第十五章碳族元素

第十五章碳族元素 • §15－1 通性 • §15－2 单质化合物性质 • §15－3元素化合物的水解性

§15－1 碳族元素通性 价电子结构 ns2np2要与外来4个电子共用，或失去电子成+4和+2价 C +4,+2(CO),-4 Si +4, Ge +4,+2 Sn +4,+2 Pb (+4),+2 本族元素较常见而典型的是Sn和Pb

非金属的正高价稳定，而CO中的三重键，使C有＋2价非金属的正高价稳定，而CO中的三重键，使C有＋2价 C≡O与N≡N等电体，虽然同样存在三重键，但活泼性比N2大的多，较强的还原性成键方式最多的仍是第一排的C C成键状况：sp3, sp2,sp杂化，什么方式决定于其周围有几个 键；如CH4，CCl4；COCl2；HCN，C2H2 C—C键能较大 346KJ·mol，所以碳链可以无限地连。 Si—Si 仅2/3C—C ，硅烷的数量不多 C—O<Si—O键能，硅是亲氧元素,所以能构成多数的岩石

-------------------------------→碱性 ┆Ge2+ Sn2+ Pb2+ ┆ 两性(中) 偏碱 ↓GeO2 Sn4+ PbＯ２酸性碱介中： HGeO2－ Sn(OH)3－ Pb(OH)3－ HGeO3－　Sn(OH)62－ PbO2

酸碱性也帮助理解硫化物的溶解问题 SnS(橙) PbS(黑) SnS2(黄) H+↓ ↓S2-,OH-浓H+↓ ↓OH- OH-或S2-↓ ↓浓酸溶不溶溶不溶溶可溶(SnCl62-) SnS+S2-→ × PbS+S2-→× SnS+S22-→SnS32- PbS+S22-→× SnS2 + S2- → SnS32- SnS2 + OH－ → SnS32- +SnO32- SnS+H+ →Sn2+ +H2S

由C族元素的电位图可见，似乎有许多右＞左，可歧化？由C族元素的电位图可见，似乎有许多右＞左，可歧化？如：A：CO2＿-0.12＿CO＿+0.51＿C SiO2＿-0.86＿Si＿+0.102＿SiH4 GeO2＿-0.34＿Ge2＋＿+0.23＿Ge 涉及到气体CO，固体Si,实际上很难歧化，所以尽管这些右＞左，但它们是稳定的在溶液中，则不然。如：Ge2+. 2Ge2++2H2O=Ge+GeO2+4H+

§15－2 单质化合物性质 C多种单质：石墨，金刚石，C60富勒烯,碳纳米管, 活性碳石墨→金刚石：Δ1Gm=2.900KJ·mol-1 Δ1Hm=1.897>0 ΔSm=2.38-5.74=3.36<0 ∴单改变温度无效 ΔG＝ΔV（P2-P1） d石墨＝2.260 d金刚石＝3.515 ΔV﹤0 高温高压15000P（大气压力）

Si:低温下不活泼，不与水、空气、酸反应但与强氧化剂，强碱能作用Si:低温下不活泼，不与水、空气、酸反应但与强氧化剂，强碱能作用 Si+O2=SiO2 Si+2X2=SiX4(在F2中瞬时燃烧) Si+2OH-+H2O→SiO32-+2H2↑ Ge:略比Si活泼在400K时,Ge+Cl2→GeCl4 同时能溶于浓H2SO4和浓HNO3，不溶于NaOH溶液。 ——向金属性趋近

Sn:锡疫 灰锡Sn(粉末)  白锡  脆锡 型＜286K 型 434K 型但合金(如Pb)不发生“锡疫”(容器中常含Pb) Sn、Pb有更强的金属性，可溶于盐酸，热浓时迅速溶解。硝酸不论稀、浓均易溶，但产物不同： Sn+极稀HNO3→Sn(NO3)2+NO↑+H2O Sn+浓HNO3→H2SnO3+NO2↑+H2O 两种锡酸：锡酸，锡酸不溶于水

锡酸怎么得到：SnCl4+OH－ →Sn(OH)4+Cl－ 锡也溶于碱：Sn+OH－ →Sn(OH)42－+H2 两性 Pb:污染环境，但可防护，用X射线照射 Pb+浓HNO3→Pb(NO3)2+NO2↑+H2O (Pb只会是＋2价)

碳族元素制取 Si: SiCl4(bp,330K)+Mg(或Zn)→Si Ge: GeCl4(bp,356K)+H2O→GeO2 GeO2+H2→Ge+H2O SiCl4: SiO2+2Cl2+2C→SiCl4+2CO GeO2,TiO2,B2O3,Al2O3也有类似反应 PbO: 2PbS+3O2 → PbO+2SO2 Pb: PbO +C → Pb+ CO PbO+ CO → Pb + CO2

碳族化合物 ⒈氧化物: CO2成键结构：直线型，234键 CO与N2等电体，有类似结构，三重键，其中有一配位键 CO还原剂:FeO+CO→Fe+CO2 其中：PdCl2+CO+H2O→CO2+Pd↓+2HCl(该反应可用于检测CO的存在) 配合剂：Fe(CO)5,Ni(CO)4,Co(CO)8；与后过渡低价金属，CuCl也可以金属有机化合物是反应的重要原料

SiO2 Si高氧化性；大分子玻璃有效成份， 酸性氧化物，天然存在的晶体：石英 SiO2+4HF(g)→SiF4↑+2H2O SiO2+6HF(l)→H2SiF6+2H2O ∣ GeO2 ∣ SnO SnO2 ↓ PbO,PbO2,Pb3O4 低价稳定 PbO2有很强的氧化性。制备：Pb(OH)3-+ClO-→PbO2+Cl-+OH-+H2O

2.含氧酸及其盐: P746 ①碳盐溶解度： NH4+ ,碱金属盐：正盐易溶，酸式盐微溶碱土金属盐：亚盐难溶，酸式盐可溶 ②水解性： ⅰ）高价两性物：Al3+,Cr3+,Fe3++H2O→氢氧化物 ⅱ）Mg2+～Cu2++CO32-+H2O→碱式盐↓ ③碳酸盐热稳定性：

③碳酸盐热稳定性： （判断分解温度顺序——极化理论解释）稳定性 H2CO3 <NaHCO3 <Na2CO3 Li2CO3 <Na2CO3 <K2CO3 MgCO3 < CaCO3 < SrCO3 < BaCO3 与相应 ZnCO3 SnCO3 MnCO3 FeCO3比比看 ZnCO3 SnCO3 MnCO3 FeCO3< CaCO3< SrCO3 < BaCO3 <Na2CO3 <K2CO3

硅酸盐在矿石中有,P729石英，石棉，沸石，云母，滑石，高岭土硅酸盐在矿石中有,P729石英，石棉，沸石，云母，滑石，高岭土也是重要工业材料： ⅰ）水泥 ⅱ）水玻璃 ⅲ）分子筛：多孔性笼状结构 ⅳ）硅胶问题： ①分子筛的种类、制备、性能和应用？ ②活性炭的的种类、性能、制备方法和应用？ 3．氢化物：CH4,SiH4

4.卤化物. CCl4、CHCl3不水解？ SiCl4、GeCl4、SnCl4、SnCl2易水解对照PCl3 PCl5易水解，NCl3特别的水解，NF3不水解 5.硫化物：SnS(中性) SnS2 PbS(偏碱) As2S5、As2S3(偏酸) Sb2S3 (中性)、Sb2S5 Bi2S3(碱性) 注意非氧化性酸、碱或S2-及S22－溶解情况氧化性酸的溶解：把（S2-）氧化为S

SnS(橙) PbS(黑) SnS2(黄) H+↓ ↓S2-,OH-浓H+↓ ↓OH- OH-或S2-↓ ↓浓酸溶不溶溶不溶溶可溶(SnCl62-) SnS+S2-→ × PbS+S2-→× SnS+S22-→SnS32- PbS+S22-→× SnS2 + S2- → SnS32- SnS2 + OH－ → SnS32- +SnO32-

回顾： As2S3（黄） Sb2S3（橙） Bi2S3（黑）（两性偏酸）中性（碱性） ↓HCl ↓OH﹣或S2﹣ ↓OH﹣ ↓﹥4M HCl 不溶溶不溶溶 As2S3+OH﹣→AsS33﹣+AsO33﹣+H2O As2S3+S2﹣→AsS33﹣ Bi2S3+HCl→BiCl3+H2S↑ As2S3+2S22﹣→2AsS43﹣ Sb2S3+S22﹣→SbS43﹣ Bi2S3则不溶

§15－3元素化合物的水解性 P758一、影响水解因素 ⒈离子电荷高，半径小 Al3+,Si4+ ⒉电子层结构：极化力强的18＋2e,18e,9～17的电子结构易水解； Ca2+ Sr2+ Na＋不易水解 ⒊有空轨道： CCl4不易水解—NF3 SiCl4,SiF4水解—PF3 如何理解NCl3水解的产物

二、水解产物： ⒈碱式盐：金属活泼性Cu～Mg的离子, 如：Sn2+,Bi3+ 氧化物：活泼性＜Cu的离子，如Hg2+、Ag＋ ⒉氢氧化物：两性高价离子Fe3+,Al3+,Cr3+ ⒊含氧酸：非金属卤化物，PCl3 特高价金属化合物，Sn4+

第十五章 碳族元素