《大学无机——碳族元素简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学无机——碳族元素简介（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教案碳族元素【课时安排】：4 学时【教学课型】：理论课【教学内容】：第13章 碳族元素13.1碳族元素的通性 1学时13.2碳及其化合物 1学时13.3硅及其化合物 1学时13.4锗、锡、铅及其化合物 1学时【目的要求】：教学目标1.使学生了解碳族元素单质及其化合物的性质与递变规律。2.使学生进一步了解运用元素周期律知识学习同主族元素性质及其递变规律的方法。3.培养学生归纳总结、思考推理的能力。教学重点碳族元素性质的递变规律教学难点以碳族元素知识为载体，培养学生归纳总结、思考推理的能力。【教学方式】：教学方式：讲授提问归纳总结思考推理教学媒介：多媒体结合板书【学法指导】：探究法、对比法、讨论法
2、13.1.1 原子结构及性质1.均为第A 族元素2.价电子层构型：ns 2np2原子序数、相对原子质量、原子共价半径由上至下递增元素金属性而非 金属性，电负性 第一电离能电子亲合能单质由原子晶体过度到金属晶体单质熔点与沸点，故单质熔点中间有突 变现象3.主要氧化数：0、+2、+413.1.2 成键特征C：1. 以 sp、sp2、sp3 三种杂化状态与 H、O、Cl、N 等非金属原子形成共价化合物， 如：CH4（sp3） 、CO（sp） 、CCl4（sp3） 、HCN（sp）其中 CC、CO、CH键的键能依次增大，稳定性增大。因此，C、H、O 三种元素形成数百万种有机化合物，其中 C 的氧化数从
3、+4 变到-4。2. 以碳酸盐的形式存在于自然界。Si1. 以硅氧四面体形式存在，如：石英（SiO2） 、硅酸盐矿（SiO3-）中。2. SiSi、SiH、SiO 键的键能依次增加。其中键能 SiSi MgCO3 Al2(CO3)3 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3随阳离子 r离子极化作用，则其稳定性. 碳酸盐易水解,在水溶液中 pH(NaHCO3)=8.3pH(Na2CO3)=11.63（强碱性，故称为纯碱）13.3.1 硅单质 无定性单质硅 物理性质：结构与金刚石相同，属于原子晶体熔沸点较高，硬而脆，灰色，金属外貌晶体 超纯硅半导体化学性质：常温不活泼，不与水、空
4、气、酸反应能溶于碱液 Si + 2OH- = SiO32- + 2H21. 与金属和非金属的反应Si + Cl2 SiCl 4（400） Si + O 2 SiO 2 （600）Si + N2 Si 3N4 （1000） Si + C SiC （2000）Si + 2Mg = Mg2Si2. 与酸反应遇氧化性酸钝化可溶于 HF-HNO3混合酸中Si + 4HF（g）= SiF 4 + 2H2 SiF 4 + 2HF（aq）= H 2SiF63. 与浓碱反应 Si + 4OH - = SiO44- + 2H24. 在高温下与水蒸气反应Si（s） + 3H 2O（g）= H 2SiO3（s） +
5、2H 2（g） （加热）（3）制 备：SiO2 + 2C = Si + 2CO（高温电炉中加热）SiH4 = Si + 2H2（加热）13.3.2 二氧化硅1. 物理性质：无色晶体，熔沸点高，硬度大，不溶于水。2. 化学性质：难溶于普通酸，能溶于热碱与氢氟酸中。SiO2 + 6HF H 2SiF6 + 2H2OSiO2 + 2NaOH Na 2SiO3+ H2O因此，玻璃容器不能盛放浓碱溶液和氢氟酸3. 结 构：Si 采用 sp3 杂化轨道与 O 形成四面体原子晶体13.3.3 硅酸及其盐1. 硅酸SiO23.5H20、SiO 22H20（H 4SiO4正硅酸） 、SiO 21.5H20（H
6、6Si2O7焦硅酸） 、SiO2H20（H 2SiO3偏硅酸） 、SiO 20.5H20（H 2Si2O5二偏硅酸）硅酸（H 2SiO3）二元弱酸：K1 4.210 10 K2 1.010 12【制备】：（0 pH=23 水解）SiCl 4 + 4H2O = H4SiO4 + 4HClNa2SiO3 + H2SO4（80%）= H 2SiO3 + Na2SO42. 硅酸盐除 Na2SiO3、K 2SiO3易溶于水外，其它几乎都难溶。工业常用 Na2SiO3（水溶液俗称水玻璃、泡花碱） 。只能存于碱性溶液中，遇酸生成硅酸:SiO32- + CO2 + 2H2O = H2SiO3 + 2HCO3-
7、 SiO32 + 2NH4+ = H2SiO3 + 2NH3【硅酸盐结构】：SiO 44-（单个SiO 4四面体） ，Si：O = 1：4. Si 2O72-（两个SiO 4角氧相连） ，Si：O = 1：3.5两个SiO 4角氧分别与另外两个连成环状或链状，Si：O = 1：3Si 4O11n6n-（SiO 4以角氧构成双链） ，Si：O = 4：11Si 2O5n2n-（SiO 4以三个角氧和其他三个相连成层状） ，Si：O = 2：5SiO 2（SiO 4四个氧和其他四个相连成骨架状）Si：O=1:213.4.1 锗锡铅单质1. 制 备：锗：锗矿石GeCl 4水解为 GeO2用 H2、高
8、温还原 Ge锡：SnO 2（s）+2C（s） Sn（l）+2CO（g）铅：2PbS（s）+3O 2（g） 2PbO（s）+2SO 2（g） PbO（s）+ CO（g） Pb（l）+CO 2（g）2. 性 质：锗 物理性质：灰白色、金属光泽、粉 末 状 呈 暗 蓝 色 ， 结 晶 状 为 银 白 色 脆 金 属（ 半金属） ，晶格结构与金刚石相同。熔 沸 点 较 高 。 半 导 体 材 料 。 化 学 性 质 ： 氧 化 态 +2 和 +4， 常温下不与空气反应，高温下被氧化为GeO2。其 细 粉 可 在 Cl2或 Br2中 燃 烧 。 不与稀盐酸及稀硫酸反应，能被浓硫酸和浓硝酸氧化为水合二氧化
9、锗（GeO 2nH2O） 。碱性溶液中能被 H2O2氧化为锗酸盐。锡 物理性质：银白色的金属，硬度低，熔点为低。 化 学 性 质 ： 常温下，不与空气和水反应。Sn + O2 SnO2Sn + 2X2 SnX4Sn + 2HCl SnCl2+H23Sn + 8HNO3（稀） 3Sn(NO3)2+2NO+4H 2OSn + 4HNO3（浓） H2SnO3+4NO2+H 2OSn + 2OH- + 4H2O Sn(OH) + 2H26铅 物理性质：银白色软金属，密度大，熔沸点低。 化 学 性 质 ： 难溶于稀盐酸和稀硫酸，但易被硝酸氧化，3Pb + 8HNO3 3Pb(NO3)2 + 4H2O +
10、 2NO易与醋酸形成配合物，Pb + 2HAc Pb(Ac)2 + H2若醋酸或水中有氧气存在，则铅的溶解度会很大。两性金属，可以溶于浓碱溶液：Pb + OH- + 2H2O Pb(OH) + H2313.4.2 化合物1. 氧化物和氢氧化物（1）锡化物加热 Sn(OH)2的悬浊液可得到红色、不稳定的 SnOSn 或 SnO 在空气中加热被氧化为 SnO2（浅黄色） ，冷却时显白色。在锡（）或锡（）的酸性溶液中加 NaOH 生成白色沉淀 Sn(OH)2或Sn(OH)4胶状沉淀。Sn(OH)2和 Sn(OH)4都是两性氢氧化物，即可溶于酸，也可溶于碱。前者以碱性为主，后者以酸性为主。在浓强碱溶液
11、中，Sn(OH) 部分歧化为 Sn(OH) 和浅黑色的 Sn3262Sn(OH) Sn(OH) + Sn326向锡（）的溶液中加碱或通过 SnCl4 水解都可得到活性的 -锡酸：SnCl4+ 6H2O -H2Sn(OH) 6+4HCl-锡酸既可溶于酸又可溶于碱Sn 和浓硝酸作用则只能生成不溶于酸碱的惰性 -锡酸 SnO2n H2O。经高温灼烧的 SnO2，不再和酸碱反应，但能溶于熔融碱生成锡酸盐。（2）铅化物PbO（黄色，俗称密陀僧） 、Pb 3O4（俗称红铅或铅丹） 、Pb 2O3（橙色） 、 PbO2（棕色）600K 700 K 800 KPbO2 Pb2O3 Pb3O4 PbOPb 在空
12、气中加热与氧气反应生成红色 PbO（ 型） ，488时红色的 PbO（ 型）转化为黄色 PbO（ 型） 。Pb(Ac)4水解、Pb 3O4和浓硝酸反应、NaOCl 溶液氧化 Pb(Ac)2均可得到PbO2。其中用 Pb(Ac)4水解所得 PbO2最纯。Pb(Ac)4 + 2H2O PbO2+ 4HAcPbO2强氧化剂PbO2 + 4 HCl PbCl2 + Cl2+ 2H 2O5PbO2 + 2Mn2+4H+ 5Pb2+2MnO4-+2H2OPb2O3和 Pb3O4实际是 PbO 和 PbO2的复合氧化物。Pb(OH)是以碱性为主的两性物，溶于酸溶液生成 Pb2+，溶于碱溶液生成Pb(OH)
13、32. 卤化物（氯化物最有用）（1）氯化锡SnCl2是强还原剂：Sn2+ + 2Fe3+ = 2Fe2+ + Sn4+ Sn2+ + 2Hg2+ + 8Cl- = Hg2Cl2（白色）+ SnCl 62-Hg2Cl2 + Sn2+ = 2Hg（黑色）+ 2Sn 4+ + 2Cl-将 Cl2通入熔融 Sn 生成 SnCl4（2）卤化铅Pb2+ + Cl- = PbCl2（溶于热水或高浓度的 Cl-）卤离子 r，变形性，极化作用，所以从到 PbBr2再到 PbI2，溶解度依次降低。PbCl4是黄色液体，只能在低温下存在，在空气中因水解而冒烟。Sn2+、Pb 2+、Sn 4+、Pb 4+都易与 X-
14、形成配合物3. 硫化物SnS(暗棕色)、SnS 2(黄色，俗称金粉)、PbS(黑色)。（1）SnSH2S + Sn2+ SnS+ 2H + SnS 不溶于 Na2S 溶液中，可溶于中等浓度的盐酸和(NH 4)2S2中。SnS + 4Cl + 2H+ + H2S4nClSnS32-2SnSnS 在空气中加热被氧化成 SnO2（2）SnS 2活性 SnS2两性偏酸性，能溶于浓盐酸，也能和硫化钠溶液或碱液反应SnS2 + 6Cl + 4H+ + 2H2S26SnClSnS2 + S2- 233SnS2 + 6(OH) 2 + n26(OH)（3）PbS（半导体材料）Pb2+ + S2- PbS(黑色)溶于中等浓度以上的 HCl 和稀 HNO3，不溶于 S2-和多硫化物溶液。PbS + 4HCl(浓) H2S+ H 2PbCl43PbS + + 8H+ 3Pb2+ + 3S+ 2NO+ 4H 2O32NOPb(IV)有极强的氧化PbS 2不存在。4. 其他盐 (1)Pb(NO3)2工业生产的主要铅盐，以 Pb 或 PbO 与 HNO3
