碳族元素素材学习教案

1、会计学1碳族元素碳族元素(yun s)素材素材第一页，共52页。18.1 18.1 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)概述概述 碳族碳族(IVA)：碳：碳(carbon , C), 硅硅(silicon, Si), 锗锗(germanium, Ge), 锡锡(tin, Sn), 铅铅(lead, Pb)18.1 碳族元素碳族元素(yun s)概述概述 价电子构型：价电子构型：ns2np2第2页/共52页第二页，共52页。18.1 18.1 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)概述概述存在存在(cnzi)碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气; 碳

2、酸盐碳酸盐; CO2 ; 生物体内等生物体内等硅：硅：SiO2和各种和各种( zhn)硅酸盐硅酸盐锗：硫银锗矿锗：硫银锗矿4Ag2SGeS2 硫铅锗矿硫铅锗矿2PbS GeS2锡：锡石锡：锡石 SnO2铅：方铅矿铅：方铅矿 PbS，白铅矿，白铅矿 PbCO3金刚石金刚石锡石锡石方铅方铅矿矿第3页/共52页第三页，共52页。18.2 18.2 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)单质单质18.2 碳族元素碳族元素(yun s)单质单质18.2.1 碳碳 (同素异形体同素异形体)金刚石：原子晶体金刚石：原子晶体,硬度最大硬度最大,熔点最高。熔点最高。 石石 墨：层状晶体墨：层状晶体 ，质软

3、，有金属光泽。过渡型晶体，质软，有金属光泽。过渡型晶体 。富勒烯：原子排列为球体或椭球体，富勒烯：原子排列为球体或椭球体，C60、C70 等。等。分子晶体。分子晶体。 碳纳米管：由类似石墨的六边形网格所组成的管状物碳纳米管：由类似石墨的六边形网格所组成的管状物，管子一般，管子一般(ybn)由单层或多层组成由单层或多层组成,两端封两端封闭。闭。 无定形碳：无定形碳实际是石墨的微晶体无定形碳：无定形碳实际是石墨的微晶体 。第4页/共52页第四页，共52页。18.2 18.2 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)单质单质石墨石墨(sp2杂化杂化)金刚石金刚石 (sp3杂化杂化)第5页/共52

4、页第五页，共52页。18.2 18.2 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)单质单质足球烯足球烯 (富勒烯富勒烯) C60 (sp2杂化杂化)碳纳米管碳纳米管第6页/共52页第六页，共52页。18.2 18.2 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)单质单质18.2.2 18.2.2 硅和锗硅和锗u硅有晶态硅有晶态(银灰色银灰色)和无定形和无定形(黑色粉末黑色粉末(fnm)两种。两种。 无定形硅无定形硅晶态硅晶态硅晶态硅类似金刚石；采用区域熔炼法制备超纯单晶硅晶态硅类似金刚石；采用区域熔炼法制备超纯单晶硅硅不与任何酸作用硅不与任何酸作用(zuyng)，但能溶于，但能溶于HF和和H

5、NO3的混合液中的混合液中强碱能与硅生成硅酸盐强碱能与硅生成硅酸盐Si + 2KOH + H2O K2SiO3 + 2H2 (g)第7页/共52页第七页，共52页。锗单质：灰白色金属，锗单质：灰白色金属， 硬而脆硬而脆(结构类似金刚石结构类似金刚石)超高纯锗也通过区域熔炼超高纯锗也通过区域熔炼(rn lin)法制备。法制备。锗锗18.2 18.2 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)单质单质第8页/共52页第八页，共52页。18.2 18.2 碳族元素碳族元素(yun s)(yun s)单质单质锡单质锡单质(dnzh)的三种同素异形体的三种同素异形体18.2.3 18.2.3 锡和铅锡

6、和铅 灰锡(锡) 白锡(锡) 脆锡 在空气中，锡在表面生成一层致密(zhm)的保护膜 有一定的抗腐蚀性 。锡无毒 。13.2161铅铅单质：质软，能阻挡单质：质软，能阻挡X射线。射线。 铅盐的毒性大铅盐的毒性大 。金属锡金属锡金属铅金属铅第9页/共52页第九页，共52页。18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物18.3 碳的化合物碳的化合物18.3.1 一氧化碳一氧化碳(yynghutn)结构结构 CO与与N2是等电子是等电子(dinz)体体, 结构相似结构相似 :C O:C O: 一个一个(y )键键两个两个键键第10页/共52页第十页，共52页。18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物性质

7、性质 作为配体，形成作为配体，形成(xngchng)羰基配合物羰基配合物(C为配位原子为配位原子) Fe(CO)5 Ni(CO)4 Co2(CO)8 还原剂还原剂 (g)CO(g)O21CO(g)22(g)3CO2Fe(s)3CO(g)(s)OFe232 剧毒剧毒(j d)第11页/共52页第十一页，共52页。18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物18.3.2 18.3.2 二氧化碳二氧化碳(r yng hu tn)(r yng hu tn)结构结构(jigu) C sp杂化杂化 直线型直线型分子分子 ：OO ：C43 CO2的温室效应的温室效应(wn sh xio yn)。 CO2分子中除

8、了分子中除了键外，尚存在键外，尚存在2个个三中心四电子大三中心四电子大键键CO2的偶极矩为零。的偶极矩为零。 第12页/共52页第十二页，共52页。18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物18.3.3 18.3.3 碳酸碳酸(tn sun)(tn sun)及其盐及其盐 CO2溶于水，主要溶于水，主要(zhyo)为为CO2H2O，极少为，极少为H2CO3 在在298K时，时，c(CO2) : c(H2CO3) = 600 : l 11-2-23-3-71-332104.7 COH HCO104.2 HCOH COHKK CO32-的结构的结构CO32-与与BF3为等电子体为等电子体C：sp2杂化

9、杂化COOO2-64 第13页/共52页第十三页，共52页。18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物 碳酸盐的溶解度碳酸盐的溶解度易溶盐易溶盐 Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3100溶解度溶解度 45 16 156 60(g/100g H2O)COOOHOOHOC2-存在氢键存在氢键(qn jin)，形成形成二聚物或多聚物二聚物或多聚物COOOCOOOHOCOOHH-其它其它(qt)金属金属(含含Li)碳酸盐难溶于水碳酸盐难溶于水, 且酸式盐溶解度大于正盐。且酸式盐溶解度大于正盐。第14页/共52页第十四页，共52页。18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物碳酸碳酸(tn s

10、un)及其盐的热稳定性及其盐的热稳定性 H2CO3 MHCO3 60%)，且具有优良的，且具有优良的耐火性和耐气候性，可在地铁、影院、电视发射中心等防火和耐火性和耐气候性，可在地铁、影院、电视发射中心等防火和隔音要求较高的场合，用作吸音材料。隔音要求较高的场合，用作吸音材料。第47页/共52页第四十七页，共52页。 氧化锡气敏材料氧化锡气敏材料 易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、报警和控制易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、报警和控制。金属氧化物半导体传感器在气敏传感器中占有重要。金属氧化物半导体传感器在气敏传感器中占有重要的地位。由于气体响应过程主要发生在敏感材料表面的地位。由于气体响应过程主

11、要发生在敏感材料表面，所以薄膜型气敏材料被广泛采用。，所以薄膜型气敏材料被广泛采用。SnO2是目前应用是目前应用最广泛的半导体气敏材料。最广泛的半导体气敏材料。SnO2在空气中稳定，对在空气中稳定，对CO、H2、CH4等还原性气体响应灵敏。吸附气体引起等还原性气体响应灵敏。吸附气体引起SnO2表面电子得失，半导体能带发生改变，产生可以表面电子得失，半导体能带发生改变，产生可以检测的电信号，可以监测气体并检测气体浓度。检测的电信号，可以监测气体并检测气体浓度。SnO2气敏传感器敏感薄膜可以采用磁控溅射、气相沉积、气敏传感器敏感薄膜可以采用磁控溅射、气相沉积、溶胶溶胶-凝胶等方法制备。通过对凝胶等

12、方法制备。通过对SnO2掺杂不同掺杂不同(b tn)的材料，还可以制作成对不同的材料，还可以制作成对不同(b tn)气体敏感气体敏感的传感器，提高传感器的灵敏度、选择性和响应性。的传感器，提高传感器的灵敏度、选择性和响应性。 SnO2气敏传感器敏感薄膜可以采用磁控溅射、气相气敏传感器敏感薄膜可以采用磁控溅射、气相沉积、溶胶沉积、溶胶-凝胶等方法制备。通过对凝胶等方法制备。通过对SnO2掺杂不同掺杂不同(b tn)的材料，还可以制作成对不同的材料，还可以制作成对不同(b tn)气体气体敏感的传感器，提高传感器的灵敏度、选择性和响应敏感的传感器，提高传感器的灵敏度、选择性和响应性。性。第48页/共52页第四十八页，共52页。本章本章(bn zhn)作业作业第49页/共52页第四十九页，共52页。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅