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1、当前位置第十五章碳族元素 第十五章 碳族元素本章摘要1.碳单质氧化物碳酸及其盐其它含碳化合物2.硅单质硅烷硅的卤化物硅的含氧化合物3.锗 锡 铅单质锗锡铅的含氧化合物卤化物和硫化物C 碳单 质: 石墨、金刚石, C60, C70.无机物: CO2，石灰石、大理石CaCO3，白云石MgCa(CO3)2；有机物: 动植物体，煤(s)，石油(l)，天然气(g). 排第13位.Si 硅（矽）以Si-O-Si键存在，水晶、石英(SiO2)，及其它硅酸盐矿物，居第2位。Ge 锗 锗石矿 Cu2SFeSGeS2Sn 锡 锡石矿 SnO2 云南个旧, 锡都Pb 铅 方铅矿 PbS 1.碳 一.单质 1. 同素
2、异形体石墨 : 硬度小，熔点极高，层状结构, C： sp2杂化，剩余的p1轨道，在层内有nn键， 有离域电子, 所以导电；层间分子间作用力小，易滑动，有润滑性。 碳簇: 以C60为最常见。正二十面体，每个面都是正三角形，每个面角都是五面角，共十二个顶点，将每个顶都截掉，得十二个正五边形，原来的每个正三角形都变成了正六边形。20个六边形，12个正五边形，结构为截角正二十面体。2. 碳的还原性冶金工业上，用碳还原金属氧化物制备金属，如:MgO + C -Mg + CO (2000K)碳的氧化还原， 涉及到以下三个反应: (a) 斜率为正； (b) 斜率基本为零； (c) 斜率为负 ( 与斜率相反)
3、再看反应 2Mn + O2 - 2MnO 的情况， Ty时，才有(e)式的rGm 0, 所以碳在冶金工业上被广泛用为还原剂. 问题: (e)式的rHm为正还是负? 二 氧化物 2. CO 无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小.1制备向热浓硫酸中滴加甲酸: 草酸与浓硫酸共热:H2C2O4(s) - CO + CO2 + H2O (热浓H2SO4, 将CO2和H2O 用固体NaOH柱吸收, 得CO)制纯的CO, 可用分解羰基化合物法:工业上将空气和水蒸气交替通入红热碳层: 得到的气体含CO 25，CO2 4，N2 70（体积比）这种混合气体称为发生炉煤气。另一反应：含CO 40，CO2 5，H2 5
4、0 为 水煤气。生成的炉煤气和水煤气都是工业上的燃料气。2CO的化学反应CO + Cl2 - COCl2 光气CO + NaOH - HCOONa (高压)CO + H2 - 多种C、H有机化合物 (催化剂)微量的CO通入PdCl2溶液中，可使溶液变黑CO + PdCl2 + 2H2O - Pd + CO2 + HCl 鉴定CO 三 碳酸及其盐 1、结构2. 可溶性碳酸盐 Na2CO3, K2CO3和(NH4)2CO3等均易溶于水。但NaHCO3、KHCO3和NH4HCO3的溶解度相对小些。原因是HCO3-有分子间氢键，发生缔合，形成双聚酸根。CaCO3难溶，而Ca(HCO3)2 的溶解度比它
5、大些。原因是CaCO3是电荷高(2:2)，引力大, 不易溶解; 但Ca2+和是2对1，引力相对小些, 易于溶解。 3. 碳酸盐的生成在含有金属离子溶液中加Na2CO3，由于水解 相当于有两种沉淀剂，OH-和. Na2CO3总浓度C = 1.0 时，将有 = 8.6 X, OH- = 1.4 X. 则产生沉淀情况要视M(CO3)n和M(OH)n的溶解度而定。1若M(CO3)m 溶解度第十五章碳族元素 第十五章 碳族元素本章摘要1.碳单质氧化物碳酸及其盐其它含碳化合物2.硅单质硅烷硅的卤化物硅的含氧化合物3.锗 锡 铅单质锗锡铅的含氧化合物卤化物和硫化物2.硅 一.单质 灰黑色，高硬度，m.p.较
6、高。结晶硅是重要电子工业材料! 1. 制备SiO2 + 2C -Si(粗) + 2CO (电炉)粗硅提纯 Si + 2Cl2- SiCl4(l)蒸馏得纯SiCl4 , 用H2 还原纯SiCl4SiCl4 + 2H2- Si(纯) + 4HCl (电炉, 催化) 2. 化学反应Si在常温下不活泼，而在高温下可以和O2、Cl2、N2反应. 单一的酸不能和Si反应，要用HFHNO3混酸:3Si + 18HF + 4HNO3 - 3H2SiF6 + 4NO(气体)+ 8H2O相当于王水的作用，其实 的很小。 和强碱的作用: 类似于砷Si + 2NaOH + H2O - Na2SiO3 + 2H2（气体
7、）二 硅烷 Si-Si键不如CC键强，因为Si的半径比C大. 硅烷的种类比烷烃少得多。 n6。最典型的是甲硅烷，n = 1, SiH4 : 无色无臭气体。1. 制备SiO2与金属一同灼烧: SiO2 + 4Mg - Mg2Si + 2MgO (灼烧)在酸中水解: Mg2Si + 4HCl - SiH4 + 2MgCl2这样制得的SiH4中含有Si2H6, Si3H8等杂质纯的SiH4 : SiCl4 + LiAlH4-SiH4 + LiCl + AlCl3 2. 化学性质（与CCl4对比） 1稳定性 比CH4差。SiH4 - Si + 2H2(气体) 773K 对于甲烷分解: 1773K2 还
8、原性 在空气中自燃3 水解 对于甲烷, 无此反应。三 硅的卤化物 SiF4(g), SiCl4(l), SiBr4(l), SiI4(s) 均无色1. 水解性SiX4 + 4H2O -H4SiO4 + 4HX 此为共性，SiCl4,无色液体，刺激性，空气中潮解发烟. 在结构上的反应机理: 关键是Si有空的d轨道，可以形成sp3d五配位的中间体，故SiX4易水解，而CCl4无空轨道，不易水解。 SiF4 + 4H2O- H4SiO4 + 4HFSiF4 + 2HF -H2SiF6 (氟硅酸，比H2SO4酸性还强)H2SiF6是强酸，和H2SO4相当，但纯的H2SiF6尚未制得，其盐Na2SiF6
9、, K2SiF6较难溶，但PbSiF6易溶。2、制备 四 硅的含氧化合物 1. 二氧化硅SiO2不溶于水，但它是硅酸的酸酐; 加热溶于强碱水溶液或溶于熔融态NaCO3, 形成可溶性硅酸盐（Na2SiO3) SiO2和HF有特殊反应:2. 硅酸 可溶性硅酸盐与酸的反应可得正硅酸 硅酸根之间易缩合，使硅酸的存在形式很复杂，经常用XSiO2YH2O表示，如: X=1, Y=1, H2SiO3 偏硅酸X=1, Y=2, H4SiO4 正硅酸、原硅酸X=2, Y=1, H2Si2O5 二偏硅酸X=2, Y=3, H6Si2O7 焦硅酸 (相当于2个正硅酸脱1个水分子)正硅酸放置时，生成多硅酸胶体溶液，即
10、 3. 硅胶 在单体可溶性硅酸盐(NaSiO3)中, 加H+, 至pH78时, 硅酸根缩聚, 聚合度逐渐加高, 形成大分子量的胶体溶液. 当分子量达到一定程度时, 变成凝胶. 用水洗涤, 交换去掉阳离子, 烘干(333-343K), 加热(573K)活化, 得到一种多孔性有吸附作用的物质, 多孔硅胶, 可用为干燥剂, 起吸水作用. 实际上, 没有如此规则, 处于不完整键合和混杂无序状态. 吸水后，若有明显现象，则可以在除水后, 再生使用. 为此, 可用CoCl2溶液浸泡, 烘干, CoCl2无水时呈蓝色，当干燥剂吸水后，随吸水量不同, 呈现蓝紫-紫-紫粉-粉红. 最后为, 呈粉红色。说明硅胶已经吸饱水。再使用时要烘干, 称这种硅胶为变色硅胶
