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1、热弯玻璃热弯玻璃防弹玻璃防弹玻璃新型无机非金属材料新型无机非金属材料第七章 碳族元素 无机非金属材料第一节 碳族元素结构结构位置位置性质性质决定决定反映反映反映反映反映反映决定决定决定决定 碳碳 族族 元元 素素构位性一体，相互可推断构位性一体，相互可推断一、碳族元素二、硅三、二氧化硅6C14Si32Ge50Sn82Pb1、原子结构一、碳族元素 (共3个要点)碳族元素在周期表中的位置原子结构示意图相同点 最外层有4个电子，在化学反应中既不易得到电子，也不易失去电子，多数元素既表现金属性，又表现非金属性。递变性 从碳到铅，随着核电荷数增多，电子层数递增，原子半径增大，核对最外层电子引力减弱，原子
2、得电子能力减弱、失去电子能力增强，元素非金属性减弱、金属性增强，单质氧化性减弱、还原性增强。碳碳 硅硅 锗锗 锡锡 铅铅非金属性非金属性：(3)碳族元素性质的递变性碳族元素性质的递变性逐渐增强逐渐增强逐渐减弱逐渐减弱金属性金属性：逐渐增强逐渐增强得电子能力得电子能力：逐渐减弱逐渐减弱失电子能力失电子能力：逐渐增强逐渐增强单质氧化性单质氧化性：逐渐减弱逐渐减弱单质还原性单质还原性： 碳碳（非金属）（非金属）硅（非金属性硅（非金属性比金属性强）比金属性强）锗（金属性比非锗（金属性比非金属性明显）金属性明显）锡（金属）锡（金属）铅（金属铅（金属） 事实说明碳族元素从上到下明显的非金属事实说明碳族元素
3、从上到下明显的非金属性逐渐变为明显的金属性性逐渐变为明显的金属性 。氧氧 化化 物物 元素最高价氧化元素最高价氧化物对应水化物物对应水化物氢氢 化化 物物氢化物的稳定性氢化物的稳定性CO2、SiO2、GeO2、SnO2、PbO2讨论：讨论：从各元素的非金属性和金属性强弱来分从各元素的非金属性和金属性强弱来分析各元素最高价氧化物的水化物的酸碱性以及氢化析各元素最高价氧化物的水化物的酸碱性以及氢化物的稳定性是怎样变化的？物的稳定性是怎样变化的？H2CO3、H4SiO4、Ge（OH)4、Sn（OH)4 、Pb（OH)4 酸酸 性性 逐逐 渐渐 减减 弱、碱性逐渐增强弱、碱性逐渐增强CH4、SiH4、
4、稳定性逐渐减弱稳定性逐渐减弱单质单质 颜色、状态颜色、状态 熔、沸点熔、沸点 密度密度金刚石：无色固体金刚石：无色固体石墨：灰黑色固体石墨：灰黑色固体晶体硅：灰黑色固体晶体硅：灰黑色固体银灰色固体银灰色固体银白色固体银白色固体蓝灰色固体蓝灰色固体 高高 低低小小大大物理性质的递变物理性质的递变碳碳铅铅硅硅锗锗锡锡2、元素单质的各种性质： 碳 硅 锗 锡 铅颜色金：无色墨：灰黑灰黑色银灰色银白色 蓝白色晶体类型 原子晶体原子晶体金属晶体金属晶体金属晶体熔沸点高 低 较低 更低密度 总趋势：小 大 导电性金：不导墨：导电半导体半导体导体导体主要价态 都是+2、+4价稳定价态 都是+4价 +2价 P
5、bO2+4HCl(浓)=PbCl2+Cl2+2H2OC60金刚石金刚石石墨石墨3、碳的第三种同素异形体：足球烯(1)发现：1985年，科学家用激光束照射石墨得灰色气体，用有机溶剂萃取得n200的大量簇分子，含60个碳的分子比较多。(2)合成：将几十伏的电流电压加在两根碳棒上，当两根碳棒距离很小时，就会产生电弧放电导致短路，产生的碳烟中含有大量的C60,再用有机溶剂萃取碳烟。(3)结构：笼状分子，固态时是分子晶体，每个碳原子只跟相邻的三个碳原子形成共价键，60个碳原子构成球形，共32面体，包括12个五边形，20个六边形。 C60图片晶体图片(4)性质：C60掺杂钾、铷等有超导性，超导起始温度达到
6、18K。北大和科学院合作制得Rb3C60，超导起始温度高达28K，领先于世界先进水平。(5)成果：最大的足球烯单晶的直径仅为6mm，浙江大学的科学家制取直径为1.3的高品质单晶，走在世界前列。 1996年的诺贝尔授予罗伯特、克罗特和斯莫利等三位科学家，表彰他们有关富勒烯的发现、制备和性质研究。(1)、发现：知道了C60的制备以后，人们的注意力全部集中在观察碳灰上，而日本科学家饭岛澄男却仔细观察了放电后在阳极上产生的沉淀物，是他意外发现了纳米碳管。(2)、什么是纳米碳管？ 石墨有层状结构，可以看作是由原子纸一层一层堆叠而成。若将一层或几层这样的原子纸卷成圆筒形状，就是纳米碳管。中科院解思深教授制
7、得0.5nm碳管，麻省理工学院秦禄昌博士制得最小的纳米碳管0.4nm。乘座电梯上太空(3)、应用前景广泛二、硅(共5个要点)1、存在和状态：(1)只有化合态，无游离态；在地壳中含量居第二位。(2)两种同素异形体：晶体硅和无定形硅。2、物理性质：灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。3、化学性质：不活泼(1)常温下： Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2注：其它氧化剂，如Cl2、O2、H2SO4、HNO3等常温下都不与硅起反应。(2)加热时：与某些非金属反应Si+O2=SiO2Si+2H2=SiH44、工业制粗硅：SiO2+2C
8、=Si+2CO高温粗硅提纯：Si+2Cl2=SiCl4高温高温SiCl4+2H2=Si+4HCl高温5、用途：高纯硅：半导体材料。合金：变压器铁芯（含硅4%的钢有导磁性）耐酸设备（含硅15%左右的钢有耐酸性）三、二氧化硅(共4个要点)1、物理性质：坚硬难熔的固体 有晶体和无定形两大类。晶体二氧化硅叫石英、水晶，天然二氧化硅叫硅石、石英砂。2、化学性质：十分稳定(1)酸性氧化物：但是不溶于水，也不与水反应。(2)常温与氢氟酸、强碱反应4HF+SiO2=SiF4+2H2O2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O(所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3
9、等溶液。)(3)高温时：SiO2+CaO=CaSiO3高温Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高温CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温3、用途：光导纤维、光学仪器、电子仪器、工艺品（水晶、玛瑙）、石英玻璃、玻璃原料和建筑材料等。注意：硅肺病（矽肺病），长期吸入SiO2粉尘干态下物质间的反应规律: 高沸点物质（SiO2）制低沸点物质（CO2） SiO2+2C=Si+2CO高温Na+KCl=NaCl+K高温注意：4、硅酸及硅酸盐：(1)硅酸： 硅酸、原硅酸都不溶于水，属于弱酸，其酸性比碳酸弱：Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H4SiO4H4SiO4=H2SiO3+H2O(易)(2)硅酸盐：多数不溶于水(Na2SiO3易溶)金属氧化物形式：Al2(Si2O5)(OH)4KAlSi3OxX=8K2OAl2O36SiO2(3)水玻璃：无色粘稠的溶液，是一种矿物胶，做粘合剂、防腐剂。Na2SiO3的水溶液碳族元素在周期表中的位置l 碳、硅、锗、锡、铅元素原子的最外层都有4个电子。l 在周期表中位于第A族，称其为碳族元素
