第14章-碳族元素.ppt

IVA: C Si Ge Sn Pb §14-1 通性 1. 元素性质变化特点:从C 到 Si性质大转折更为明显, 从 Si 到 Pb 金属递增更为突击。 C，非金属； Si ，基本是非金属，有一定半金属 性。两者均为成酸元素。 Ge，半金属，＋4态的化学 性质表现了它的成酸性，而＋2态表现了它的金属性 Sn、Pb均为金属，但＋4态的Sn表现一定的非金属性 例如：SnO2、SnS2为酸性。 2. 价层电子结构为 ns2np2，最高氧化态为 +4。常见 氧化态数为＋4和＋2。随 ns2 电子惰性增大。 高价态＋4的稳定性由Ge?Pb变小，而＋2态稳定 性增大，如；Ge(Ⅱ)不稳定，易歧化： 2Ge2+ + 2H2O = Ge + GeO2 + 4H+ 而Pb（Ⅳ）不稳定，表现氧化性： PbO2 + 2HCl浓 ＝ PbCl2 ＋ Cl2? ＋ H2O 3. 成链倾向 C ? Si Ge ? Sn ? Pb C原子半径小，易以单键或多冲键成链状，环状 或网状化合物。如：金刚石、石墨、CH4、C2H4等。 C-C键能（ 345.6 KJ.mol-1 )远比 Si-Si 键能（222 KJ.mol-1）大。故 Si 链不像 C 那样太长。 但 Si-O 键（452 KJ.mol-1）却比 C- O 键（357.7 KJ.mol-1）大得多，故自然界硅以硅氧化合物的形式 存在最多。 其它元素也有成链倾向，如：Ge9H20,但较短。 4. 存在形式： 碳存在于煤、石油、天然气、白云石、石灰石、 动植物、CO2中，是自然界化合物种类最多的元素， 达400多万种，它是有机物的骨架元素。 硅的主要存在形式是：硅酸盐矿，石英矿。 锗、锡、铅也以矿物形式存在：如 锡石 ( SnO2 ) 锗石矿( Cu2S.FeS.GeS2 ) 、 方铅矿( PbS )等。 云南个旧称为锡都 §14-2 碳族元素单质及其化合物 2.1 单质 1. C 的同素异形体 Three allotropes of carbon 可以认为主要有三种:金刚石、石墨、碳原子簇。 a. 金刚石：C原子取 sp3 杂化，于另四个C原子形成四面体单元，相互联结成一个巨型晶体，为原子晶体。晶格分为立方和六方两种。 由于金刚石晶体中 C 原子价电子全部用于成键， C－C键很强，它的熔点是所有单质中最高（3823K） 不导电，具化学惰性。但加热到1100K时，在空气中 分解为CO2。 b. 石墨：C原子取sp2杂化，与相邻的三个原子成键为六角平面网状结构，平面间通过分子间作用力结合成片状结构。每个 C 原子尚有一个P电子未成共价键，它们可以在整个平面层形成 ∏mm 离域键，但m电子可以在平面层间自由活动。这使得石墨具有良好的导电性。石墨由于层与层间可以滑动，故其质软，具润滑性，熔点与密度较金刚石稍低，化学性质活泼。 c. 碳原子簇 20世纪八、九十年代人们又发现了 C 的另一种同素异形体晶体 Cn( n 200 )，其中 C60最稳定，对它的研究也比较深入。 通过结构研究，已知 C60 分子中的每个 C 原子取 sp2杂化，60 个 C 原子构成一个 32 面体的球状结构。 其中含 12 各正五边形面和 20 个正六边形面，类似足 球，称为足球烯。 纯石墨电在 He 气氛中放电产生的碳烟在水冷反 应器壁上可以得到 C60，还有 C70 等 C 原子簇。 所谓无定形碳是指木炭，焦炭和炭黑，它们都是 有微小的石墨晶体组成。木炭，焦炭因具有还原性， 多用于与工艺生产中作还原剂，多孔性炭黑浸渍 Pd、 Pt 或其它金属盐后成为活性炭，吸附能力强，用作脱 色剂，催化剂载体等。 2. Si、Ge、Sn、Pb 单质性质 a. 硅：纯硅为黑灰色，不透明，有金属光泽的晶体。 熔点较高（1683K），性硬脆，对水空气及酸（除 HF）较稳定，但与弱氧化剂和强碱反应。 Si + 6HF(aq)= H2SiF6 + 2H2?, Si+O2=SiO2 Si + 2X2 = SiX4 （ F2立即燃烧 ）