1、本節要求： 1. 熟悉C、Si元素及其化合物的結構特點和性質 2. 熟悉碳的主要化合物(CO、CO2、碳酸、碳酸鹽) 的結構特點和性質； 3. 熟悉Sn2+的還原性、Pb2+的溶解性、PbO2和NaBiO3的氧化性及其它們氫氧化物的酸堿性規律。碳族元素包括：碳C、硅Si、鍺Ge、錫Sn、鉛Pb碳族元素的價層電子構型：A ns2np213.2 碳族元素-P555-582石墨硅(矽)石墨硅(矽)Si錫鉛是一種重金屬，有毒(慢性中毒，尤其對小孩嚴重，輕則智力低下、重則弱智)。鉆 石玻 璃地磚魚缸水晶石英鹽黑曜石紫晶縞瑪瑙瑪瑙水泥瓷人面魚紋陶盆（陜西半坡出土）石 英 玻 璃 坩 堝氮化硅陶瓷制品光導纖

2、維 太陽能汽車 相似性遞變性原子半徑增大熔沸點逐漸降低密度逐漸增大氫化物穩定性逐漸減弱最高氧化物對應水化物的酸性逐漸減弱非金屬性減弱、金屬性增強最外層都有4個電子原子結構原子結構單質物性化性一. 碳族元素性質規律的概述 此外，從上到下+4價化合物穩定性降低，而+2價化合物的穩定性增強(分別從CO2、PbCl2的穩定性來記憶惰性電子對效應)。碳族元素及其單質的一些重要性質元素名稱元素符號原子半徑(nm)主要化合價單質的性質 顏色、狀態 密度( gcm-3) 熔點 () 沸點 ()碳C0.077+2,+4金剛石： 無色固體石墨： 灰黑色固體 3.51 2.25355036523697(升華) 48

3、27 4827硅Si0.117+2,+4晶體硅： 灰黑色固體 2.32 2.34 1410 2355鍺Ge0.122+2,+4 銀灰色固體 5.35937.4 2830錫Sn0.141+2,+4 銀白色固體 7.28231.9 2260鉛Pb0.175+2,+4 藍白色固體 11.34327.5 1740二、碳單質及其主要化合物1. 碳單質 金剛石、石墨、C60(同素異形體) 金剛石與石墨物理性質差別大的原因主要是它們的結構不同：金剛石是原子晶體; 石墨是層狀晶體(混合晶體) 古代的“藥金”外觀與金相似，被認為是金子。 冶煉方法如下：將碳酸鋅、赤銅（Cu2O）、木炭混合加熱至800得金光閃閃的

4、“藥金”。 （1）“藥金”的主要成分是Zn, Cu （2）有關冶煉的化學方程式是ZnCO3 = ZnO + CO2、C + 2Cu2O = 4Cu + CO2 C + 2ZnO = 2Zn + CO2沒有碳就不會有生命10928金剛石- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

5、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 120共價鍵范德華力石 墨C60對C60的發現的三位化學家獲得了1996年諾貝

6、爾化學獎。足球分子C60晶體結構碳的同素異形體比較 同素異形體金剛石石墨C60(富勒烯)晶體結構正四面體，空間網狀的原子晶體平面層狀六邊形結構，層間以范德華力結合32面體，具有12個五邊形，20個六邊形，類似足球形狀主要性質熔、沸點高，硬度大，難溶，不導電熔點高，質軟有滑膩感，良導體 熔點較低主要用途鉆具、裝飾品潤滑劑、電極、鉛筆芯、耐火材料形成的化合物有超導性。有些可作高溫潤滑劑、耐熱和防火材料2、碳的主要化合物：CO： (i)制備 HCOOH + H2SO4(濃)；碳的不完全燃燒。 (ii)結構 三重鍵，一個鍵、二個鍵(其中一個是 配鍵 ) (iii)化學性質 還原性、配位性/加合性。可與

7、許多過渡金屬原子或離子形成羰基配合物，如Fe(CO)5(可解釋CO中毒，其中C是配位原子)CO2： (i)作用 產生溫室效應(一方面有利于植物的生長；另一方面又使地球溫度上升)；易液化(分子間作用力大)可用在人工降雨和制冷；不助燃可作滅火劑(不能用來滅燃燒的鎂)。 (ii)結構 二重鍵，二個鍵、二個大鍵 ： (iii)化學性質 不活潑，與水反應，具有酸性氧化物的性質。一氧化碳與二氧化碳的比較 一氧化碳 二氧化碳物理性質無色、無味、有毒、難溶于水無色、略帶酸味、能溶于水、固態稱干冰化學性質1、可燃性1、不能燃燒、不助燃2、還原性2、氧化性3、不成鹽氧化物3、酸性氧化物實驗室制法 略CaCO3+2

8、HCl=CaCl2+CO2 +H2O工業制法 高溫 C+H2OCO+H2 高溫 CaCO3CaO+CO2H2CO3和碳酸鹽： CO2溶于水后，大部分以水合分子的形式存在，所以溶于水生成碳酸的量少，濃度小；碳酸為二元弱酸，二級解離常數小(10-4、10-7)。碳酸鹽有兩種，它們的特性有： 1. 碳酸鹽除堿金屬和銨外，一般難溶于水。而難溶的碳酸鹽所對應的酸式鹽溶解度較大；反之，易溶的碳酸鹽所對應的酸式鹽溶解度較小（原因是氫鍵在作怪，如下圖）。 2. 可溶性的碳酸鹽作為沉淀劑與金屬離子作用生成難溶物質時，產物是正鹽、堿式碳酸鹽還是氫氧化物， 要根據難溶物質的溶解度確定。（或根據同類沉淀的溶度積常數K

9、sp來決定）如：Ca2+、Mg2+、Cr3+ 、Cu2+與CO3 2 3. 碳酸鹽的熱穩定性較差，它們的差別可用極化理論解釋(如堿土金屬的碳酸鹽)，金屬離子極化力越大，穩定性越差。穩定性的順序為：碳酸鹽酸式鹽碳酸 Mg 2+ + CO3 2 + H2O Mg(OH)2 (s) (Cr 3+) Cr(OH)3 (s)碳酸正鹽與酸式鹽的比較 正 鹽 酸式鹽水溶性 鉀鈉銨鹽易溶于水、其它難溶都溶于水熱穩定性K2CO3、Na2CO3受熱難分解CaCO3、(NH4)2CO3受熱易分解2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O與酸反應CO32- +2H+ CO2+H2OCaCO3+ 2H+ Ca2+CO2

10、+H2OHCO3- +H+ CO2+H2O與堿反應Na2CO3+Ca(OH)2 CaCO3 +2NaOHNaHCO3+NaOH Na2CO3+H2O轉化關系 Na2CO3+CO2+H2O= 2NaHCO3 2NaHCO3 Na2CO3+CO2 +H2O三. 硅單質及其主要化合物：硅單質大規模集成電路太陽能電池瑪瑙硅的分布與存在存在：沒有游離態，只有化合態分布：自然界中分布廣泛，在地殼中居第二位，僅次于氧。是構成礦物和巖石的主要成分。硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體；硅的結構類似于金剛石，難溶于水、熔點和沸點都很高，硬度大；導電性介于導體和絕緣體之間，主要用于半

11、導體材料中。1. 硅(silicon)單質硅的物理性質Si10928晶體硅結構晶體硅硅的化學性質 常溫下，化學性質不活潑，除氟氣、氫氟酸和強堿外，硅不跟其他物質（如氧氣、氯氣、硫酸、硝酸等）起反應。在加熱條件下，能跟一些非金屬反應。Si O2 SiO2Si 2H2 SiH4（不穩定）高溫Si2NaOH H2O Na2SiO3 2H2Si 4HF SiF4 2H2 硅的工業制法 SiO2 2C Si（粗硅）2CO高溫 1、在工業上，用碳在高溫下還原二氧化硅的方法制得粗硅：與氯反應：Si 2Cl2 SiCl4(溫度為400500)高溫SiCl4 2H2 Si 4HCl 生成的SiCl4液體通過精餾

12、，除去其中的硼、砷等雜質。然后用氫氣還原：硅的用途 硅是一種重要的非金屬單質，用途非常廣泛: 作為良好的半導體材料，硅可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件， 還可以制成太陽能電池 可制成有良好導磁性、耐酸性的合金。2. 硅的主要化合物二氧化硅SiO2: (i)又稱為硅石，是一種巨型分子，也有晶體和無定形兩種。自然界的晶體硅又稱為石英、水晶；無定形的SiO2在自然界中有硅藻土、燧石等。 (ii)石英是以SiO4為單元的空間原子晶體，所以分子式并不能代表其結構，同時每個氧原子與兩個硅原子結合。因此它是硅原子與氧原子按1 ：2的原子個數比組成的具有空間網狀結構的晶體。乳石英石英電子表、石

13、英鐘瑪 瑙水晶制品(iii)SiO2化學性質主要為：弱氧化性 是酸性氧化物，可跟強堿溶液或熔融條件下反 應 (如NaOH、Na2CO3)。與氟化氫反應(腐蝕玻璃)與鹽反應（固體）生成硅酸鹽SiO2 2OHSiO32H2OSiO2 + 4HF =SiF4 + 2H2O高溫SiO2 CaO CaSiO3高溫SiO22C Si 2COSiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 高溫(實驗室里盛放堿液的試劑瓶常用橡皮塞，而不用玻璃塞)(氫氟酸用塑料瓶裝，不能用玻璃瓶裝)二氧化硅與二氧化碳的比較二氧化碳CO2二氧化硅SiO2物質分類與堿性氧化物反應與堿反應與水反應均屬于酸性氧化物CO2 CaOC

14、aCO3CaOSiO2 CaSiO3高溫CO2 2NaOH Na2CO3+H2OSiO2 2NaOH Na2SiO3+H2OCO2 H2OH2CO3不反應Si與B的單質和化合物性質相似(對角線規則)二氧化硅的物理性質和用途物理性質：硬度大、熔點高、難溶于水用途：制光導纖維、電子工業重要部件、光學儀器、耐高溫化學儀器。利用石英晶體制造石英電子表、石英鐘等。 江蘇省東海縣素有“水晶之鄉”之稱。1958年在該縣發現我國最大的“水晶王”，質量達3.5t。1983年1月又在該縣南溜村2m深的地下挖出一塊質量為3t，高為1.4m的水晶，同時出土的還有一塊質量為400kg的水晶體。 (i)硅酸H2SiO3

15、： 二元弱酸(10-10,10-12),酸性比碳酸弱。 硅酸容易聚合成膠狀沉淀，所以其組成比較復雜，通常用xSiO2yH2O表示。 膠狀硅酸被除去大部分水可以制的工業上應用廣泛的硅膠，硅膠表面積大，吸附能力強，可用作干燥劑和催化劑的載體。 (ii) 硅酸鹽： 大部分難溶于水(除常見的K2SiO3、Na2SiO3即水玻璃)，一般具有特征顏色。硅酸與硅酸鹽：水中花園正長石(KAlSi3O8)(a) SiO44- (b) Si2O76- (c) Si4O128- (d) Si6O1812- 天然硅酸鹽都難溶，結構復雜，但基本結構單元都是四面體骨架SiO4硅酸鈉：Na2SiO3可以寫成 Na2O Si

16、O2高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4鈣長石：CaAl2SiO6Al2O3 2SiO22H2OCaO Al2O3 SiO2特殊玻璃： 鋼化玻璃、光學玻璃、 化學玻璃、有色玻璃、 變色玻璃、電加溫玻璃、鉀玻璃、 微晶玻璃、 石英玻璃 通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示。主要用于建筑材料，實驗室常見的有分子篩與沸石（鋁硅酸鹽）。見打的閱讀材料。-H2OSiNa2SiO3Na2SiO3SiO2SiF4H4SiO4H2SiO3NaOHO2HFCaOCaSiO3NaOHNaOHHClCO2HClCF2HF石灰石、粘 土復雜的物理化學變化3CaO.SiO2、2CaO.SiO2、3CaO.Al2O3具

17、有水硬性，熱膨脹系數幾跟鐵一樣普通水泥、礦渣硅酸鹽水泥、沸石巖水泥等石灰石、純堿、石英CaCO3 + SiO2= CaSiO3 + CO2Na2CO3 + SiO2=Na2SiO3 + CO2Na2SiO3、 CaSiO3、SiO2沒有一定的熔點，能在一定的溫度范圍內軟化普通玻璃、硼酸玻璃、鉛玻璃、有色玻璃、鋼化玻璃無機非金屬材料材料金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料傳統非金屬材料新型非金屬材料 新型無機非金屬材料：超導材料、光導纖維、高溫結構材料硅酸鹽材料：水泥、玻璃、陶瓷陶瓷：土器、瓷器、炻器四、 錫鉛的主要化合物-P680-6851. 亞錫Sn2+還原性和鑒定：利用下列反應和現象來進行

18、Sn2+、Hg2+的相互鑒定Sn 2+ + 2Fe 3+ Sn 4+ + 2Fe 2+ 白色黑色黑色 SnCl4 H2OH2SnO3+HCl (強烈)Sn+Cl2(過)HClS2 SnS2Na2SnS3Na2SH+SnS2 +H2S SnCl62+H2S HClH2SnCl6 2、Sn2+與 Sn()的互相轉化 H+Sn2+Sn4+O2SnSS22SnS32SnS2+H2SH2O,ClHCl+Sn(OH)ClFe3+Sn4+Fe2+OHSn(OH)2OHSn(OH)3Bi3+Bi+Sn(OH)6 2 HgCl2Hg2Cl2+ Sn4+Sn2+Hg+ Sn4+3. Sn2+的反應：4、Pb(IV

19、) 氧化高鉛PbO2 (棕黑) 的氧化性Pb3O4 紅色鉛丹(2PbOPbO2)Pb3O4 + 2HNO3 = Pb(NO3)2 + PbO2 + H2OK2CrO4PbCrO45.鉛Pb2+的鑒定和Pb2+鹽的難溶鹽少數可溶：Pb(NO3)2, Pb(Ac)2Pb2+ Pb(OH) 3- PbCl2(白) PbSO4(白) PbI2(黃) PbCrO4 (黃) PbCl42- PbHSO4 PbI42- Pb2+Cr2O72-濃HCl濃H2SO4I-HNO3OH-PbCrO4 + HNO3 Pb2+ + Cr2O72+ NO3沉淀互相轉化:Pb(NO3)2Na2SO4PbSO4(白)KIPbI2 (黃)Na2CO3PbCO3 (白) PbS PbCl2 、PbI2 溶于熱水PbCl2 + HCl = H2PbCl4 PbI2 + KI = K2PbI46. 錫Sn2+、鉛Pb2+ 鹽的水解 亞錫很容易水解，配置溶液需在較濃的酸中溶解，否則補充的方程式：NaBiO3 + Mn2