无机化学课件-碳族

第十七章碳族元素§17.5锡、铅的化合物§17.4硅的化合物§17.3碳的化合物§17.2碳族元素的单质§17.1碳族元素概述§17.6无机化合物的水解性本章重点：◆碳的氧化物、碳酸盐；◆锡和铅的化合物；◆无机盐的水解性。17.1碳族元素概述价电子构型：ns2np2

氧化值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。存在惰性电子对效应同族元素自上而下低氧化态(n-2)化合物比高氧化态(n)化合物稳定性增加的现象。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。图锡石SnO2方铅矿PbS单质17.2碳族元素的单质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）图石墨(sp2杂化)金刚石(sp3杂化)C60足球烯，富勒烯，C60(sp2杂化)END性质硅单质：无定形体和晶体，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：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。13.2℃161℃灰锡(α锡)白锡(β锡)脆锡锡疫？化性化学性质：碳硅常温下高温下锡与碱作用铅锡：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××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？8、比较热稳定性：Na2CO3MgCO3

MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3

Na2CO3和NaHCO39、举例说明Sn（Ⅱ）的还原性？10、举例说明Pb（Ⅳ）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？17.3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？结构性质：①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。②还原剂：③剧毒：结构：CO(6+8=14e-)与N2（2×7=14e-）是等电子体,结构相似。一个σ键两个π键:CO::CO:检COCO22.二氧化碳(CO2)

：OCO：经典的分子结构：O=C=OOC=O双键键长124pm(在CH3--C--CH3中)CO叁键键长113pmCO2中，碳、氧之间键长116pmC：sp杂化非极性分子，加压液化得固体二氧化碳—干冰图碳酸

3.碳酸及其盐CO2溶于水，大部分CO2•H2O，极小部分H2CO3CO32-的结构：CO32-(6+3×8+2=32e-)与BF3(5+3×9=32e-)为等电子体。C：sp2杂化2--71-332104.4

HCOH

COH×=++K11-2-23-3104.7

COH

HCO×=++K稳定性碳酸及其盐的热稳定性：

①H2CO3<MHCO3<M2CO3

②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M③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：[]2-M2+MCO3MO+CO2

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。溶解性碳酸盐的溶解度：易溶盐：Na2CO3NaHCO3K2CO3KHCO3100℃溶解度451615660(g/100gH2O)2----

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：

)(

OHHCO

OHCO--32-23强碱性++

OHCOHOHHCO-322-3++END①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：②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。③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。(g)3CO(s)Al(OH)2O3H3COAl2232-233++++(g)CO(s)CO(OH)MgOH2CO2Mg23222-232++++(g)CO(s)CO(OH)CuOH2CO2Cu23222-232++++碳酸钠的制备：索尔维（Solvay）氨碱法？侯德榜联合制碱法？硅???17.4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：砂粒石英粘稠液体石英玻璃（过冷液体）～1600℃急剧冷却具有特殊性能图水晶石英盐黑曜石紫晶缟玛瑙玛瑙(yao)结构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：①与碱作用腐蚀玻璃②与HF作用盐H4SiO4原硅酸硅酸H2SiO3偏硅酸xSiO2•yH2O多硅酸性质：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。胶冻状硅酸硅胶-H2O盐2.硅酸及硅酸盐可溶性：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

*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：卤化物5.硅的卤化物SiX4

SiF4SiCl4SiBr4SiI4聚集态glls（氟硅酸）水解：熔沸点低 高

分子量小大制取：刻蚀玻璃锡铅17.5锡、铅的化合物1.锡、铅的氧化物和氢氧化物HNO3或HAcH+放置H+-26][Sn(OH)32)(s,SnOH-白α4Sn+过量OH-适量OH--3][Pb(OH)2)(s,Pb(OH)

白2Pb+适量OH-过量OH--24][Sn(OH)

2)(s,Sn(OH)白2Sn+过量OH-适量OH-浓HNO3

)(s,SnOH-

Sn32不溶于酸或碱白βOH4NOSnOH)(4HNOSn22323+++浓β-Sn(II)Sn(II)的还原性沉淀白→灰→黑Sn2+,Hg2+的相互鉴定鉴定Bi3+的反应Sn0.136Sn

0.154

Sn/V24A-++E-Sn0.79][Sn(OH)0.96-][Sn(OH)/V24-26B-E如何配制和保存SnCl2溶液？Pb(IV)Pb(IV)的氧化性Pb0.58PbO0.25PbO

/VPb0.126Pb1.45PbO

/V2B22A--+EEOHNaClPbONaClOPb(OH)222+++22-422O2H5Pb2MnO4H2Mn5PbO+++++++2222O2HClPbCl)4HCl(PbO+++浓2224422O2HO)2Pb(HSOSO4H2PbO++++++224422O2HO2PbSOSO2H2PbO其它四氧化三铅(Pb3O4)----铅丹：鲜红色可看作：4HNOPbOPb342+O2H)(PbO)2Pb(NO2223++褐色三氧化二铅(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)4Pb(OH)4

PbO2Sn(OH)2Pb(OH)2盐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：硫化物Pb2+Pb(OH)3-

PbCl2(白)PbSO4(白)

PbI2(黄)PbCrO4

(黄)PbCl42-Pb(HSO4)2PbI42-Pb2++Cr2O72-浓HCl浓H2SO4I-HNO3OH-

PbCrO4溶于过量的碱，此点与黄色BaCrO4有别，SrCrO4溶于HAc，不溶于碱