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1、会计学1碳族碳族第一页，共91页。元素符号元素符号CSiGeSnPb价电子层价电子层结构结构2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2主要主要氧化数氧化数+4,(+2)+4,(+2)+4,+4,+4,原子序数原子序数614325082+2+2+2+4+2C，SiIVIIGe，SnPbIV IIIIIV碳族元素碳族元素(yun s)的性质的性质第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.1 通性通性(tn xn)第2页/共91页第二页，共91页。碳的特性碳的特性(txng)由于碳的原子半径最小，电负性最大，电离能也由于碳的原子半径最小，电负性最大，电离能
2、也最高，故共价键最高，故共价键 CC 键能非常大，又没有键能非常大，又没有d轨道。所轨道。所以碳与本族其它元素之间的差异以碳与本族其它元素之间的差异(chy)较大，其主要较大，其主要表现为：表现为：（1）它的配位）它的配位(pi wi)数仅数仅限于限于4（2）碳的成键能力最强）碳的成键能力最强（3）原子间能形成多重键）原子间能形成多重键碳原子在化合物中的成键特征碳原子在化合物中的成键特征:sp3,sp2,sp第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.1 通性通性第3页/共91页第三页，共91页。Si-Si键能为键能为222kJ.mol-1，C-C键能为键能为346 kJ.mol-1，决定了硅链不
3、能太长，其硅的化合物必然决定了硅链不能太长，其硅的化合物必然(brn)比碳的化比碳的化合物要少得多。合物要少得多。Si-O键能为键能为452 kJ.mol-1，比，比C-O键能键能357.7 kJ.mol-1要高得多，决定了硅的化合物中存在要高得多，决定了硅的化合物中存在Si-O键的占有很大的比例。键的占有很大的比例。第4页/共91页第四页，共91页。碳与硅的对比碳与硅的对比(dub)：第5页/共91页第五页，共91页。14-2 14-2 碳族元素碳族元素碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)的单质及其化合的单质及其化合的单质及其化合的单质及其化合物物物物一、碳族元素一、碳族元素一、碳族
4、元素一、碳族元素(yun s)(yun s)在自然界中的分布在自然界中的分布在自然界中的分布在自然界中的分布碳：石墨、金刚石、煤、石油、天然气、动植物、碳：石墨、金刚石、煤、石油、天然气、动植物、碳：石墨、金刚石、煤、石油、天然气、动植物、碳：石墨、金刚石、煤、石油、天然气、动植物、石灰石、石灰石、石灰石、石灰石、CO2CO2等。等。等。等。硅：硅：硅：硅：SiO2SiO2；锗：锗：锗：锗：4Ag2S.GeS2(4Ag2S.GeS2(硫银锗矿硫银锗矿硫银锗矿硫银锗矿)、Cu2S.FeS.GeS2 Cu2S.FeS.GeS2 (锗石矿锗石矿锗石矿锗石矿)；锡：锡：锡：锡：SnO2(SnO2(锡石
5、矿锡石矿锡石矿锡石矿)；铅：铅：铅：铅：PbS(PbS(方铅矿方铅矿方铅矿方铅矿)第6页/共91页第六页，共91页。碳单质的碳单质的同素异形体同素异形体杂化杂化晶体晶体性质性质金刚石金刚石sp3原子晶体硬度最大熔点很高石墨石墨sp2层状晶体质软，有金属光泽，有导电、导热性C60碳单质碳单质(dnzh)的同素异形体的同素异形体1.碳的同素异形体碳的同素异形体二、碳族元素二、碳族元素(yun s)单质单质第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第7页/共91页第七页，共91页。（1）金刚石金刚石 结构结构(jigu)典型的原子(yunz)晶体
6、sp3杂化 空间构型第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第8页/共91页第八页，共91页。性质性质(xngzh)熔、沸点(fidin)高，硬度大，不导电 室温下对所有(suyu)化学试剂显惰性第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第9页/共91页第九页，共91页。（2）石墨）石墨(shm)结构结构(jigu)空间构型层状晶体 sp2杂化第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第10页/共91页第十页，共91页。性质性质(xngzh)良好(lingho)的导电性和导热性 质软，具有(jyu)润滑性 化学性质
7、较金刚石稍显活泼第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第11页/共91页第十一页，共91页。20世纪世纪(shj)80年代，人们发现了第三种年代，人们发现了第三种碳的同素异形体碳的同素异形体C60。Robert F Curl JrHarold W KrotoRichard E Smalley（3）碳原子簇：）碳原子簇：Cn，n通常通常(tngchng)小于小于200。第12页/共91页第十二页，共91页。12个五边形个五边形20个六边形个六边形在 C60 中碳原子为 sp2 杂化，未参加(cnji)杂化的一个 p 轨道在 C60 球壳外围和内腔形成大键。第十四章第
8、十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第13页/共91页第十三页，共91页。其结构与建筑学家富勒其结构与建筑学家富勒.布基布基明斯特为明斯特为1967年为蒙特利尔设计的年为蒙特利尔设计的世博会建筑物相同，故名叫富勒烯。世博会建筑物相同，故名叫富勒烯。人们人们(rn men)在在C60的大量合成方的大量合成方法建立后两年内发现了它的数十个法建立后两年内发现了它的数十个反应，其中许多与烯烃的金属有机反应，其中许多与烯烃的金属有机化学相类似。化学相类似。C60象一些配体那样象一些配体那样在富电子铂配合物中以两个碳原子在富电子铂配合物中以两个
9、碳原子与金属键合。与金属键合。第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合及化合物物K3C60第14页/共91页第十四页，共91页。性质性质(xngzh)C60分子具有球形的芳香性，可以合成分子具有球形的芳香性，可以合成(hchng)C60Fn，作为超级润滑剂。，作为超级润滑剂。C60笼内可以笼内可以(ky)填入金属原子而形成超原子分子，作为填入金属原子而形成超原子分子，作为新型催化剂或催化剂载体，具有超导性，掺新型催化剂或催化剂载体，具有超导性，掺K的的C60，Tc=18K，Rb3C60 Tc=29K，它们是三维超导体。，它们是三维超导体
10、。C60晶体有金属光泽，其微晶体粉末呈黄色，易溶于苯，晶体有金属光泽，其微晶体粉末呈黄色，易溶于苯，其苯溶液呈紫红色。其苯溶液呈紫红色。C60分子特别稳定，进行化学反应分子特别稳定，进行化学反应时，时，C60始终是一个整体。始终是一个整体。第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第15页/共91页第十五页，共91页。冶金工业中的碳还原冶金工业中的碳还原(hun yun)反应反应参见书参见书P437，图，图14-5第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合及化合物物Ellingham图（图（rG m-T图）图）第
11、16页/共91页第十六页，共91页。Si+O2=SiO2Si+2X2=SiX4Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H23Si+18HF+4HNO3=3H2SiF6+4NO+8H2O Si:的晶体结构类似于金刚石，熔点的晶体结构类似于金刚石，熔点1683K，灰黑，灰黑色，有金属外貌色，有金属外貌(wimo)，性硬碎。低温下，单质硅，性硬碎。低温下，单质硅并不活泼，与水、空气和酸均无作用。但能与强氧化并不活泼，与水、空气和酸均无作用。但能与强氧化剂和强碱溶液作用。剂和强碱溶液作用。2、硅、硅第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化
12、合物第17页/共91页第十七页，共91页。286K 434K灰锡灰锡 白锡白锡 脆锡脆锡型型 型型 型型 Sn：三种：三种(sn zhn)同素异形体。同素异形体。Ge：灰白色脆性：灰白色脆性(cuxng)金属，金刚石型晶体结金属，金刚石型晶体结构。构。m.p.，1210K，它略比，它略比Si活泼，高纯活泼，高纯Ge也是一种也是一种良好的半导体材料。良好的半导体材料。第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物3.Ge、Sn、Pb Pb：软、强度不高的金属，密度很大：软、强度不高的金属，密度很大(11.35g.cm-3)，m.p.601K，新鲜
13、的，新鲜的Pb表面有金属光泽，它受空气表面有金属光泽，它受空气中的氧、水、中的氧、水、CO2作用，迅速生成一层致密的碱式碳作用，迅速生成一层致密的碱式碳酸盐保护层。酸盐保护层。第18页/共91页第十八页，共91页。第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物锡、锗、铅都是两性锡、锗、铅都是两性(lingxng)金属金属Sn+2HCl SnCl2+H2 Sn+OH-+2H2O Sn(OH)42-+H2Ge+2KOH+2H2O2 K2Ge(OH)6 Pb+2H2O+2KOH K2Pb(OH)4+H2第19页/共91页第十九页，共91页
14、。E AGe2+/Ge+0.23Sn2+/Sn-0.1375Pb2+/Pb-0.1263HCl不反应不反应2HCl(浓浓)+Sn SnCl2+H2Pb+2HCl(稀稀)=PbCl2(s)+H2Pb+3HCl(浓浓)=HPbCl3+H2H2SO4Ge+H2SO4(浓浓)Ge(SO4)2+SO2+H2O似左似左Pb+2H2SO4(浓浓)Pb(HSO4)2+H2 Sn+H2SO4(稀稀)=SnSO4+H2Pb+H2SO4(稀稀)=PbSO4+H2HNO3Ge+HNO3(浓浓)GeO2xH2OHNO3(浓浓)：似左：似左 SnO2xH2O-锡酸，不溶于酸碱锡酸，不溶于酸碱Sn+HNO3(很稀很稀)Sn
15、(NO3)2+NH4NO3Pb +HNO3(稀稀)Pb(NO3)2 +NO第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合及化合物物aPb与任何浓度与任何浓度(nngd)的硝酸反应都得到的硝酸反应都得到Pb(NO3)2bSn与浓与浓HNO3反应得到反应得到Sn(IV)，与稀，与稀HNO3反应得到反应得到Sn(II)第20页/共91页第二十页，共91页。SiO2+2C+2Cl2=SiCl4+2CO SiCl4+2Zn(Mg)=Si+2ZnCl2(MgCl2)GeCl4+(x+2)H2O=GeO2.XH2O+4HCl GeO2+2H2=Ge+2H2
16、O冶炼冶炼(ylin)：Si和和Ge：首先将原料转化成：首先将原料转化成SiCl4(b.p.330K)和和GeCl4(b.p.356K)，然后精馏，然后精馏(jn li)提纯。提纯。第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第21页/共91页第二十一页，共91页。PbS+3O2=2PbO+2SO2 PbO+C=Pb+CO PbO+CO=Pb+CO2Pb：SnO2+2C=Sn+2CO Sn：先将硫化：先将硫化(lihu)矿焙烧成氧化物，氧化物用矿焙烧成氧化物，氧化物用C还原，还原，第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)
17、14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第22页/共91页第二十二页，共91页。CaCO3=CaO+CO2 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 HCOOH=CO+H2OH2C2O4=CO2+CO+H2O制备制备(zhbi)：含碳化合物的燃：含碳化合物的燃烧烧1.CO2和和CO三、氧化物三、氧化物第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第23页/共91页第二十三页，共91页。34 .:O C O:.CO2和和CO均是无色无嗅气体。均是无色无嗅气体。CO2的临界温度高的临界温度高(304K)：当今作为：当今作为
18、(zuwi)反应溶剂，反应溶剂，CO2制干冰，作制干冰，作为为(zuwi)冷冻剂。冷冻剂。CO2的分子结构：的分子结构：O=C=O 第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物CO2是造成温室效应的几种多原子分子之一，大气中这类是造成温室效应的几种多原子分子之一，大气中这类多原子分子允许可见光通过，但却强烈吸收由地球表面散多原子分子允许可见光通过，但却强烈吸收由地球表面散发的红外光，从而妨碍了地球的散热。发的红外光，从而妨碍了地球的散热。第24页/共91页第二十四页，共91页。温室效应温室效应(wn sh xio yn)(Gree
19、nhouse Effect)(wn sh xio yn)(Greenhouse Effect)所谓所谓“温室效应温室效应”，它是由包括，它是由包括 CO2 分子在内的某些多原子分子（其他如分子在内的某些多原子分子（其他如N2O，CH4，氯氟烃）在大气中含量的上升造成的，氯氟烃）在大气中含量的上升造成的.在过去在过去,大气中大气中CO2 浓度浓度大体保持着平衡，随着工业化的进程，大体保持着平衡，随着工业化的进程，CO2 增加的速度大于渗入海洋深处与增加的速度大于渗入海洋深处与Ca2+结合成结合成 CaCO3 沉淀的速度沉淀的速度.太阳的可见光和紫外光穿过大气层射至地球太阳的可见光和紫外光穿过大气
20、层射至地球表面，在地球表面产生的红外辐射却被这类多原子分子吸收而无法迅速逸散表面，在地球表面产生的红外辐射却被这类多原子分子吸收而无法迅速逸散到外层空间去，使到地球变暖到外层空间去，使到地球变暖.但是，要确定地球是否变暖并非易事，长期和但是，要确定地球是否变暖并非易事，长期和短期的气候变化可能掩盖了温室效应产生的结果短期的气候变化可能掩盖了温室效应产生的结果.另外另外(ln wi)，现在的问题，现在的问题是地球是否在变暖？是地球是否在变暖？反射回太空太阳的紫外线和可见光红外辐射被CO2，N2O，CH4等吸收地球地球第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化
21、合物单质及化合物第25页/共91页第二十五页，共91页。CO是是N2的等电子的等电子(dinz)体，体，:C O:COkk(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2px)2性质性质(xngzh)一：还原性一：还原性 性质性质(xngzh)性质二：配位性性质二：配位性第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第26页/共91页第二十六页，共91页。在高温(gown)下，CO可从金属氧化物中夺取氧，使金属还原。Fe2O3(s)3CO(g)2Fe(s)3CO2(g)高温高温 性质性质(xngzh)性质性质(xngzh)一：还原性一：还原性CO可用可用CuCl的酸性溶
22、液定量吸收：的酸性溶液定量吸收：CO+CuCl+2H2O=Cu(CO)Cl.2H2O第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第27页/共91页第二十七页，共91页。如：CO能使二氯化钯溶液(rngy)及银氨溶液(rngy)变黑在常温下，CO能使一些金属(jnsh)化合物中的金属(jnsh)离子还原。性质性质(xngzh)COPdCl2H2O PdCO22HCl性质一：还原性性质一：还原性此反应可用于鉴定微量的一氧化碳此反应可用于鉴定微量的一氧化碳第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第28页/共91页第二十八页，共91页。性质性质(xn
23、gzh)性质性质(xngzh)二：配位性二：配位性CO是一种重要的配体，与过渡(gud)金属生成金属羰基化合物。MCO配位键配位键Ni+4CO Ni(CO)4 CO是低氧化态金属原子极好的配体是低氧化态金属原子极好的配体，Fe(CO)5、Co2(CO)8、Ni(CO)4、RhCl(CO)(PPh3)2等。它的毒性与这种配位作用有等。它的毒性与这种配位作用有关，关，CO优先于优先于O2与血红蛋白分子中的铁离子结合使受害者窒息而死。与血红蛋白分子中的铁离子结合使受害者窒息而死。第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第29页/共91页第二十九页，共91页。无定型体：石英
24、玻璃，硅藻土，燧石无定型体：石英玻璃，硅藻土，燧石晶晶 体：天然为石英体：天然为石英(原子晶体原子晶体)纯纯 石石 英：水晶英：水晶含有杂质的石英：玛瑙含有杂质的石英：玛瑙缟玛瑙缟玛瑙紫晶紫晶石英盐石英盐水晶水晶黑曜石黑曜石玛瑙玛瑙2.SiO2第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第30页/共91页第三十页，共91页。3s3px3py3pz硅原子硅原子sp3杂化杂化3s3px3py3pz基基 态态 结构结构(jigu)SiOSiO4 4四面体四面体四面体四面体第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14
25、.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第31页/共91页第三十一页，共91页。二氧化硅二氧化硅(r yng hu gu)并不表示并不表示(biosh)单个分子单个分子SiO2二氧化碳二氧化碳(r yng hu tn)表示表示单个分子单个分子CO2最简式最简式最简式最简式有区别有区别顶点的氧原子为两顶点的氧原子为两个四面体共用个四面体共用硅原子硅原子氧原子氧原子SiO2结结构构第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第32页/共91页第三十二页，共91页。性质性质(xngzh)性质性质(xngzh)一：与还原剂反应一：与还原剂反应性质性质(xngzh)二：与二：与
26、HF反应反应性质三：与碱反应性质三：与碱反应第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第33页/共91页第三十三页，共91页。性质性质(xngzh)一：与还原剂反应一：与还原剂反应在高温(gown)下不能被H2还原，只能被碳、镁、铝还原。SiO22C Si2CO3000第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第34页/共91页第三十四页，共91页。性质性质(xngzh)二：与二：与HF反应反应除单质氟、氟化氢、氢氟酸外，SiO2不与其它(qt)的卤素酸反应。SiO24HF(g)SiF42H2OSiO26HF(溶液
27、溶液)H2SiF62H2O第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物说明可用说明可用HF在玻璃上刻字！在玻璃上刻字！第35页/共91页第三十五页，共91页。性质性质(xngzh)三：与碱反应三：与碱反应SiO2能溶于热的强碱溶液(rngy)或溶于熔融的碳酸钠中。SiO22NaOH Na2SiO3H2OSiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2熔融熔融第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物说明不能用磨口玻璃瓶盛碱！说明不能用磨口玻璃瓶盛碱！第36页/共91页第三十六页，共91页。制石英
28、玻璃制石英玻璃(sh yn b l)：能让紫外光通过，制：能让紫外光通过，制光学仪器，又因它的膨胀系数小，能经受温度剧光学仪器，又因它的膨胀系数小，能经受温度剧变，制备高级化学器皿。变，制备高级化学器皿。第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物 用途用途第37页/共91页第三十七页，共91页。锗、锡、铅锗、锡、铅MO型氧化物型氧化物MO2型氧化物型氧化物O2离子型、两性(lingxng)偏碱性的化合物共价(n ji)型、两性偏酸性的化合物3.Ge、Sn和和Pb的氧化物的氧化物第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(y
29、un s)14.2 单质及化合物单质及化合物Sn2+CO32-=SnO+CO2 Sn+O2=SnO2 SnO2：易溶于碱，酸：易溶于碱，酸性显著性显著。第38页/共91页第三十八页，共91页。黄色黄色黄色黄色(hungs)(hungs)的的的的 PbOPbO棕色棕色棕色棕色(zngs)(zngs)的的的的 PbO2PbO2橙色橙色橙色橙色(chn s)(chn s)的的的的 Pb2O3Pb2O3红色的红色的红色的红色的 PbPb3 3OO4 4铅铅的的氧氧化化物物PbO2Pb2O3Pb3O4PbO600K700K800K第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第39
30、页/共91页第三十九页，共91页。GeO2（白色（白色(bis)）GeO（黑色）（黑色）SnO（黑色）（黑色）PbO2（棕黑色）（棕黑色）SnO2（白色（白色(bis)）PbO（黄红色（黄红色(hngs)）酸性增强酸性增强碱性增强碱性增强碱碱性性增增强强还还原原性性增增强强酸酸性性增增强强氧氧化化性性增增强强锗、锡、铅的氧化物的锗、锡、铅的氧化物的锗、锡、铅的氧化物的锗、锡、铅的氧化物的酸碱性及氧化还原性酸碱性及氧化还原性酸碱性及氧化还原性酸碱性及氧化还原性 第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第40页/共91页第四十页，共91页。PbO2 性质性质(xngzh
31、)性质性质(xngzh)一：两性偏酸一：两性偏酸性质性质(xngzh)二：强氧化性二：强氧化性第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物 制备制备Pb(OH)3-+ClO-=PbO2+Cl-+OH-+H2O第41页/共91页第四十一页，共91页。PbO2是两性的，其酸性大于碱性，难溶于硝酸(xio sun)，稍溶于碱生成铅酸盐。PbO22NaOH Na2PbO3H2O性质性质(xngzh)一：两性偏酸一：两性偏酸第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物PbO：两性偏碱两性偏碱，即易溶于，即易溶于HNO3，难溶于碱
32、；，难溶于碱；第42页/共91页第四十二页，共91页。PbO24HCl PbCl2 Cl +2H2O2PbO22H2SO4 2PbSO4O22H2O5PbO22Mn2+4H+5Pb2+2MnO42H2O-Ag+在酸性在酸性(sun xn)介质介质中显强氧化性中显强氧化性性质性质(xngzh)二：强氧化性二：强氧化性第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第43页/共91页第四十三页，共91页。CO2溶于水的体积比可达溶于水的体积比可达1：1，然而溶解的，然而溶解的CO2 大部分是以结合较弱的水合分子形式存在大部分是以结合较弱的水合分子形式
33、存在(cnzi)，只有一少部分生成，只有一少部分生成H2CO3，CO2/H2CO3=600Ka1=4.210-7Ka2=5.610-11H2CO3 H+HCO3-HCO3 H+CO3 2-H2CO3是弱酸是弱酸(ru sun)：1.碳酸碳酸(tn sun)和碳酸和碳酸(tn sun)盐盐四、含氧酸及其盐四、含氧酸及其盐第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第44页/共91页第四十四页，共91页。碳酸为二碳酸为二元弱酸元弱酸(ru(ru sun)sun)，仅，仅存于水溶存于水溶液液碳酸盐碳酸盐碳酸氢盐碳酸氢盐 性质性质(xngzh)性质性质(xngzh)一：溶解性一
34、：溶解性性质二：水解性性质二：水解性性质三：碳酸盐的热稳定性性质三：碳酸盐的热稳定性第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第45页/共91页第四十五页，共91页。性质性质(xngzh)一：一：溶解性溶解性（1）铵和碱金属（除锂）的碳酸盐易溶于水，）铵和碱金属（除锂）的碳酸盐易溶于水，其它其它(qt)金属碳酸盐难溶于水。金属碳酸盐难溶于水。（2）对于难溶的碳酸盐，其相应）对于难溶的碳酸盐，其相应(xingyng)的碳酸氢盐有较大的溶解度。的碳酸氢盐有较大的溶解度。如：难溶的如：难溶的CaCO3矿石在矿石在CO2和水的长和水的长期侵蚀下，部分转变为期侵蚀下，部分转变为
35、Ca(HCO3)2而溶解而溶解。CaCO3CO2H2O Ca(HCO3)2第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第46页/共91页第四十六页，共91页。（3）对于易溶的碳酸盐，其相应）对于易溶的碳酸盐，其相应(xingyng)的碳酸氢盐有相对较低的溶解的碳酸氢盐有相对较低的溶解度。度。如：向浓的碳酸铵溶液中通入CO2至饱和便可沉淀(chndin)出碳酸氢铵。溶解度的反常是由于HCO3 离子通过氢键形成双聚或多聚链状有关。-2Na+2CO32-+CO2+H2O 2NaHCO3第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化
36、合物第47页/共91页第四十七页，共91页。性质性质(xngzh)二：二：水解性水解性可溶性的碱金属和铵的碳酸盐、碳酸氢盐在水溶液中水解(shuji)而分别显强碱性和弱碱性。CO3 H2O HCO3OH2-HCO3 H2O H2CO3OH-强碱性(jin xn)弱碱性金属盐（碱金属金属盐（碱金属金属盐（碱金属金属盐（碱金属和铵除外）和铵除外）和铵除外）和铵除外）+碳酸盐碳酸盐碳酸盐碳酸盐碱式碳酸盐碱式碳酸盐碱式碳酸盐碱式碳酸盐氢氧化物氢氧化物氢氧化物氢氧化物第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第48页/共91页第四十八页，共91页。（1）氢氧化物碱性较强的金属如
37、）氢氧化物碱性较强的金属如Ca2+、Ba2+、Sr2+、Ag+离子，可与离子，可与 反应，反应，生成碳酸盐沉淀。生成碳酸盐沉淀。Ba2+BaCO3(s)（2）氢氧化物碱性较弱的金属离子如）氢氧化物碱性较弱的金属离子如 Cu2+、Zn2+、Pb2+、Mg2+，可与，可与 反应，反应，为碱式碳酸盐沉淀。为碱式碳酸盐沉淀。2Cu2+H2OCu2(OH)2CO3(s)CO2(g)第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第49页/共91页第四十九页，共91页。（3）强水解的金属）强水解的金属(jnsh)离子，特别是离子，特别是两性的（如
38、两性的（如Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+），），其氢氧化物溶度积小，沉淀为氢氧化物。其氢氧化物溶度积小，沉淀为氢氧化物。2Al3+3H2O2Al(OH)33CO22Fe3+3H2O2Fe(OH)33CO2第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第50页/共91页第五十页，共91页。性质性质(xngzh)三：碳酸盐的热三：碳酸盐的热稳定性稳定性 碳酸盐的另一重要碳酸盐的另一重要(zhngyo)特征是不稳定性，特征是不稳定性，一般碳酸盐的热稳定性高于碳酸氢盐。一般碳酸盐的热稳定性高于碳酸氢盐。第十四章第十四章 碳
39、族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第51页/共91页第五十一页，共91页。SiO2不溶于水，硅酸不能用不溶于水，硅酸不能用SiO2与水直接作用与水直接作用(zuyng)制得，而只能用可溶性硅酸盐与酸作用制得，而只能用可溶性硅酸盐与酸作用(zuyng)生成。生成。SiO44-+4H+=H4SiO4 K1=3.010-10 2.硅酸硅酸(u sun)和和硅酸硅酸(u sun)盐盐硅酸(u sun)通式：xSiO2 yH2O原硅酸H4SiO4x=1y=2SiO22H2O偏硅酸H2SiO3x=1y=1SiO2H2O二偏硅酸 H2Si2O5x=2y=12SiO2
40、H2O通常用通常用 SiO2H2O 代表硅酸代表硅酸第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第52页/共91页第五十二页，共91页。硅酸通过洗涤、干燥硅酸通过洗涤、干燥(gnzo)、活化可得多孔硅胶。、活化可得多孔硅胶。硅胶是一种具有物理吸附作用硅胶是一种具有物理吸附作用的吸附剂，可以的吸附剂，可以(ky)再生反复使用。再生反复使用。浸泡浸泡(jnpo)CoCl2硅酸凝胶硅酸凝胶催化剂载体催化剂载体干燥剂干燥剂H4SiO4单分子形式单分子形式硅酸溶液硅酸溶液硅酸溶胶硅酸溶胶硅酸凝胶硅酸凝胶硅胶硅胶放置放置缩和缩和加酸加酸电解质电解质烘干烘干活化活化白色透明软而白色透
41、明软而有弹性固体有弹性固体第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第53页/共91页第五十三页，共91页。硅酸盐硅酸盐可溶性：Na2SiO3(水玻璃)、K2SiO3不溶性：有大部分硅酸盐难溶于水，且有特征(tzhng)颜色。硅酸盐硅酸盐SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2 硅酸盐和硅酸盐和SiO2一样，都是以硅氧四面体为基本结构单元，一样，都是以硅氧四面体为基本结构单元，通过不同通过不同(b tn)的连接方式组成不同的连接方式组成不同(b tn)的硅酸根阴的硅酸根阴离子。离子。第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化
42、合物单质及化合物第54页/共91页第五十四页，共91页。1)、单个的硅氧四面体、正硅酸盐，、单个的硅氧四面体、正硅酸盐，Mg2SiO4(橄榄石橄榄石)；2)、共用一个氧原子的两个硅氧四面体相连、共用一个氧原子的两个硅氧四面体相连(xin lin)，Sc2Si2O7(钪硅石钪硅石)；3)、许多硅氧四面体联结成无限长的单链；、许多硅氧四面体联结成无限长的单链；4)、每一个硅氧四面体通过共用三个氧原子与邻近三个硅、每一个硅氧四面体通过共用三个氧原子与邻近三个硅氧四面体联结，形成片层状结构。氧四面体联结，形成片层状结构。云母云母 KMg3(OH)2Si3AlO10；5)、硅氧四面体间通过四个共用氧原子
43、而组成各种各样空、硅氧四面体间通过四个共用氧原子而组成各种各样空间网络结构。间网络结构。第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第55页/共91页第五十五页，共91页。分子筛分子筛 它具有它具有(jyu)由由SiO4和和AlO4四面体结构的空间立体结四面体结构的空间立体结构构,其通式为：其通式为：Mx/n(AlO2)x(SiO2)y).mH2O用途用途(yngt)：吸附剂、干燥剂、催：吸附剂、干燥剂、催化剂和催化剂载体等。化剂和催化剂载体等。特点：有大的比表面（特点：有大的比表面（500-1000 m2.g-1），孔径均匀，有
44、好的机械），孔径均匀，有好的机械(jxi)强度和热稳定性。强度和热稳定性。分子筛分子筛第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第56页/共91页第五十六页，共91页。3.Ge、Sn、Pb的氢氧化物的氢氧化物(qn yn hu w)及含氧酸盐及含氧酸盐第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物锗、锡、铅锗、锡、铅锗、锡、铅锗、锡、铅锗、锡、铅锗、锡、铅氢氧化物氢氧化物氢氧化物氢氧化物氢氧化物氢氧化物组成不定的氧化组成不定的氧化物的水合物：物的水合物：xMO2 yH2OxMO yH2O两性氧化物两性氧化物
45、锗、锡、铅锗、锡、铅锗、锡、铅锗、锡、铅锗、锡、铅锗、锡、铅氢氧化物氢氧化物氢氧化物氢氧化物氢氧化物氢氧化物锗、锡、铅锗、锡、铅可溶性盐可溶性盐氧化物氧化物碱碱水水难溶于水难溶于水第57页/共91页第五十七页，共91页。Ge(OH)4（棕色）（棕色）Ge(OH)2（白色）（白色）Sn(OH)2（白色）（白色）Pb(OH)4（棕色）（棕色）Sn(OH)4（白色）（白色）Pb(OH)2（白色）（白色）酸性增强酸性增强碱性增强碱性增强碱碱性性增增强强还还原原性性增增强强酸酸性性增增强强氧氧化化性性增增强强两性两性(lingxng)弱酸弱酸(ru sun)第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s
46、)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第58页/共91页第五十八页，共91页。（1）Sn(OH)2 制备制备(zhbi)向Sn2+盐的溶液中加入强碱溶液，立即(lj)析出白色胶状的氢氧化锡。Sn2+2OH-Sn(OH)2第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第59页/共91页第五十九页，共91页。性质性质(xngzh)两性两性 Sn(OH)2既能溶于酸也能溶于过量(guling)的碱溶液。Sn(OH)2 OH-Sn(OH)3-Sn(OH)2 2H+Sn2+2H2O亚锡酸根亚锡酸根第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s
47、)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第60页/共91页第六十页，共91页。制备制备(zhbi)-锡酸由锡(IV)盐或四卤化锡水解或与适量的碱或氨水作用(zuyng)而得到的。Sn4+4H2O Sn(OH)4(s,白白)4H+Sn4+4NH3H2O Sn(OH)4(s,白白)4NH4+Sn(OH)4是是-锡酸或锡酸或SnO22H2O（2）锡酸）锡酸(Stannic Acid)第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第61页/共91页第六十一页，共91页。二氧化锡的水合物二氧化锡的水合物xSnO2 yH2O长期放置长期放置或加热
48、或加热4NO2H2O-锡酸锡酸-锡酸锡酸-锡酸锡酸Sn4HNO3-锡酸锡酸-锡酸锡酸第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第62页/共91页第六十二页，共91页。-锡酸与锡酸与-锡酸的区别锡酸的区别(qbi)-锡酸锡酸-锡酸锡酸白色无定形粉末或凝胶状沉淀难溶于水，能溶于酸、碱白色结晶固体，具有SnO2四方结构不溶于水、酸、碱第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质单质(dnzh)及化合物及化合物第63页/共91页第六十三页，共91页。（3）Pb(OH)2Pb(OH)2具有两性(lingxn
49、g)，溶于酸生成铅盐，溶于碱生成亚铅酸盐。Pb(OH)2加热(ji r)脱水，温度高可得红色PbO，温度低可得黄色的PbO。Pb(OH)22HCl PbCl22H2OPb(OH)2NaOH NaPb(OH)3Pb(OH)2 PbOH2O第十四章第十四章 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)14.2 单质及化合物单质及化合物第64页/共91页第六十四页，共91页。SiH4：无色无臭气体，：无色无臭气体，m.p.88K；b.p.161K，氢的电负，氢的电负性介于性介于C和和Si之间，故之间，故SiH4中共用电子对靠近氢，使得中共用电子对靠近氢，使得(sh de)SiH4的还原性比的还原性比
50、CH4强，强，Si外层有空的外层有空的d轨道，故轨道，故SiH4比比CH4活泼。活泼。1.硅烷性质硅烷性质(xngzh)对碳：对碳：C-C、C-H键很强，可以键很强，可以(ky)形成很长形成很长链，碳氢化合物种类多。链，碳氢化合物种类多。对硅：对硅：Si-Si键键C-C键，故硅的氢化物的种键，故硅的氢化物的种类远不如碳氢化物多，类远不如碳氢化物多，SinH2n+2、n=1、2、6。五、五、氢化物氢化物第十四章第十四章 碳族元素碳族元素14.2 单质及化合物单质及化合物第65页/共91页第六十五页，共91页。1)1)、SiH4SiH4的热稳定性不如的热稳定性不如的热稳定性不如的热稳定性不如CH4