第15章 碳族元素

1、第十五章第十五章 碳族元素碳族元素15.1 概述元素名称 碳硅锗锡铅元素符号 CSiGeSnPb金属性非金属准金属准金属金属金属主要氧化数+4，+2+4，+4，+2+4，+2（+4），+2单键键能 345.6222-X-O键键能357.7450.0-成键特点多个共价键，四面体四面体-讨论 +4氧化态铅强氧化性惰性电子对效应 分析铅的元素电位图,注意+4氧化态铅的氧化性，+2氧化态锡的还原性 碳易形成长链状化合物 C-C键强， 硅易形成多硅酸盐 Si-O键强Sn4+Sn2+Sn0.15-0.14PbO2Pb2+Pb1.455-0.1261 碳的同素异形体15.2 碳及其化合物金刚石石墨富勒烯焦炭

2、重要的冶金用还原剂 金属冶金中的热力学 自由能温度图及其应用 用热力学方法判断（计算）冶金反应能否发生，发生的最低温度T以前：G1 G2 反应:MnO+C=CO+Mn G 0 非自发(1) 2C+O2=2CO(2) Mn+O2=2MnOTT以后：G1 G2 反应:MnO+C=CO+Mn G 0 自发2-2单质的重要性质 硅：半导体材料Si+2Cl2=SiCl4与碱反应：Si+NaOH+H2O=Na2SiO3+H2Sn+2HCl=SnCl2+H23Sn+8HNO3=3Sn(NO3)2+2NO+4H2OSn+4HNO3=H2SnO3+4NO2+H2OSn+2OH-+2H2O=Sn(OH)42-+H

3、2白锡锡 疫13.2以下 灰锡（无定形） 161以上脆锡（斜方）锡：2Pb+O2+CO2+H2O= Pb2(OH)2CO3铅冶炼 SiO2+2C+2Cl2=SiCl4+2CO SiCl4+Zn=Si+2ZnCl2GeCl4+(x+2)H2O=GeO2.xH2O+4HClGeO2+2H2=Ge+2H2OSnO2+2C=Sn+2CO2PbS+3O2=2PbO+2SO2PbO+C=Pb+CO如何制高纯硅和锗?电解精制高纯的锡铅,电解质用什么?区域熔炼H2SiF62-3 碳的氧化物COCO CO2结构OCO与N2等互为等电子体与N3-、N2O等为等互为等电子体CO2（干冰）灭火器与泡沫灭火器及干粉灭火

4、器的区别及应用性质：CO具有还原能力和较强配位能力 CO+PdClCO+PdCl2 2+H+H2 2O O = COCO2 2+2HCl+Pd+2HCl+PdFe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8其中其中C是配位原子。是配位原子。CO中毒HbH2O+O2 HbO2+H2O HbO2+CO HbCO+O2 其它氧化物 二氧化硅： 原子晶体 与HF反应：SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O与碱反应:SiO2+2OH-=SiO32-+H2O铅的氧化物PbO Pb3O4 Pb2O3 PbO2Pb(OH)3- +ClO- =PbO2+Cl-+H2O

5、PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2+2H2OPbO2+2Mn2+4H+=5Pb2+2MnO4-+2H2OHF腐蚀玻璃装碱的试剂瓶不能用玻璃塞PbO2的强氧化性（1 1）. . Mn+电荷高,极易水解，如 Al3+,Fe3 +,Cr3+ 加入CO32-互相促进,发生双水解反应。 Al2(SO4)3+Na2CO3+H2O = Al(OH)3+Na2SO4+CO2 （2）. Mn+可水解,其氢氧化物溶解度与碳酸盐差不多,生成碱式盐沉淀，如Be2+,Mg2+,Cu2+。 2 Mg2+ +2 CO32 +H2O = Mg2(OH)2CO3+CO2 2 Be2+ +2 CO32 +H2O = Be2(

6、OH)2CO3+CO2 （3）. Mn+ 水解程度小,碳酸盐溶解度小,生成碳酸盐沉淀， 如Ca2+,Sr2 +,Ba2 +: Ba2 + +CO32 = BaCO32-4.碳酸盐 Mn+与可溶性碳酸盐的反应特点酸式盐的溶解性CaCO3 NaHCO3 ( NH4)2CO3 NH4HCO3 H4SiO4 原硅酸 H2SiO3 偏硅酸 xSiO2yH2O 多硅酸胶冻状硅酸硅胶H2O硅酸盐结构复杂, 硅氧四面体为基本骨架。硅酸钠：Na2OnSiO2 Cu2+ Na2SiO3 = CuSiO3 + 2H+泡沸石：Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O硅酸5 硅酸与硅酸盐(a) SiO44 (b) S

7、i2O76 (c) Si4O128 (d) Si6O1812 沸石分子筛硅铝酸盐硅铝酸盐: : M2/nOAl2O3xSiO2yH2O 孔道孔道空腔空腔, ,吸附不同大小的分子吸附不同大小的分子吸附剂吸附剂: : 干燥干燥, ,净化或分离净化或分离催化剂催化剂: : 催化剂载体催化剂载体 广泛应用于化工广泛应用于化工, ,环保环保, ,食品食品, ,医疗医疗, ,能源能源, ,农业及日农业及日常生活常生活, ,石油化工领域石油化工领域常见:A型,Y型,X型,M型2-5 氢化物硅烷:SinH2n+2n值较小,不如烷烃稳定还原性SiH4773KSi+ 2H2SiH4OH-SiO2.nH2O+ 4H

8、2+(n+2)H2O性质:加热分解:水解:SiH4SiO2.+ 2H2O+2O2SiH4+2KMnO4MnO2+K2SiO3+H2O+H2注意其中氢的电负性比硅大,故氢带负电 SnCl4 H2OH2SnO3+HCl (强烈强烈)Sn+Cl2(过过)HClS2 SnS2Na2SnS3Na2SH+SnS2 +H2S SnCl62+H2SHClH2SnCl62-6 Sn2+与 Sn()注意Sn2+的还原性Sn2+Sn4+O2SnSS22SnS32 H+SnS2+H2SH2O,ClHCl+Sn(OH)ClFe3+Sn4+Fe2+OHSn(OH)2OHSn(OH)3Bi3+Bi+Sn(OH)6 2 Hg

9、Cl2Hg2Cl2+ Sn4+Sn2+Hg+ Sn4+如何配制SnCl2用于鉴别如何使这些沉淀溶解?PbCO3+2HNO3 Pb(NO3)2+H2O+CO2PbSO4+OH(过量过量) Pb(OH)3 +SO42PbSO4+NH4Ac(饱和饱和) Pb(Ac)3+SO42+NH4+醋酸铅俗名叫“铅糖”,甜,有毒PbSO4 (白白)PbS (黑黑)PbCrO4(黄黄) PbI2 (黄黄)PbCl2 (白白)PbCO3 (白白)Pb2+的难溶性及Pb()的氧化性PbS + H2O2 PbSO4+H2OPb2+ S+NO+H2OPbS + HCl(浓浓) = H2PbCl4 + H2SPbS + H

10、NO3 现出土的古代壁画、泥桶常常是黑的，因为古代人用铅白作白颜料,铅白与H2S作用成PbS黑色沉淀,因此可用此法使之变白。PbCrO4 + HNO3 = Pb2+ + Cr2O72+ NO3PbCl2 、PbI2 溶于热水PbCl2 + HCl = H2PbCl4 PbI2 + KI = K2PbI4沉淀互相转化:Pb(NO3)2Na2SO4PbSO4(白白)KIPbI2 (黄黄)Na2CO3PbCO3 (白白) PbS PbOPbO2 2( (棕黑棕黑) ) 强氧化剂强氧化剂能氧化能氧化HCl,HHCl,H2 2SOSO4 4,Mn,Mn2+2+PbPb3 3O O4 4 红色红色铅丹铅丹

11、(2PbOPbO(2PbOPbO2 2) )PbO2 + Mn2+ + H+ MnO42 + Pb2+ + H2OPb3O4 + HNO3 = Pb(NO3)2 + PbO2 + H2OK2CrO4PbCrO4沉淀分离出来:PbO2+HCl(浓浓) PbCl2 + Cl2几种卤化物熔沸点的比较 熔沸点 SnCl2 SnCl4 熔沸点 SnCl2 SnCl4 PbCl2 PbCl4原因？S SnCl2为离子型化合物，熔沸点较优高，SnCl4为共价型化合物，熔沸点较低15-3 无机化合物的水解性1. 1.影响共价化合物水解因素影响共价化合物水解因素中心离子电荷高半径小的离子易水解.如SnCl4 S

12、nCl2; FeCl3 FeCl2;Be2+Mg2+Ca2+Ba2+Al3+ 、Cr3+ 、Ti4+ 等都易水解电子结构类型 18e 8e 中心原子价层结构（中心原子所处周期、配位情 况、空轨、半径大小等）。与离子极化作用一致，离子极化作用越强的离子越易水解。影响共价化合物水解因素影响共价化合物水解因素 空轨道。有能接受水分子配位的空轨道 如CCl4不水解，SiCl4能水解 空间效应（中心原子半径、配体的大小和数量）。 如SF4可水解，SF6不水解，TeF6能水解能水解 电负性效应（中心原子与配体电负性的差异）。 CCl4不水解，NCl3能水解+H2OHClH2O+HClCCl4 不水解 SiCl4水解四步水解2. 2.机理机理 NF3 不水解; PF3水解BCl3+ H2O H2O水解水解 SF4(g)+H2O H2SO3+4HF不水解 冷水冷水水解 TeF6+6H2O H6TeO6+6HFSF4SF6TeF6P(OH)3+3HFNF3 不水解NCl3水解 NCl3+3H2O = NH3+3HClONHCl2+HClONH3 + HClO反复反复水解产物的类型（1）碱式盐 SnCl2+H2O=Sn(OH)Cl+HClBiCl3+H2O=BiOCl+2HCl（2）氢氧化物 AlCl3+3H2O=Al(OH