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碳族元素无机非金属材料第1页，共21页，编辑于2022年，星期一请你猜谜语请你猜谜语金银铜铁金银铜铁猜我国的一个城市猜我国的一个城市谜底：谜底：无锡无锡请你对对联请你对对联上联是：上联是：无锡锡山山无锡无锡锡山山无锡下联是：下联是：平湖湖水水平湖平湖湖水水平湖黄河河套套黄河黄河河套套黄河长沙沙水水长沙长沙沙水水长沙锡是一种常见的金锡是一种常见的金属，元素号：属，元素号：Sn，核电荷数为核电荷数为50。原子结构原子结构示意图为：示意图为：位于周期表位于周期表的：第的：第周周期第期第族族五五A人们习惯上把第人们习惯上把第A族又叫族又叫碳族元素碳族元素第2页，共21页，编辑于2022年，星期一一、碳族元素一、碳族元素1 1、位置：、位置：第第AA族族第3页，共21页，编辑于2022年，星期一碳：碳：C 硅：硅：Si锗：锗：Ge锡：锡：Sn铅：铅：Pb2 2、成员：、成员：3 3、碳族元素最外层电子数为、碳族元素最外层电子数为4 4，不易失去也不易得到电子，不易失去也不易得到电子，易形成易形成共价化合物共价化合物，碳族元素形成化合物的种类最多。，碳族元素形成化合物的种类最多。4 4、碳族元素非金属性向金属性递变的趋势很明显。在、碳族元素非金属性向金属性递变的趋势很明显。在单质中，碳是单质中，碳是非金属非金属；硅虽外貌像金属，但在化学反应；硅虽外貌像金属，但在化学反应中多显示中多显示非金属性非金属性，通常被认为是非金属；锗的金属性，通常被认为是非金属；锗的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属。比非金属性强；锡和铅都是金属。第4页，共21页，编辑于2022年，星期一5 5、碳族元素的化合价主要有、碳族元素的化合价主要有+4+4和和+2+2，C C、SiSi、GeGe、SnSn的的+4+4价化合物是稳定的，而价化合物是稳定的，而PbPb的的+2+2价化合物是稳定的，价化合物是稳定的，C C、SiSi还有还有-4-4价的化合物。价的化合物。因此，因此，COCO、SnClSnCl2 2有较强的还原性，而有较强的还原性，而PbOPbO2 2有强氧化性。有强氧化性。课堂练习课堂练习试写出下列反应的化学方程式：试写出下列反应的化学方程式：（1 1）ClCl2 2与与SnSn共热共热（2 2）ClCl2 2与与PbPb共热共热（3 3）PbOPbO2 2与浓盐酸共热与浓盐酸共热Sn+2Cl2=SnCl4Pb+Cl2=PbCl2PbO2+4HCl（浓）（浓）=PbCl2+Cl2+2H2O第5页，共21页，编辑于2022年，星期一（6 6）气态氢化物通式：）气态氢化物通式：RHRH4 4CHCH4 4、SiHSiH4 4、GeHGeH4 4、SnHSnH4 4热稳定性依次降低。热稳定性依次降低。还原性性依次增强。还原性性依次增强。SiHSiH4 4+2O+2O2 2=SiO=SiO2 2+2H+2H2 2O O自燃自燃（7 7）最高价氧化物的水化物通式：）最高价氧化物的水化物通式：H H2 2COCO3 3、H H4 4SiOSiO4 4或或H H2 2SiOSiO3 3、H H4 4GeOGeO4 4、酸性依次减弱、酸性依次减弱H H2 2RORO3 3或或H H4 4RORO4 4或或R R（OHOH）4 4GeGe（OHOH）4 4 Sn Sn（OHOH）4 4 Pb Pb（OHOH）4 4GeGe（OHOH）2 2、SnSn（OHOH）2 2、PbPb（OHOH）2 2碱碱性性增增强强碱碱性碱性增强第6页，共21页，编辑于2022年，星期一能形成能形成+4+4价、价、+2+2价的价的化合物化合物能形成通式为能形成通式为RHRH4 4的气的气态氢化物态氢化物最高价氧化物对应水最高价氧化物对应水化物通式为化物通式为H H2 2RORO3 3或或R(OH)R(OH)4 4相似性相似性递变性递变性1 1、原子结构、原子结构最外层都有最外层都有4 4个电子。个电子。2 2、物性、物性单质都是固体。单质都是固体。3 3、化性、化性原子结构原子结构单质物性单质物性化性化性核核电电荷荷数数增增加加，电电子子层层数数增增加加原原子子半半径径增增大大熔熔沸沸点点逐逐渐渐降降低低（Sn例例外外）密密度度逐逐渐渐增增大大氢氢化化物物稳稳定定性性逐逐渐渐减减弱弱最最高高价价氧氧化化物物对对应应水水化化物物的的酸酸性性逐逐渐渐减减弱弱正正二二价价化化合合物物的的稳稳定定性性逐逐渐渐增增强强正正四四价价化化合合物物的的稳稳定定性性逐逐渐渐减减弱弱第7页，共21页，编辑于2022年，星期一C60金刚石金刚石石墨石墨二、碳元素的几种单质二、碳元素的几种单质第8页，共21页，编辑于2022年，星期一10928金刚石是一种具有金刚石是一种具有空间网状结构空间网状结构的的原子晶体原子晶体，在晶体中，每，在晶体中，每个碳原子都被相邻的个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，处于个碳原子包围，处于4个碳原子的中心，以个碳原子的中心，以共价键与共价键与4个碳原子结合。成为个碳原子结合。成为正四面体结构正四面体结构，这些正四面体向空，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。金刚石的熔点（间发展，构成彼此联结的立体网状结构。金刚石的熔点（3550）和沸点（和沸点（4827）都很高）都很高,硬度硬度很大。很大。金刚石金刚石10金刚石金刚石5磷灰石磷灰石9刚玉刚玉4萤石萤石8黄玉黄玉3方解石方解石7石英石英2石膏石膏6正长石正长石1滑石滑石硬度硬度矿物矿物硬度硬度矿物矿物第9页，共21页，编辑于2022年，星期一-120共价键共价键范德华力范德华力石墨是石墨是层状结构层状结构，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子与其它，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子与其它3 3个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；在层与层之间在层与层之间，是以，是以分子间分子间作用力作用力结合的。由于同一层的碳原子以较强共价键结合，使石墨的结合的。由于同一层的碳原子以较强共价键结合，使石墨的熔点很高熔点很高 (比金刚石的还要高）比金刚石的还要高）,沸点与金刚石相同沸点与金刚石相同。但由于层与层之间的分子间作用。但由于层与层之间的分子间作用力很弱，容易滑动，使石墨的力很弱，容易滑动，使石墨的硬度很小硬度很小。石墨的立体结构石墨的立体结构碳原子数碳原子数共价键数共价键数=61/3 61/2=2=61/3 61/2=23 3第10页，共21页，编辑于2022年，星期一C60第11页，共21页，编辑于2022年，星期一课堂练习课堂练习1 1、下列叙述正确的是（、下列叙述正确的是（）A A、SiHSiH4 4、CHCH4 4、NHNH3 3的热稳定性逐渐增强的热稳定性逐渐增强B B、任何一种碳族元素的主要化合价均为、任何一种碳族元素的主要化合价均为+2+2和和+4+4价价C C、H H2 2SeOSeO4 4、H H4 4GeOGeO4 4 、H H3 3AsOAsO4 4的酸性依次减弱的酸性依次减弱D D、锗是一种良好的导体、锗是一种良好的导体2 2、下列各项比较中，正确的是（、下列各项比较中，正确的是（）A A、酸性、酸性 H H2 2SiOSiO3 3HH3 3POPO4 4HH2 2SOSO4 4HClOPHPH3 3HINHHINH3 3C C、原子半径、原子半径 SiPOFSiPOFD D、还原性、还原性GeHGeH4 4SiHSiH4 4HH2 2SHISHIA、BA、C 第12页，共21页，编辑于2022年，星期一3 3、锡、铅两种元素的主要化合价是、锡、铅两种元素的主要化合价是+2+2价和价和+4+4价，其价，其中中+2+2价锡和价锡和+4+4价铅的化合物是不稳定的，价铅的化合物是不稳定的，+2+2价锡离价锡离子有强还原性，子有强还原性，+4+4价铅化合物有强氧化性。如价铅化合物有强氧化性。如SnSn2+2+比比FeFe2+2+还原性强，还原性强，PbOPbO2 2比比ClCl2 2氧化性强，写出下列反氧化性强，写出下列反应的化学方程式：应的化学方程式：FeClFeCl3 3溶液滴入溶液滴入SnClSnCl2 2溶液；溶液；PbOPbO2 2遇浓盐酸。遇浓盐酸。2 FeCl3+SnCl22 FeCl2+SnCl4 PbO2+4HClPbCl2+2H2O+Cl2答案：答案：第13页，共21页，编辑于2022年，星期一三、碳及其化合物的转化关系三、碳及其化合物的转化关系CCO2Na2CO3NaHCO3COCaCO3Ca(HCO3)2CaC2C2H2O2、浓、浓H2SO4等等O2、SiO2等等CaOH2OMgNaOH、Na2O2等等CCa(OH)2O2等等SiO2、高温等高温等CO2+H2OCa(OH)2或或H+或加热或加热CO2+H2ONaOH或加热或加热Ca(OH)2Ca(OH)2H+第14页，共21页，编辑于2022年，星期一四、酸式盐性质的一般规律四、酸式盐性质的一般规律1、在水中的溶解性（与正盐比较）：2、与酸或碱反应：3、对热的稳定性：1 1、一般来说，正盐较难溶于水时，酸式盐较易溶于水，一般来说，正盐较难溶于水时，酸式盐较易溶于水，如如CaCOCaCO3 3难溶于水，难溶于水，CaCa（HCOHCO3 3）2 2易溶于水。但应注意易溶于水。但应注意NaHCONaHCO3 3的溶解度比的溶解度比NaNa2 2COCO3 3小。小。2 2、强酸的酸式盐只与碱反应而不与酸反应；弱酸的酸式盐与足强酸的酸式盐只与碱反应而不与酸反应；弱酸的酸式盐与足量强碱反应生成正盐，与足量强酸反应生成弱酸。量强碱反应生成正盐，与足量强酸反应生成弱酸。如：如：NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2ONaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO23 3、一般来说，热稳定性大小的顺序是：、一般来说，热稳定性大小的顺序是：正盐酸式盐多元酸（盐的阳离子相同，成盐的酸相同。）正盐酸式盐多元酸（盐的阳离子相同，成盐的酸相同。）第15页，共21页，编辑于2022年，星期一五、一氧化碳和二氧化碳五、一氧化碳和二氧化碳一氧化碳一氧化碳二氧化碳二氧化碳物理性质物理性质化化学学性性质质实验室制法实验室制法收收集集方方法法检检验验方方法法工工业业制制法法无色无毒味气体无色无毒味气体，有毒，难溶于水。有毒，难溶于水。无色略带酸味气体，无毒，无色略带酸味气体，无毒，能溶于水，固态时俗称干冰。能溶于水，固态时俗称干冰。1、可燃性、可燃性2、还原性（跟、还原性（跟Fe3O4、CuO、H2OSiO2的反应）的反应）3、不成盐氧化物、不成盐氧化物1、不能燃烧，一般情况下不助燃、不能燃烧，一般情况下不助燃2、氧化性（跟、氧化性（跟C、Mg的反应）的反应）3、酸性氧化物（跟碱反应）、酸性氧化物（跟碱反应）HCOOH H2O+CO浓浓H2SO4 CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O排水法排水法向上排空气法向上排空气法点燃后在火焰上罩上干燥的点燃后在火焰上罩上干燥的烧杯和粘有澄清石灰水的烧杯，烧杯和粘有澄清石灰水的烧杯，出现浑浊出现浑浊使澄清石灰水变浑浊使澄清石灰水变浑浊水煤气:C+H2O CO+H2高温高温煅烧石灰石：CaCO3 CaO+CO2 高温高温第16页，共21页，编辑于2022年，星期一六、碳酸正盐和酸式碳酸盐六、碳酸正盐和酸式碳酸盐碳酸盐碳酸盐碳酸氢盐碳酸氢盐水溶性水溶性热稳定性热稳定性水解水解与酸反应与酸反应与碱反应与碱反应转化关系转化关系除钾盐、钠盐、铵盐易溶于除钾盐、钠盐、铵盐易溶于水外，其余都不溶于水水外，其余都不溶于水都溶于水都溶于水较稳定：较稳定：K2CO3、Na2CO3受热难分解受热难分解CaCO3、（、（NH4）2CO3受热易分解受热易分解受热易分解受热易分解:（鉴别固体碳酸盐、碳酸氢盐的方法）鉴别固体碳酸盐、碳酸氢盐的方法）可溶性正盐水解：可溶性正盐水解：CO32-+H2OHCO3-+OH-HCO3-+H2O H2CO3+OH-同阳离子、同物质的量浓度时同阳离子、同物质的量浓度时HCO3-水解程度比水解程度比CO32-小小CO32-+H+=CO2+H2OCaCO3+2H+=Ca2+CO2+H2OHCO3-+H+=CO2+H2O相同条件下放出相同条件下放出CO2的速度的速度NaHCO3比比Na2CO3快快Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH （苛化法制烧碱的原理）（苛化法制烧碱的原理）NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3 +2H2OCa(HCO3)2 =CaCO3+CO2+H2O2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O Na2CO3NaHCO3CO2+H2O加热或加加热或加NaOH第17页，共21页，编辑于2022年，星期一七、碳及其化合物中的其它知识点七、碳及其化合物中的其它知识点1 1、COCOX X中气体杂质的除去方法中气体杂质的除去方法（1 1）COCO中混有中混有COCO2 2：（2 2）COCO2 2中混有中混有COCO：（3 3）COCO2 2中混有中混有SOSO2 2、HClHCl：2 2、碳酸正盐热稳定性的比较：、碳酸正盐热稳定性的比较：通过盛有澄清石灰水的洗气瓶。通过盛有澄清石灰水的洗气瓶。通过硬质玻璃管中灼热的通过硬质玻璃管中灼热的CuO。通过盛饱和通过盛饱和NaHCO3溶液的洗气瓶。溶液的洗气瓶。l一般来说：一般来说：M M2 2COCO3 3M MCOCO3 3l M M代表碱金属，代表碱金属，M M代表碱土金属（代表碱土金属（AA）第18页，共21页，编辑于2022年，星期一 C60的发现1985年，美国科学家克罗（H.W.K.kroto)等用质谱仪,严格控制实验条件,得到以C60为主的质谱图。由于受建筑学家布克米尼斯持富勒（BuckminsterFuller）设计的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托（kroto)等提出 C60是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。随后将 C60分子命名为布克米尼斯持富勒烯（BuckminsterFuller）。由于C60分子的结构酷似足球，所以又称为足球烯（Footballene）除C60外，具有封闭笼状结构的还可能有 C28、C32、C50、C70、C84、C240、C540等，统称为Fullerenes，中文译名为富勒烯。八、八、C60及其应用前景及其应用前景第19页，共21页，编辑于2022年，星期一C C6060的超导性的超导性 19911991年，赫巴德（年，赫巴德（HebardHebard）等首先提出掺钾）等首先提出掺钾C C6060具有超具有超导性，超导起始温度为导性，超导起始温度为18K18K，打破了有机超导体（，打破了有机超导体（EtEt）2 2CuCuNN（CNCN）2 2ClCl超导起始温度为超导起始温度为12.8K12.8K的纪录。不久又制备出的纪录。不久又制备出RbRb3 3C C6060的超导体，超导起始温度为的超导体，超导起始温度为29K29K。表。表1-11-1列出了已合列出了已合成的各种掺杂成的各种掺杂C C6060的超导体和超导起始温度，说明掺杂的超导体和超导起始温度，说明掺杂C C6060的的超导体已进入高温超导体的行列。我国在这方面的研究超导体已进入高温超导体的行列。我国在这方面的研究也很有成就，北京大学和中国科学院物理所合作，成功也很有成就，北京大学和中国科学院物理所合作，成功地合成了地合成了K K3 3C C6060和和RbRb3 3C C6060的超导体，超导起始温度分别为的超导体，超导起始温度分别为8K8K和和28K28K。有科学工作者预言，如果掺杂。有科学工作者预言，如果掺杂C C240240和掺杂和掺杂C C540540，有，有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体。可能合成出具有更高超导起始温度的超导体。第20页，共21页，编辑于2022年，星期一第21页，共21页，编辑于2022年，星期一