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碳族元素碳族元素本章重点：碳的氧化物、碳酸盐；碳的氧化物、碳酸盐；锡和铅的化合物；锡和铅的化合物；无机盐的水解性。无机盐的水解性。15.1 碳族元素概述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；CC、CC、CC、CH、CO、形式多，键能高，使碳化合物种类逾百万2、SiSi （222KJmol-1）CC（345.6）硅化合物种类远少于碳；SiO（452KJmol-1）CO（357.7）为亲氧元素，SiOSi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。存在存在形式：存在形式：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 4Ag2SGeS2，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15.2 碳族元素的单质碳族元素的单质碳单质的同素异形体：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)性质 硅单质有无定形体和晶体两种，其晶体类似金刚石。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。锗单质是灰白色金属，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 X射线。可作电缆的包皮，核反应堆的防护屏。13.2161灰锡(锡)白锡(锡)脆锡锡疫？化学性质化学性质：碳碳 硅硅常温下高温下与碱作用锡锡 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、为什么CO2为气体，为气体，SiO2为固体？为固体？2、为什么、为什么C的化合物种类远比的化合物种类远比Si的化合物多？的化合物多？3、什么是变色硅胶？有何用途？变色原理？、什么是变色硅胶？有何用途？变色原理？4、比较、比较Sn（II）Pb（II）Sn（IV）Pb（IV）氧化物）氧化物 及其水合物的酸碱性、氧化性和还原性。及其水合物的酸碱性、氧化性和还原性。5、比较、比较Na2CO3和和NaHCO3的溶解性和热稳定性。的溶解性和热稳定性。6、如何用实验证明、如何用实验证明Pb3O4和和Pb2O3的组成？的组成？7、比较、比较SnCl4与与SnCl2的熔点高低？的熔点高低？8、比较热稳定性：、比较热稳定性：Na2CO3 MgCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 Na2CO3和和NaHCO39、举例说明、举例说明Sn（）的还原性？）的还原性？10、举例说明、举例说明Pb（）的氧化性？）的氧化性？11、铅的可溶必性盐？难溶盐？、铅的可溶必性盐？难溶盐？12、如何鉴定、如何鉴定Sn2+、Pb2+？13、SnCl2的水解反应？的水解反应？15.3 碳的化合物碳的化合物1.碳的氧化物碳的氧化物一氧化碳一氧化碳(CO)实验室：实验室：浓H2SO4浓H2SO4制取：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？性质：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。还原剂：剧毒结构：CO(6+8=14e-)与 N2（27=14e-）是等电子体,结构相似。一个键两个键:C O:C O:检 CO2.二氧化碳二氧化碳 (CO2)：O C O：经典的分子结构：O=C=OOC=O双键键长124pm (在CH3-C-CH3中)C O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 3.碳酸及其盐碳酸及其盐 CO2溶于水，大部分CO2H2O，极小部分H2CO3CO32-的结构：CO32-(6+38+2=32e-)与BF3(5+39=32e-)为等电子体。C：sp2杂化2-71-332104.4 HCOH COH=+K11-2-23-3104.7 COH HCO=+K碳酸及其盐的热稳定性：碳酸及其盐的热稳定性：H2CO3MHCO3M2CO3 同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3分解T/100 540 900 1290 1360过渡金属碳酸盐稳定性差 CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解T/900 315 350 282价电子构型 8e_ (18+2)e_ 18e_ (9-17)e_离子极化观点：2-M2+MCO3 MO+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。碳酸盐的溶解度：碳酸盐的溶解度：易溶盐：Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3100溶解度 45 16 156 60(g/100g H2O)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可溶性碳酸盐与金属离子作用的产物类型：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+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：金属离子加入可溶性碳酸盐时，生成沉淀的类型：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。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？?15.4 硅的化合物硅的化合物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水晶水晶石英盐石英盐黑曜石黑曜石紫晶紫晶缟玛瑙缟玛瑙玛瑙玛瑙(yao)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：结构：性质：性质：与碱作用 与HF作用 H4SiO4 原硅酸硅酸 H2SiO3 偏硅酸 xSiO2yH2O 多硅酸性质：性质：H2SiO3溶解度小，是二元弱酸制备：制备：浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶变色硅胶,作干燥剂。胶冻状硅酸硅胶-H2O2.硅酸及硅酸盐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*4.硅的氢化物硅的氢化物(硅烷硅烷 SinH2n+2)n=16性质：性质：最简单的硅烷：SiH4(甲硅烷)自燃水解：水解：强还原性：强还原性：热稳定性差：热稳定性差：制取：制取：（了解）5.硅的卤化物硅的卤化物 SiX4 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4聚集态 g l l s（氟硅酸）水解：水解：熔沸点 低 高 分子量 小 大制取：制取：刻蚀玻璃15.5 锡、铅的化合物锡、铅的化合物1.锡、铅的氧化物和氢氧化物HNO3或HAcH+放置H+-26Sn(OH)32)(s,SnOH-白4Sn+过量OH-适量OH-3Pb(OH)2)(s,Pb(OH)白2Pb+适量OH-过量OH-24Sn(OH)2)(s,Sn(OH)白2Sn+过量OH-适量OH-浓HNO3 )(s,SnOH-Sn 32不溶于酸或碱白OH4NOSnOH)(4HNOSn22323+浓-Sn(II)的还原性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-Sn0.79Sn(OH)0.96-Sn(OH)/V24-26B-E如何配制和保存如何配制和保存SnCl2溶液？溶液？Pb(IV)的氧化性的氧化性Pb0.58PbO0.25PbO /VPb0.126Pb1.45PbO /V2B22A-+EEOHNaClPbONaClOPb(OH)222+22-422O2H5Pb2MnO4H2Mn5PbO+2222O2HClPbCl)4HCl(PbO+浓2224422O2HO)2Pb(HSOSO4H2PbO+224422O2HO2PbSOSO2H2PbO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：PbOPbO2氧化铅：(PbO)：橙黄色Pb的其他氧化物的其他氧化物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)4PbO2Sn(OH)2Pb(OH)22.锡、铅的盐类锡、铅的盐类水解：水解：铅白无色液体，共价化合物，不导电，溶沸点低；强烈水解 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：Pb2+Pb(OH)3-PbCl2(白)PbSO4(白)PbI2(黄)PbCrO4(黄)PbCl42-Pb(HSO4)2 PbI42-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。Pb2+的鉴定：的鉴定：3.锡、铅的硫化物锡、铅的硫化物SnS(棕)SnS2(黄)PbS(黑)SnS+4HCl H2SnCl4+H2SPbS+4HCl H2PbCl4+H2SSnS2+6HCl H2SnCl6+2H2SPbS2均不溶于稀盐酸配位溶解(浓HCl)碱溶 (SnS,PbS不溶)氧化碱溶 (SnS2,PbS不溶)PbS与HNO3作用（硫代锡酸盐，不稳定，遇酸分解）15.6 无机化合物的水解性无机化合物的水解性盐的水解过程：盐的水解过程：盐溶于水后发生水合作用，若离子极化作用强烈足以使水分子中O-H键断裂，则阳离子夺取OH-而释放出H+，或阴离子夺取H+而释放OH-从而破坏水的电离平衡，直到建立新的平衡。强酸的阴离子不水解弱酸的阴离子明显水解阳离子水解能力与极化作用有关。影响1、影响因素：、影响因素：电荷和半径：电荷和半径：电子层结构电子层结构：8e构型不水解18e构型易水解非稀有气体构型易水解NF3不水解，PF3水解；CF4、CCl4不水解，SiCl4水解；BX3水解空轨道：空轨道：Zr的阳离子极化作用强，易水解。外因外界因素：外界因素：温度、酸度温度、酸度2、水解产物的类型：（1）碱式盐（2）（2）氢氧化物（3）含氧酸或水合氧化物小结：阳离子的极化作用愈强，愈容易水解；共价型化合物中电正性原子必须有空轨道 才可能水解；升高温度，促进水解。END结束结束
