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1、,第十一章 氮族、碳族和硼族元素,碳族元素,12-2-1 碳族元素概述,1 碳族元素概述,p,含量不多，分布广， 是地球上化合物种类最多的元素之一， 是生物界的主要元素,分布广，在地壳上的含量仅次于氧，主要以硅酸盐矿和石英矿存在,常以硫化物伴生在其它金属硫化物矿中，是暗灰色、重而软的金属，晶态锗是重 要的半导体材料,高氧化数化合物稳定性减小 低氧化数化合物稳定性增大 即惰性电子对效应,12-2-2碳及其重要化合物,碳的同素异形体,金刚石,石墨,富勒烯碳原子簇 （如C60）,2 碳及其重要化合物,碳的同素异形体,原子晶体,熔点高、硬度大 室温下惰性,金刚石,碳的同素异形体,层状结构,有金属光泽
2、质软、能导电,石墨,碳的同素异形体,C60的分子结构,由60个碳原子组成的32面体的空心球结构,富勒烯碳原子簇,12-2-2 碳及其重要化合物,碳酸,CO2 + H2O H2CO3,大部分CO2以水合分子形式存在,碳酸盐,如 CaCO3(难溶） Ca(HCO3)2(易溶),(1)溶解性,12-2-2 碳及其重要化合物,钟乳石、石笋的形成,自然界石灰石等在CO2、H2O作用下 CaCO3+ CO2+H2O Ca(HCO3)2 (难溶) (易溶) 随着自然条件的变化， 上述反应逆向重新析出CaCO3,碳酸盐,如 CaCO3(难溶） Ca(HCO3)2(难溶),(1)溶解性,12-2-2 碳及其重要
3、化合物,碳酸盐,碳酸盐水溶液呈碱性 碳酸氢盐水溶液呈微碱性,(2)水解性,解释根据离子极化概念,2.热稳定性,(3)热稳定性,解释根据离子极化概念,2.热稳定性,H+极化力强，反极化作用大,3.热稳定性,1. 碱金属碳酸盐稳定，难分解,电荷少,半径大 8电子构型 极化力小 反极化作用小 碳酸盐稳定,(3)热稳定性,2.碳酸盐:碱土金属比碱金属不稳定,(3)热稳定性,4. 过渡金属碳酸盐稳定性较差,过渡金属离子具有非8电子构型,极化力强,反极化作用强,(3)热稳定性,Ba(OH)2,(稀HCl或H2SO4),12-3-3碳化硼和碳化硅,12-2-3 碳化硼和碳化硅,碳化硼(B4C),2B2O3
4、+ 7C B4C + 6CO,12-2-3 碳化硼和碳化硅,碳化硅(SiC),SiO2 + 3C SiC + 2CO,12-3-4硅及其重要化合物,12-2-4 硅及其重要化合物,卤化物,卤化物,2.纯氟硅酸不存在, 在水溶液中稳定,3.氟硅酸的酸性与硫酸相近,重要盐(Na2SiF6) 是农业杀虫、灭菌剂、木材防腐剂 可用于制造抗酸水泥、搪瓷等,12-2-4 硅及其重要化合物,卤化物,12-2-4 硅及其重要化合物,卤化物,12-2-4 硅及其重要化合物,二氧化硅(硅石),12-2-4 硅及其重要化合物,二氧化硅(硅石),12-2-4 硅及其重要化合物,二氧化硅(硅石),12-2-4 硅及其重
5、要化合物,硅酸,通常以H2SiO3表示,12-2-4 硅及其重要化合物,开始生成可溶于水的单硅酸 以后逐步缩合脱水成硅酸溶胶,硅酸,12-2-4 硅及其重要化合物,硅酸,12-2-4 硅及其重要化合物,硅酸,12-2-4 硅及其重要化合物,硅酸盐*,过渡金属硅酸盐难溶于水,并具有特征颜色 CuSiO3 蓝绿色 MnSiO3浅红色 NiSiO3 翠绿色 Al2(SiO3)3无色透明 CoSiO3 紫色 Fe2(SiO3)3红棕色 硅花园“水中花园” (演示),2.硅酸钠强烈水解,水溶液呈碱性,硅酸钠水溶液俗称水玻璃,又称“泡花碱” 市售水玻璃为粘稠状液体 M(Na2O):M(SiO2)=1:3.
6、3,硅酸盐*,碳酸解离常数的计算,碳酸解离常数的计算,以上的解离常数值是按 溶于水的CO2全部转为H2CO3 计算的 实际大部分 CO2以水合分子(CO2H2O)形式存在,碳酸解离常数的计算,碳酸解离常数的计算,碳酸解离常数的计算,碳酸解离常数的计算,返回,硅酸盐,硅酸盐,玻璃、水泥、陶瓷都含有硅酸盐,普通玻璃组成：Na2SiO3CaSiO34SiO2 加入不同的氧化物可呈现不同颜色,市场出售的玉(即翡翠)为:NaAl(SiO3)2,天然硅酸盐,天然硅酸盐,种类繁多、结构复杂，通常视为SiO2 和金属氧化物相结合的化合物,分子筛,分子筛起“筛选”作用,能让气体或液体混合物中直径比孔径 小的分子
7、通过，直径大的留在外面,分子筛的通式： Mx/n(AlO2)x(SiO)ymH2O M 金属阳离子,一般为Na+、K+、Ca2+ n 金属阳离子电荷数 x/n 金属阳离子个数 泡沸石是一种天然分子筛 _,人工合成分子筛,以氢氧化钠、铝酸钠、水玻璃为原料,A型多用于气体的干燥、吸收和净化分离,X型和Y型：用于石油产品的催化裂化、 催化加氢、催化剂的载体,丝光沸石型：耐酸、耐热， 可在高温、强酸介质中使用,返回,人工合成分子筛,以氢氧化钠、铝酸钠、水玻璃为原料,A型多用于气体的干燥、吸收和净化分离,X型和Y型：用于石油产品的催化裂化、 催化加氢、催化剂的载体,丝光沸石型：耐酸、耐热， 可在高温、强
8、酸介质中使用,返回,第三节硼族元素,第十二章 氮族、碳族和硼族元素,无机化学多媒体电子教案,第三节 硼族元素,12-3-1 硼族元素概述,有时称为土族元素，其中Al2O3为黏土的主要成分，既难溶又难熔,与其它金属可制低熔合金 如含25%In的Ga合金 可用于自动灭火装置,Tl及其化合物均有毒 误食少量铊盐可使毛发脱落,12-3-1 硼族元素概述,是地壳中蕴藏最丰富的金属元素， 主要以铝矾土矿(Al2O3xH2O)存在 铝是银白色、有光泽的轻金属 具有良好的导电性和延展性 广泛用来作导线、结构材料和器皿 铝合金质轻又硬，用于飞机制造,自然界没有游离硼， 主要矿有: 硼砂矿(Na2B4O710H2
9、O)、 硼镁矿(Mg2B2O5H2O)、 方硼矿(2Mg3B8O15MgCl2),熔点比人的体温还低(30左右) 液态镓的熔点、沸点相差大， 可作高温温度计，与其它金属 可制低熔合金,缺电子原子 可形成配位键 (如HBF4) 多中心键(如B2H6),12-3-1 硼族元素概述,12-3-1 硼族元素概述,12-3-2 硼的氢化物,12-3-2 硼的氢化物,硼氢化合物性质与碳的氢化物(烷烃)、硅的氢化物(硅烷)相似，所以硼的氢化物称为硼烷,由于硼烷及其衍生物的特殊结构、性质和用途，使硼烷及其有关的碳硼烷化学成为目前无机化学主要发展领域之一,乙硼烷结构,两个3c-2e键,四个B-H 2c-2e键
10、在同一水平面上 两个3c-2e键 位于水平面上下 与水平面垂直,动画演示,多中心键,三中心二电子键(3c-2e)简称三中心键 是多中心键的一种形式,硼烷的性质比烷烃活泼,硼烷的性质,反应速率大，并放出大量热。 曾想用作火箭或导弹的高能燃料, 但因毒性太大而未采用,B2H6(g)+3O2 B2O3(g)+3H2O(g),12.3.3 硼酸及其盐,硼的含氧酸,12-3-3 硼酸及其盐,硼酸,12-3-3 硼酸及其盐,分子间通过氢键形成接近六角形的对称层状结构，层与层之间借助微弱的范德华力联在一起因此硼酸晶体为鳞片状,此结构使硼酸具有解理性可用作润滑剂,12-3-3 硼酸及其盐,硼酸,12-3-3 硼酸及其盐,分子间通过氢键形成接近六角形的对称层状结构，层与层之间借助微弱的范德华力联在一起因此硼酸晶体为鳞片状,此结构使硼酸具有解理性可用作润滑剂,硼酸,水溶液显酸性, 是由于硼原子是缺电子原子,价层有空轨道，能接受水解离出的OH-孤电子对，以配位键形式形成B(OH)4-,硼砂,硼砂,第四节对角关系,周期系中有些元素的性质常与它右下方相邻的另一元素类似，这种关系叫对角关系,硼与硅的相似性,a,10-10,锂与镁的相似性,铍与铝的相似性,
