SiO3不溶性 大部分硅酸盐难溶于水 且有特征颜色 灰白色脆性金属 金刚石型 半导体 高电阻 化学稳定 与酸反应不与非氧化性酸作用 与氧化性酸生成 4价化合物 1 锗 与碱反应 12 4锗锡铅 三种同素异形体 白锡常见 银白色 硬度居中金属 2 锡 锡制品长期处于低温 自行毁坏 锡疫 拿破仑的纽扣 化学性质 与稀HCl反应慢与稀H2SO4难反应 2 与碱反应 1 与酸反应 亚锡酸钠 3 铅 暗灰色 重而软金属 1 与酸反应Pb与非氧化性酸及氧化性酸作用生成 2价化合物 Pb 2HCl 稀 PbCl2 s H2 反应很快中止 Pb H2SO4 稀 PbSO4 s H2 反应很快中止 3Pb 8HNO3 稀 3Pb NO3 2 2NO 4H2O 铅在空气中氧化 形成氧化膜保护层Pb O2 2H2O 2Pb OH 2 Pb 2NaOH Na2PbO2 H2 3 与碱反应 金属性强弱 生成产物的溶解性 价态稳定性 Ge Sn与浓硝酸反应生成难溶性含氧酸 亚铅酸钠 与酸反应 氧化物和氢氧化物 氧化物 四氧化三铅 Pb3O4 铅丹 鲜红色可看作 2PbO PbO2 Pb3O4 部分溶于硝酸 PbO2 s 4HCl 浓 PbCl2 Cl2 2H2O 2PbO2 2H2SO4 2PbSO4 O2 2H2O 2 PbO2强氧化性 2Mn NO3 2 5PbO2 6HNO3 2HMnO4 5Pb NO3 2 2H2O 氢氧化物及含氧酸盐 四羟基合锡酸钠 三羟基合铅酸钠 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 两类MX2MX4 2Hg2Cl2 SnCl2 2Hg 黑 SnCl4 2HgCl2 SnCl2 Hg2Cl2 白 SnCl4 1 SnCl2还原性 卤化物 检定Hg2 或Sn2 2 PbCl2难溶于冷水 易溶于热水 溶于盐酸 PbCl2 HCl H PbCl3 三氯铅烷 配制SnCl2溶液时 先将SnCl2溶解在少量浓盐酸中 再用水稀释 在溶液中加少量Sn粒 3 水解 SnCl2 H2O Sn OH Cl HCl PbCl4 碱式氯化亚锡 硫化物 SnS 4HCl H2SnCl4 H2SPbS 4HCl H2PbCl4 H2SSnS2 6HCl H2SnCl6 2H2S 均不溶于稀盐酸配位溶解 浓HCl 四氯合亚锡酸 六氯锡酸 碱溶 SnS PbS不溶 PbS与HNO3作用 硫代锡酸钠 探讨性教学之硅胶干燥剂 主要成份是SiO2 nH2O 其含量在98 以上 无毒无味 化学性能稳定 比表面积大 表面亲水 对水有很强的吸收能力 吸水量可达自身重量的80 100 以上 食品级的硅胶可以作为食品