高一化学碳族元素.ppt
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1、碳 族 元 素1、画出C、Si 原子结构示意图。2、指出碳族元素在周期表中的位置。3、根据各周期所增加元素种类,能否推测出碳族元素的原子序数。碳族元素在周期表中的位置碳族元素在周期表中的位置碳族元素原子碳族元素原子碳族元素原子碳族元素原子结构示意图结构示意图结构示意图结构示意图讨论:讨论:1、碳族元素在原子结构上、碳族元素在原子结构上的异同点?的异同点?2、能否根据碳族元素结构、能否根据碳族元素结构上的递变推导出其性质的递上的递变推导出其性质的递变规律?变规律?碳族元素的化学性质碳族元素的化学性质元元素素得电子得电子能力能力失电子失电子能力能力氢化物氢化物 稳定性稳定性主要氧化物主要氧化物最高
2、价氧化物最高价氧化物的水化物的水化物C CSiSiGeGeSnSnPbPb酸酸性性减减弱,弱,碱碱性性增增强强碳族元素性质变化的规律性碳族元素性质变化的规律性相似性:1 1、最外层、最外层4 4个电子,易形成共价键个电子,易形成共价键2 2、主要化合价:、主要化合价:+4+4、+2+23 3、最高价氧化物:、最高价氧化物:RORO2 2 对应水化物:对应水化物:H H2 2RORO3 3或或H H4 4RORO4 4 R(OH)R(OH)4 4 递变性:C Si Ge Sn Pb 非金属性减弱,金属性增强非金属性减弱,金属性增强 碳族元素的几种单质碳碳(C)(C)性质:熔点约为3 550(金刚
3、石),沸点约为4 827(升华),密度为3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨)(20)。用途:用于首饰(金刚石)、炼钢(焦炭)、印刷(炭黑)和精制糖(活性炭)等。发现:在自然界中以石墨(和金刚石)存在。古代已知有木炭和烟炱。硅硅硅硅(Si)(Si)性质:性质:熔点为熔点为1410 1410,沸点为,沸点为2 2 355 355,密度为,密度为2.329 g/cm3(20 2.329 g/cm3(20)。超纯半导体晶体是蓝灰色,。超纯半导体晶体是蓝灰色,用碳还原砂子得到的无定形硅为用碳还原砂子得到的无定形硅为黑色。不跟氧气、水、酸(黑色。不跟氧气、水、酸(HFHF除除外
4、)反应,但溶于热碱。用于制外)反应,但溶于热碱。用于制半导体、合金和聚合物。半导体、合金和聚合物。用途:用途:用于制半导体、合金和聚用于制半导体、合金和聚合物。合物。发现:发现:18231823年由贝采里乌斯()年由贝采里乌斯()在瑞典制得。在瑞典制得。碳族元素的几种单质碳族元素的几种单质锗锗(Ge)主要性质和用途:熔点为937.5,沸点为2 830,密度为5.323 g/cm3(20)。超纯锗是银白色、脆的类金属元素。在空气和水中稳定,不跟酸(硝酸除外)和碱反应。用于半导体、合金和红外装置用的特种玻璃。发现:1886年由文克勒()在德国发现。锡锡(Sn)主要性质和用途主要性质和用途:熔点为熔
5、点为232.1,232.1,沸点为沸点为 2 2 270 270,密度为,密度为5.750 5.750 g/cm3g/cm3()、)、7.310 7.310 g/cm3g/cm3()(20)(20)。软而。软而柔韧的银白色金属。在氧化柔韧的银白色金属。在氧化物膜的保护下不跟氧反应,物膜的保护下不跟氧反应,也不跟水反应,但溶于酸和也不跟水反应,但溶于酸和碱中。用于焊锡、合金、镀碱中。用于焊锡、合金、镀锡、聚合物添加剂和防腐涂锡、聚合物添加剂和防腐涂料。料。发现:发现:远古文明已知。远古文明已知。碳族元素的几种单质铅铅(Pb)主要性质主要性质和用途:熔点为和用途:熔点为327.7 327.7,沸点
6、为,沸点为1 740 1 740,密度,密度为为11.35 g/cm311.35 g/cm3(20 20)。)。软,低强度,有可延展性,软,低强度,有可延展性,暗灰色金属。在潮湿的空暗灰色金属。在潮湿的空气中会失去光泽,但对氧气中会失去光泽,但对氧和水稳定,溶于硝酸。用和水稳定,溶于硝酸。用于蓄电池、电缆、颜料、于蓄电池、电缆、颜料、玻璃、焊接剂、汽油和放玻璃、焊接剂、汽油和放射屏蔽等。射屏蔽等。发现:远古文明已知。发现:远古文明已知。碳族元素的几种单质绚丽多彩的碳材料碳是自然界分布最普遍的元素之一,也是构成地球上一切生命碳是自然界分布最普遍的元素之一,也是构成地球上一切生命碳是自然界分布最普
7、遍的元素之一,也是构成地球上一切生命碳是自然界分布最普遍的元素之一,也是构成地球上一切生命体最重要的元素。以碳元素为主要构成的有机高分子材料,包体最重要的元素。以碳元素为主要构成的有机高分子材料,包体最重要的元素。以碳元素为主要构成的有机高分子材料,包体最重要的元素。以碳元素为主要构成的有机高分子材料,包括塑料、橡胶和纤维等,已发展成为材料学三个主要学科方向括塑料、橡胶和纤维等,已发展成为材料学三个主要学科方向括塑料、橡胶和纤维等,已发展成为材料学三个主要学科方向括塑料、橡胶和纤维等,已发展成为材料学三个主要学科方向之一。之一。之一。之一。碳除了自然界存在多种同素异形体的碳材料外,科学家们通过
8、碳除了自然界存在多种同素异形体的碳材料外,科学家们通过碳除了自然界存在多种同素异形体的碳材料外,科学家们通过碳除了自然界存在多种同素异形体的碳材料外,科学家们通过实验还合成了许许多多结构和性质完全不同的碳材料,如人们实验还合成了许许多多结构和性质完全不同的碳材料,如人们实验还合成了许许多多结构和性质完全不同的碳材料,如人们实验还合成了许许多多结构和性质完全不同的碳材料,如人们熟悉的金刚石和石墨,以及近年来发现熟悉的金刚石和石墨,以及近年来发现熟悉的金刚石和石墨,以及近年来发现熟悉的金刚石和石墨,以及近年来发现CC6060为代表的富勒烯以为代表的富勒烯以为代表的富勒烯以为代表的富勒烯以及碳纳米粉
9、体、管材、线材等。这些新型碳材料的特性几乎可及碳纳米粉体、管材、线材等。这些新型碳材料的特性几乎可及碳纳米粉体、管材、线材等。这些新型碳材料的特性几乎可及碳纳米粉体、管材、线材等。这些新型碳材料的特性几乎可涵盖地球上所有物质的性质甚至相对立的两种性质,如从最硬涵盖地球上所有物质的性质甚至相对立的两种性质,如从最硬涵盖地球上所有物质的性质甚至相对立的两种性质,如从最硬涵盖地球上所有物质的性质甚至相对立的两种性质,如从最硬到极软、全吸光全透光、绝缘体半导体高导体、绝热到极软、全吸光全透光、绝缘体半导体高导体、绝热到极软、全吸光全透光、绝缘体半导体高导体、绝热到极软、全吸光全透光、绝缘体半导体高导体
10、、绝热良导热、高铁磁体、高临界温度的超导体等。良导热、高铁磁体、高临界温度的超导体等。良导热、高铁磁体、高临界温度的超导体等。良导热、高铁磁体、高临界温度的超导体等。一、石墨与金刚石一、石墨与金刚石一、石墨与金刚石一、石墨与金刚石金刚石和石墨的化学成分都是碳金刚石和石墨的化学成分都是碳(C)(C),但是它们的结构和,但是它们的结构和性能却完全不同。金刚石是目前最硬的物质,而石墨却是性能却完全不同。金刚石是目前最硬的物质,而石墨却是最软的物质之一。大家都知道铅笔芯就是用石墨粉和粘土最软的物质之一。大家都知道铅笔芯就是用石墨粉和粘土配制而成的,石墨粉含量多笔芯就软,用配制而成的,石墨粉含量多笔芯就
11、软,用“B B“表示,粘表示,粘土掺多了则硬,用土掺多了则硬,用“H H”表示。矿物学家用摩氏硬度来表表示。矿物学家用摩氏硬度来表示相对硬度,金刚石为示相对硬度,金刚石为1010,而石墨的摩氏硬度只有,而石墨的摩氏硬度只有1 1。它。它们的硬度差别之所以这么大,关键在于它们的内部结构存们的硬度差别之所以这么大,关键在于它们的内部结构存在很大差异。在很大差异。绚丽多彩的碳材料石墨原子结构图 石墨内部的碳原子呈层状排列,一个碳原子周围只有3个碳原子与其相连,碳与碳组成了六边形的环状,无限多的六边形组成了一层。层与层之间联系力非常弱,而层内三个碳原子联系很牢,因此受力后层间就很容易滑动,这就是石墨很
12、软能写字的原因。石墨可用于制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等,也可以用作坩埚以及合成金刚石的原料。绚丽多彩的碳材料-石墨天然金刚石是一种珍稀矿物,是宝石之王,因为它是世界上最硬天然金刚石是一种珍稀矿物,是宝石之王,因为它是世界上最硬的天然材料。精心琢磨后的金刚石透明有光泽,能呈现出极艳丽的天然材料。精心琢磨后的金刚石透明有光泽,能呈现出极艳丽的色彩,成为世界上最昂贵的珍宝,也是历代统治者权势和财富的色彩,成为世界上最昂贵的珍宝,也是历代统治者权势和财富的象征。在英国,有一根象征皇权的英王权杖,杖上就镶有一颗的象征。在英国,有一根象征皇权的英王权杖,杖上就镶有一颗称为称为“非洲
13、之星非洲之星”的世界最大的钻石;而在国王的王冠上,则镶的世界最大的钻石;而在国王的王冠上,则镶嵌着象征至高无上皇位的世界第二大钻石。这两颗钻石既是英国嵌着象征至高无上皇位的世界第二大钻石。这两颗钻石既是英国曾经辉煌于世界的见证,也是工匠们勤劳和智慧的结晶。有趣的曾经辉煌于世界的见证,也是工匠们勤劳和智慧的结晶。有趣的是,既然金刚石是由碳元素组成,而碳在自然界是如此的丰富和是,既然金刚石是由碳元素组成,而碳在自然界是如此的丰富和廉价,为什么不点石成金?长期以来,人工合成金刚石一直是人廉价,为什么不点石成金?长期以来,人工合成金刚石一直是人类的梦想。自从类的梦想。自从19541954年美国年美国G
14、EGE公司研制成功了世界上第一颗人造公司研制成功了世界上第一颗人造金刚石以来,人造金刚石及其工业制品已经发展成一个应用领域金刚石以来,人造金刚石及其工业制品已经发展成一个应用领域十分广泛的行业。十分广泛的行业。绚丽多彩的碳材料 金刚石内部的碳原子呈金刚石内部的碳原子呈“骨架骨架”状三维空间排状三维空间排列,一个碳原子周围有列,一个碳原子周围有4 4个碳原子相连,因此个碳原子相连,因此在三维空间形成了一个在三维空间形成了一个骨架状,这种结构在各骨架状,这种结构在各个方向联系力均匀,联个方向联系力均匀,联结力很强,因此金刚石结力很强,因此金刚石具有高硬度的特性。具有高硬度的特性。绚丽多彩的碳材料金
15、刚石目前,世界工业用金刚石产量约目前,世界工业用金刚石产量约1515亿克亿克拉,其应用几乎涉及国计民生的各个领拉,其应用几乎涉及国计民生的各个领域。比如,金刚石在光学玻璃冷加工、域。比如,金刚石在光学玻璃冷加工、地质钻探、陶瓷、汽车零件等机械加工、地质钻探、陶瓷、汽车零件等机械加工、金属拉丝等方面引起了革命性的工艺改金属拉丝等方面引起了革命性的工艺改革,使加工效率、加工精度几十倍甚至革,使加工效率、加工精度几十倍甚至上百倍的提高。上百倍的提高。二、二、二、二、碳纤维碳纤维碳纤维是一种主要由碳元素组成的特种纤维,其含碳碳纤维是一种主要由碳元素组成的特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在量随种类
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