碳族元素课件精.ppt
《碳族元素课件精.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《碳族元素课件精.ppt(27页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、碳族元素课件第1页,本讲稿共27页第2页,本讲稿共27页1.周期表中位置周期表中位置:第:第IVA族元素包括碳族元素包括碳C、硅、硅Si、锗、锗Ge、锡、锡Sn、铅、铅Pb五种元素统称为碳族元素。其中五种元素统称为碳族元素。其中C、Si是非金属元素,其余三种是非金属元素,其余三种是金属元素。是金属元素。2.价电子层结构价电子层结构:ns2np23.氧化态氧化态:能成氧化数为:能成氧化数为+4和和+2的化合物,碳也能生成氧化数为的化合物,碳也能生成氧化数为-4的化合物。在碳族元素中,随着原子序数的增大,氧化数为的化合物。在碳族元素中,随着原子序数的增大,氧化数为+4的的化合物的稳定性降低,惰性电
2、子对效应逐渐明显。化合物的稳定性降低,惰性电子对效应逐渐明显。4.硅和第硅和第IIIA族的硼处于对角线位置,它们的单质及其化合物的性质族的硼处于对角线位置,它们的单质及其化合物的性质有相似之处。有相似之处。5自然界存在自然界存在碳:丰度:碳:丰度:4.810-2%,游离的碳有金刚石和石墨,还以化合态存,游离的碳有金刚石和石墨,还以化合态存在于煤炭、石油、天然气、动植物体及石灰石、白云石、二氧化碳在于煤炭、石油、天然气、动植物体及石灰石、白云石、二氧化碳中。中。硅:丰度:硅:丰度:27.7%,占地壳质量的,占地壳质量的1/4强,含量次于氧。强,含量次于氧。锗、锡、铅:以矿物质存在,锗石矿锗、锡、
3、铅:以矿物质存在,锗石矿Cu2SFeSGeS2、锡石矿、锡石矿SnO2、方铅矿方铅矿PbS等。等。概述概述第3页,本讲稿共27页第4页,本讲稿共27页A碳碳(C)硅硅(Si)锗锗(Ge)锡锡(Sn)铅铅(Pb)原子序数原子序数614325082价层电子构型价层电子构型 2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2主要氧化数主要氧化数0、+2+40、+2+40、(+2)+40、+2+40、+2+4原子半径原子半径/pm/pm77117122141175离子离子半径半径r(M4+)/pm1640536978r(M2+)/pm-73118119I1/(kJmol-1)1402 101
4、2947834703电负性电负性()3.02.12.01.91.9 p第5页,本讲稿共27页 能形成能形成+4价、价、+2价的价的化合物化合物 能形成通式为能形成通式为RH4的气的气态氢化物态氢化物(C、Si)最高价氧化物对应水化最高价氧化物对应水化物通式为物通式为H2RO3或或R(OH)4相似性相似性递变性递变性1、原子结构、原子结构最外层都有最外层都有4个电子个电子。2、物理性质、物理性质单质都是固体。单质都是固体。3、化学性质、化学性质原子结构原子结构单质物性单质物性化学性质化学性质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密密
5、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第6页,本讲稿共27页碳族元素性质的递变规律碳族元素性质的递变规律 元素元素性质性质碳碳(C)硅硅(Si)锗锗(Ge)锡锡(Sn)铅(铅(Pb)主要化合价主要化合价单质色、态单质色、态氢化物氢化物RH4的稳定性的稳定性主要氧化物主要氧化物最高价氧化最高价氧化物的水化物物的水化物化学式化学式酸碱性酸碱性金属性、非金属性金属性、非金属性+2、+4+2、+4+2、+4+4+2、+4无色或无色或黑色固体黑色固体灰黑色灰黑色固体固体灰白色固灰白色固体体银白色固银白色固体体蓝
6、白色蓝白色固体固体逐渐减弱逐渐减弱CO、CO2SiO2GeOGeO2SnOSnO2PbO、PbO2H2CO3H2SiO3 H4SiO4Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4非金属性递减、金属性递增非金属性递减、金属性递增酸性递减酸性递减碱性递增(多数有两性)碱性递增(多数有两性)第7页,本讲稿共27页杂化态杂化态 空间构型空间构型 配位数配位数 典型物质典型物质 1 CO、CN-sp 直线形直线形 2 CO2,CS2,HCN,C2H2,OCN-sp2 平面三角形平面三角形 3石墨,石墨,CO,C6H6,COCl2,CH sp3 四面体四面体 4金刚石金刚石,CH4 CX4 sp3 三角锥三
7、角锥 4CH3-碳元素的单质碳元素的单质碳的成键轨道如下:碳的成键轨道如下:碳的同素异形体碳的同素异形体:从从X射线衍射分析可知,碳有射线衍射分析可知,碳有金刚石、六方金刚石、石墨、球碳金刚石、六方金刚石、石墨、球碳(以以C60为代表为代表)和和管碳等管碳等多种同素异性体,而又以石墨为主。就石墨本身而言,由于层与层相互堆积的次序不多种同素异性体,而又以石墨为主。就石墨本身而言,由于层与层相互堆积的次序不同,它又有同,它又有(六方晶系)型和(六方晶系)型和(菱形晶系)型石墨。(菱形晶系)型石墨。无定形炭无定形炭本质上都是纯度不等的本质上都是纯度不等的石墨微晶。石墨微晶。第8页,本讲稿共27页碳的
8、化学性质:碳的化学性质:(1)碳在)碳在O2中燃烧,在中燃烧,在620K时,产物为时,产物为CO2。碳能与氟直接化合,但不与其它卤素直接作用。碳能与氟直接化合,但不与其它卤素直接作用。C(s)2F2 =CF2 (2)碳作为还原剂能与一些氧化物或氧化剂反应。)碳作为还原剂能与一些氧化物或氧化剂反应。如:如:PbO(s)+C(S)=Pb(s)+CO(g)Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)H2O(g)+C(灼热灼热)=CO(g)+H2(g)2H2SO4(浓浓)+C(s)=CO2(g)+2SO2(g)+2H2O(1)4HNO3(浓浓)+C(s)=CO2(g)+4NO2(g)+2H
9、2O(1)(3)碳在电炉中能与许多物质反应,得到)碳在电炉中能与许多物质反应,得到CS2,SiC,Al4C3,CaF2和和Fe3C等等。等等。C(s)+2S(s)=CS2 第9页,本讲稿共27页 碳有许多氧化物,已见报导的有碳有许多氧化物,已见报导的有CO、CO2、C3O2、C4O3、C5O2和和C12O9,其中常见的是,其中常见的是CO和和CO2。一氧化碳:一氧化碳:1、结构、结构CO分子和分子和N2分子各有分子各有10个价电子,它们是个价电子,它们是等电子体等电子体,两者,两者的分子轨道的能级次序形式相同的分子轨道的能级次序形式相同,由一个由一个 键键,一个双电子一个双电子 键和一键和一个
10、电子来于个电子来于O原子的原子的 配配键键组成组成。碳的含氧化合物碳的含氧化合物 CO分子中,电子云偏向氧原子,但是配键是分子中,电子云偏向氧原子,但是配键是由氧原子的电子对反馈到碳原子上,这样又使得由氧原子的电子对反馈到碳原子上,这样又使得氧原子略带正电性,氧原子略带正电性,碳原子略带负电性碳原子略带负电性,两种因素,两种因素相互作用使相互作用使CO的偶极短几乎为零的偶极短几乎为零。正是因为碳原子略带正是因为碳原子略带负电性使得孤电子对(体积稍大,核对电子对的控制降低)负电性使得孤电子对(体积稍大,核对电子对的控制降低)具有活性。具有活性。第10页,本讲稿共27页(l)CO还原性:还原性:C
11、O为冶金方面的还原剂,还能使一些化合物中的金属离子还原。如:为冶金方面的还原剂,还能使一些化合物中的金属离子还原。如:CO+PdCl2+H2O=CO2+Pd+2HClCO+2Ag(NH3)2OH=2Ag+(NH4)2CO3+2NH3这些反应都可以用于检测微量这些反应都可以用于检测微量CO的存在。的存在。在工业气体分析中常用亚铜盐的氨水溶液或盐酸溶液来吸收混合气体中的在工业气体分析中常用亚铜盐的氨水溶液或盐酸溶液来吸收混合气体中的CO,生成,生成CuClCO2H2O,这种溶液经过处理放出,这种溶液经过处理放出CO,然后重新使用,与合成氨工业中用铜洗液吸收,然后重新使用,与合成氨工业中用铜洗液吸收
12、CO为同一道理。为同一道理。Cu(NH3)2CH3COO+CO+NH3=Cu(NH3)3COCH3COO 醋酸二氨合铜醋酸二氨合铜(I)醋酸羰基三氨合铜醋酸羰基三氨合铜(I)(2)CO氧化性:氧化性:(3)CO与碱的作用与碱的作用CO显非常微弱的酸性,在显非常微弱的酸性,在473K及及1.01103kPa压力下能与粉末状的压力下能与粉末状的NaOH反应生成甲酸钠:反应生成甲酸钠:NaOH+CO=HCOONa因此也可以把因此也可以把CO看作是甲酸看作是甲酸HCOOH的酸酐。甲酸在浓硫酸作用下脱水可以得到的酸酐。甲酸在浓硫酸作用下脱水可以得到CO。2、化学性质、化学性质:第11页,本讲稿共27页2
13、、结构、结构在在CO2分子中,碳原子与氧原子生成四个健,两个分子中,碳原子与氧原子生成四个健,两个 和两个大和两个大键键(即离城即离城34键键)。CO2为直线型分子。碳原子上两个未杂化成为直线型分子。碳原子上两个未杂化成健的健的p轨道分别与氧的轨道分别与氧的p轨道发生轨道发生重叠重叠,习惯上仍用习惯上仍用O=C=O表示。表示。二氧化碳:二氧化碳:1、温室效应、温室效应CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO21999年美国年美国Lawrence Livermore国国家实验室在家实验室在40oC的温度下将液态的温度下将液态CO2装入一装入一高压容器用高压容器用Nd:Yb
14、LiF4激光器热至激光器热至1800K,在,在40GPa高压下高压下,CO2在微米级红宝石芯片或铂薄在微米级红宝石芯片或铂薄膜上结晶。发现分子晶型的膜上结晶。发现分子晶型的CO2转化为转化为SiO2结结构。构。3、不活泼性、不活泼性CO2不活泼,但在高温下,能与碳或活泼金属不活泼,但在高温下,能与碳或活泼金属镁镁、钠等反应。、钠等反应。4、酸性、酸性能与碱、碱性氧化物及碳酸盐反应。能与碱、碱性氧化物及碳酸盐反应。CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2第12页,本讲稿共27页溶解性:溶解性:碳酸盐碳酸盐除除NH4+、碱金属碱金属(Li(Li除外除外)盐,一般难溶盐,一般难溶碳酸氢盐碳酸氢
15、盐一般易溶一般易溶难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶如如 CaCO3(难溶)难溶)Ca(HCO3)2(易溶易溶)易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小碳酸盐碳酸盐向浓碳酸钠溶液中通入向浓碳酸钠溶液中通入CO2致饱和致饱和可析出可析出NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O 2NaHCO3 (易溶易溶)(溶解度小溶解度小)如如水解性:水解性:碳酸盐碳酸盐水溶液呈碱性水溶液呈碱性碳酸氢盐碳酸氢盐水溶液呈微碱性水溶液呈微碱性可溶性碳酸盐可作沉淀剂可溶性碳酸盐可作沉淀剂,分离某些离子分离某些离子反应物反应物生成物生成物溶解度金属氢氧化物对应碳酸盐碳
16、酸盐CO32-的鉴定(稀的鉴定(稀HCl或稀或稀H2SO4、Ba(OH)2)CO32-+2H+CO2 +H2O Ba(OH)2 BaCO3 (白色白色)第13页,本讲稿共27页硅单质硅单质 硅是本族元素丰度最大的元素,在所有元素中居于第二,它是构成自然界矿物的主体元硅是本族元素丰度最大的元素,在所有元素中居于第二,它是构成自然界矿物的主体元素,素,主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。硅的制备:硅的制备:电炉 2C+SiO2=Si+2CO 723-773K Si(粗硅粗硅)+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si(纯纯)+4HCl 用碳或碳化钙在电炉中还原二氧
17、化硅可得到粗硅,经过精炼可得到纯硅,用碳或碳化钙在电炉中还原二氧化硅可得到粗硅,经过精炼可得到纯硅,纯硅用区域熔融法可纯硅用区域熔融法可以得到高纯硅。以得到高纯硅。硅硅单单质质无定无定形硅形硅单晶单晶硅硅多晶多晶硅硅硅晶体为原子晶体,熔点高,可导电,导电率随温度的升高而增大,硅晶体为原子晶体,熔点高,可导电,导电率随温度的升高而增大,是典型的半金属。是典型的半金属。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在力学性质、电学性质等物理性质方面。多晶硅均多晶硅与单晶硅的差异主要表现在力学性质、电学性质等物理性质方面。多晶硅均不如单晶硅好。不如单晶硅好。无定形硅是一种黑灰色的粉末,化学性质比晶态活泼无定形硅是一种
18、黑灰色的粉末,化学性质比晶态活泼物理性质:物理性质:第14页,本讲稿共27页与非金属反应与非金属反应Si+F2=SiF4 Si+2X2 SiX4(X=Cl,Br)Si+O2=SiO2 1573K3Si+2N2=Si3N4Si在含氧酸中被钝化,与氢氟酸及其混合酸反应,生成在含氧酸中被钝化,与氢氟酸及其混合酸反应,生成SiF4或或H2SiF6:3Si+4HNO3+18HF3H2SiF6+4NO+8H2O与酸反应与酸反应与碱反应与碱反应无定形硅能与强碱反应放出氢气无定形硅能与强碱反应放出氢气:Si2NaOHH2ONa2SiO32H2与金属反应与金属反应与钙、镁、铜、铁等化合生成硅化物:与钙、镁、铜、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 元素 课件
限制150内