碳族元素PPT课件

第十五章碳族元素,15.5锡、铅的化合物,15.4硅的化合物,15.3碳的化合物,15.2碳族元素的单质,15.1碳族元素概述,15.6无机化合物的水解性,-,2,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。,-,3,15.1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,-,4,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-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,-,5,存在形式：,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2PbSGeS2。锡：锡石SnO2。铅：方铅矿PbS，白铅矿PbCO3。,图,-,6,锡石SnO2,方铅矿PbS,单质,-,7,15.2碳族元素的单质,-,8,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,-,9,石墨(sp2杂化),金刚石(sp3杂化),C60,-,10,足球烯，富勒烯，C60(sp2杂化),END,性质,-,11,硅单质有无定形体和晶体两种，其晶体类似金刚石。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。锗单质是灰白色金属，硬而脆，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,-,12,化学性质：,碳,硅,常温下,高温下,锡,-,13,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,-,14,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,-,15,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）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？,-,16,8、比较热稳定性：Na2CO3MgCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3Na2CO3和NaHCO39、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？,-,17,15.3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（CO和H2）：由空气和水蒸气交替通入赤热碳层？,结构,-,18,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,-,19,2.二氧化碳(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,-,20,碳酸,-,21,3.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+39=32e-)为等电子体。,C：sp2杂化,稳定性,-,22,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BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3分解T/10054090012901360,过渡M,-,23,过渡金属碳酸盐稳定性差CaCO3PbCO3ZnCO3FeCO3分解T/900315350282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8e_构型的极化力大，其MCO3相对不稳定。,溶解性,-,24,碳酸盐的溶解度：,易溶盐：Na2CO3NaHCO3K2CO3KHCO3100溶解度451615660(g/100gH2O),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,-,25,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。例如：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等。,-,26,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,?,-,27,15.4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,-,28,水晶,石英盐,黑曜石,紫晶,缟玛瑙,玛瑙,(yao),结构,-,29,Si采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体,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,-,30,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,-,31,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,-,32,*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：（了解）,卤化物,-,33,5.硅的卤化物SiX4,SiF4SiCl4SiBr4SiI4聚集态glls,（氟硅酸）,水解：,制取：,刻蚀玻璃,锡铅,-,34,15.5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),-,35,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),-,36,Pb(IV)的氧化性,其它,-,37,四氧化三铅(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,-,38,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)4PbO2,Sn(OH)2,Pb(OH)2,盐,-,39,2.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：,-,40,硫化物,Pb2+Pb(OH)3-PbCl2(白)PbSO4(白)PbI2(黄)PbCrO4(黄)PbCl42-Pb(HSO4)2PbI42-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：,-,41,3.锡、铅的硫化物,SnS(棕)SnS2(黄)PbS(黑),SnS+4HClH2SnCl4+H2SPbS+4HClH2PbCl4+H2SSnS2+6HClH2SnCl6+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）,-,42,15.6无机化合物的水解性,盐的水解过程：,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,-,43,1、影响因素：,电荷和半径：,电子层结构：,8e构型不水解,18e