无机化学课件--碳族

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1、第十七章 碳族元素, 17.5 锡、铅的化合物, 17.4 硅的化合物, 17.3 碳的化合物, 17.2 碳族元素的单质, 17.1 碳族元素概述, 17.6 无机化合物的水解性,本章重点：,碳的氧化物、碳酸盐； 锡和铅的化合物； 无机盐的水解性。,17.1 碳族元素概述,价电子构型：ns2np2,最大 配位数,单质可形成原子晶体,金属晶体,碳族(IVA)：C, Si, Ge, Sn, Pb,成键,成键情况：,1、C半径小、电负性大、无d 轨道，表现较大差异： 最高配位数为4；成键能力强； CC、CC、CC、CH、CO、 形式多，键能高，使碳化合物种类逾百万,2、SiSi （222KJmol

2、-1）CC（345.6） 硅化合物种类远少于碳； SiO（ 452KJmol-1 ）CO（ 357.7 ） 为亲氧元素，SiOSi链构成矿物界。,3、锗分族Ge、Sn、Pb随Z，+4化合态稳定性 +2化合态稳定性惰性电子对效应明显。,存在,惰性电子对效应,同族元素自上而下低氧化态(n-2) 化合物比高氧化态(n)化合物稳定性增加的现象。,碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气； 碳酸盐；动植物； CO2 。构成生物界 硅：SiO2和各种硅酸盐。构成矿物界 锗：硫银锗矿 4Ag2SGeS2 ， 硫铅锗矿2PbS GeS2 。 锡：锡石 SnO2 。 铅：方铅矿 PbS，白铅矿 PbCO3 。,图,锡

3、石SnO2,方铅矿 PbS,单质,17.2 碳族元素的单质,碳单质的同素异形体：,金刚石：原子晶体,硬度最大,熔点最高。 石墨：层状晶体 ，质软，有金属光泽。 足球烯或富勒烯： C60， C70 等。 C60 是1985年用激光轰击石墨作碳的气化实验时发现的。 C60 是由12个五边形 和20个六边形组成的 32面体。,碳纤维,无定形碳：木炭、焦炭、炭黑（活性炭）,图,石墨(sp2杂化),金刚石(sp3杂化),C60,足球烯，富勒烯，C60 (sp2杂化),END,性质,硅单质：无定形体和晶体，晶体类似金刚石。熔点高硬度大，具金属光泽。能导电，随T导电性，作半导体材料。 锗单质：灰白色金属，硬

4、而脆，结构类似于金刚石。高纯锗为良好半导体材料。 锡单质：有三种同素异形体：,铅单质：质软，密度大，能阻挡X射线。可作电缆的包皮，核反应堆的防护屏。,锡疫？,化性,化学性质：,碳,硅,常温下,高温下,锡,与碱作用,铅,锡：无毒、耐腐蚀，马口铁镀锡铁，制罐头盒 焊锡（Sn-Pb），青铜（Cu-Sn）。,与酸作用,有氧时溶于HAc,溶于浓碱,？,铅,不与水作用，但,与酸作用,中止反应， 作衬里或 输酸管道,问题：,1、为什么CO2为气体，SiO2为固体？ 2、为什么C的化合物种类远比Si的化合物多？ 3、什么是变色硅胶？有何用途？变色原理？ 4、比较Sn（II）Pb（II）Sn（IV）Pb（IV）

5、氧化物 及其水合物的酸碱性、氧化性和还原性。 5、比较Na2CO3和NaHCO3的溶解性和热稳定性。 6、如何用实验证明Pb3O4和Pb2O3的组成？ 7、比较SnCl4与SnCl2的熔点高低？,8、比较热稳定性： Na2CO3 MgCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 Na2CO3和NaHCO3 9、举例说明Sn（）的还原性？ 10、举例说明Pb（）的氧化性？ ？ 11、铅的可溶必性盐？难溶盐？ 12、如何鉴定Sn2+、Pb2+？ 13、SnCl2的水解反应？,17.3 碳的化合物,1.碳的氧化物 一氧化碳(CO),实验室：,浓H2SO4,浓H2SO4,制取：,工业制水煤气

6、（CO和H2）：由空气和水蒸气交替 通入赤热碳层？,结构,性质：作配位体，形成羰基配合物 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8 其中C是配位原子。 还原剂：,剧毒：,结构： CO(6+8=14e-)与 N2（27=14e-） 是等电子体, 结构相似。,一个键 两个键,检 CO,CO2,2.二氧化碳 (CO2),经典的分子结构：O=C=O,CO2中，碳、氧之间键长116pm,C：sp杂化,非极性分子，加压液化 得固体二氧化碳干冰,图,碳酸,3.碳酸及其盐,CO2溶于水，大部分CO2H2O，极小部分H2CO3,CO32-的结构：,CO32-(6+38+2=32e-)与BF3 (5+

7、39=32e-) 为等电子体。,C：sp2杂化,稳定性,碳酸及其盐的热稳定性：,H2CO3MHCO3M2CO3,同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 分解T/ 100 540 900 1290 1360,过渡M,过渡金属碳酸盐稳定性差 CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解T / 900 315 350 282 价电子构型 8e_ (18+2)e_ 18e_ (9-17)e_,离子极化观点：,r(M2+) 愈小，M2+ 极化力愈大，MCO3 愈不稳定； M2+ 为18e_，(18+2)e_ ，(9-17)e_ 构型相对于

8、 8e_构型的极化力大， 其 MCO3 相对不稳定。,溶解性,碳酸盐的溶解度：,易溶盐：Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3 100溶解度 45 16 156 60 (g/100g H2O),其它金属(含Li)碳酸盐难溶于水，且酸式盐溶解度大于正盐。,氢键存在，形成 二聚物或多聚物,MCO3,可溶性碳酸盐与金属离子作用的产物类型：,水溶液中存在碳酸盐的水解：,END, 氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应生成碳酸盐沉淀。 例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等。,金属离子加入可溶性碳酸盐时，生成沉淀的类型：,氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生成碳酸羟盐(碱式碳酸盐)沉淀。

9、例如：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+ 和Mg2+等。, 水解性强、两性的金属离子与之反应生成氢氧化物沉淀。例如：Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+和Sb3+等。,碳酸钠的制备： 索尔维（Solvay）氨碱法？ 侯德榜联合制碱法？,硅,?,17.4 硅的化合物,1.硅的氧化物 无定型体：石英玻璃、硅藻土、燧石 晶体：天然晶体为石英，属于原子晶体 纯石英：水晶 含有杂质的石英：玛瑙，紫晶，碧玉 混有杂质的石英细粒：砂粒,具有特殊性能,图,水晶,石英盐,黑曜石,紫晶,缟玛瑙,玛瑙,(yao),结构,Si采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体

10、,硅氧四面体,二氧化硅,结构：,性质：, 与碱作用,腐蚀玻璃, 与HF作用,盐,性质：,H2SiO3溶解度小，是二元弱酸,制备：,浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶,作干燥剂。,盐,2.硅酸及硅酸盐,可溶性：Na2SiO3 (水玻璃) 、K2SiO3 不溶性：大部分难溶于水且有特征颜色。,硅酸盐,水中花园,白 蓝 紫 红棕 肉 翠绿,烷,*4.硅的氢化物(硅烷 SinH2n+2) n=16,性质：,最简单的硅烷：SiH4(甲硅烷),自燃,水解：,强还原性：,热稳定性差：,制取：,卤化物,5.硅的卤化物 SiX4,SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 聚集态 g l l s,（氟硅酸）,水解

11、：,制取：,刻蚀玻璃,锡铅,17.5 锡、铅的化合物,1.锡、铅的氧化物和氢氧化物,HNO3或HAc,H+,放置,H+,Sn(II),Sn(II)的还原性,沉淀白灰黑Sn2+,Hg2+的相互鉴定,鉴定Bi3+的反应,如何配制和保存SnCl2溶液？,Pb(IV),Pb(IV)的氧化性,其它,四氧化三铅(Pb3O4)-铅丹：鲜红色 可看作：,三氧化二铅(Pb2O3)：橙色 可看作：PbOPbO2 氧化铅：(PbO)：橙黄色,Pb的其他氧化物,PbO2受热分解：,小结,小结：,氧化性减弱，酸性增强,碱性增强，还原性减弱,碱性增强,酸性增强,Sn(OH)4,Pb(OH)4 PbO2,Sn(OH)2,P

12、b(OH)2,盐,2.锡、铅的盐类,水解：,铅白,无色液体，共价化合物，不导电，溶沸点低；强烈水解,转化,少数可溶：Pb(NO3)2, Pb(Ac)2(弱电解质，有甜味，俗称铅糖)，铅的可溶性化合物都有毒。 多数难溶：,溶解性：,硫化物,Pb2+ Pb(OH) 3- PbCl2(白) PbSO4(白) PbI2(黄) PbCrO4 (黄) PbCl42- Pb(HSO4)2 PbI42- Pb2+Cr2O72-,浓HCl,浓H2SO4,I-,HNO3,OH-,PbCrO4溶于过量的碱，此点与黄色BaCrO4有别，SrCrO4溶于HAc，不溶于碱。,Pb2+的鉴定：,3.锡、铅的硫化物,SnS(

13、棕) SnS2(黄) PbS(黑),SnS + 4HCl H2SnCl4 + H2S PbS + 4HCl H2PbCl4 + H2S SnS2 + 6HCl H2SnCl6 +2H2S,PbS2,均不溶于稀盐酸 配位溶解(浓HCl),水解,碱溶 (SnS, PbS不溶),氧化碱溶 (SnS2,PbS不溶),PbS与HNO3作用,（硫代锡酸盐，不稳定，遇酸分解）, 17.6 无机化合物的水解性,盐的水解:,盐溶于水后发生水合作用，若离子极化作用 强烈足以使水分子中O-H键断裂，则阳离子夺取 OH-而释放出H+，或阴离子夺取H+而释放OH-从 而破坏水的电离平衡，直到建立新的平衡。,强酸的阴离子不水解,弱酸的阴离子明显水解,阳离子水解能力与极化作用有关。,影响,1、影响因素：,电荷和半径：,电子层结构：,8e构型不水解,18e构型易水解,非稀有气体构型易水解,NF3不水解，PF3水解；CF4、CCl4不水解， SiCl4水解； BX3水解,空轨道：,Zr的阳离子极化作用强，易水解。,外因,外界因素：温度、酸度,2、水解产物的类型：,（1）碱式盐,（2）,（2）氢氧化物,（3）含氧酸或水合氧化物,小结 ： 阳离子的极化作用愈强，愈容易水解； 共价型化合物中电正性原子必须有空轨道 才可能水解； 升高温度，促进水解。,END,