第8讲-碳族元素和氮族元素

1、第8讲碳族元素和氮族元素碳族元素一、碳族元素（一）、碳族元素在周期表中的位置、原子结构和性质1、位于周期表WA族，包括C、Si、Ge、Sn、Pb2、原子最外层电子均为4说明：从8电子稳定结构看：碳族元素既难得到4个电子，又难失去4个电子，因此容易以共用电子对结合形成共价化合物。3、主要价态：+4、+2价，C、Si、Ge、Sn的+4价化合物是稳定的，而Pb的+2化合物是稳定的例如：Sn+2CI?=SnCI4Pb+Cl2=PbCI?例如：Fe3o4可以写成FeOFqOs,贝PbsO4可以写成2PbOPbO2Sn2+具有还原性、Pb4+具有氧化性例如：Sn2+2Fe3+=Sn4+2Fe2+PbO2+

2、4HCI（浓）=PbCb+Cbf+2HO（二）、碳族元素性质的递变规律碳(C)硅(Si)锗(Ge)锡(Sn)铅(Pb)原子半径逐渐增大主要化合价+2、+4+2、+4+2、+4+2、+4+2、+4颜色无色或黑灰黑色银灰色银白色监白色状态固态固态固态固态固态熔点（C）金刚石：3550石墨：36521410937.4231.9327.5沸点（c）48272355283022601740密度逐渐增大氢化物稳定性逐渐减弱CH4SiH4GeH4SnH4氢化物稳定性逐渐减弱氧化物CO、CO2SiO2GeO、GeO2SnO、SnO2PbO、PbO2最高价氧化物的水化物H2CO3H4SQ4Ge(OH)4Sn(O

3、H)4Pb(OH)4酸性减弱碱性递增（多为两性）规律非金属性逐渐减弱、金属性逐渐增强二、碳金刚石：原子晶体1、同素异形体石墨：混合晶体C60：分子晶体高温C（金刚石，s）C（石墨，s）;H=-1.89KJ/mol（石墨比金刚石稳定）2、化学性质（1）可燃性：点燃曰点燃十口C+02C02（02足量）2C+022CO（02不足）（2）还原性：高温C+2Cu02Cu+C02C+H20C0+H2（水煤气）通电Ca0+3CCaC2+C0f（石的制法）（3）与氧化性酸反应C+2H2S04（浓）C02f+2S0f+2H0C+4HN03（浓）=C02f+4N02f+2H20三、碳的化合物（一）C0的性质1、物

4、理性质：无色无味气体，剧毒难溶于水。中性氧化物（不成盐氧化物）2、化学性质占燃（1）可燃性：2C0+02=2C02（用点燃的方法除去C0）（2）还原性：Fe203+3C02Fe+3C02（炼铁）Cu0+C0Cu+C02（除C0）高温C0+H20C02+H2（工业上用于制H2）（3）毒性：C0能于人体中血红蛋白结合，使血红蛋白失去携氧的能力，使人缺氧死亡。浓硫酸3、实验室制法：HC00HC0T+H20工业制法：点燃高温（1）C+02C02C02+CC0高温（2）C+H20C0+H2（制水煤气）（二）C02的性质1、物理性质：无色无味气体，密度比空气大。微溶于水（1:1），酸性氧化物，固体C02叫

5、做干冰”2、化学性质（1）酸性氧化物（酸酐）C02+H20H2C03H+HC03-C02通入澄清石灰水现象：C02+Ca（0H）2=CaC03+出0-C02+CaC03+H20=Ca（HC03）2思考：C02通入CaCl2溶液中是否有沉淀生成？C02和HCI混合气体通入澄清石灰水是否有沉淀生成？C02+Ca(CIO)2+H20=CaC03J+2HCI0C02+ONa1LJOH+NaHCO3+H20*2信息题中经常有:点燃3Mg+SO22MgO+MgS点燃4Na+3CO22Na2CO3+C镁及镁以前的金属都能在二氧化碳中燃烧，铁及铁以后的金属，碳或一氧化碳都能把它从它的金属氧化物中还原出来。而铝

6、和锌两个反应都不能发生（3）其它2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2T3、制法:(1) 工业制法：煅烧石灰石高温CaCO3CaO+CO2T(2) 实验室制法：CaCO3+2HCl=CaCl2+出0+CO2f反应类型：固+液气装置：启普发生器注意：不能用H2SO4来制备CO2（SO42与Ca2+结合生成微溶于水的CaSO4覆盖在CaCO?的表面，阻止了反应的进行）。（三）碳酸及碳酸盐1、碳酸：二元弱酸、酸性强于HCIO、H2SQ3及苯酚2、碳酸盐包括正盐及酸式盐（1）稳定性一般是：正盐酸式盐碳酸例如：Na2CO3:不分解2NaHCO3Na2CO3+CO2T+出0H2CO3CO2+H2O（

7、2）溶解性：一般是碳酸氢盐碳酸盐，例如碳酸钙难溶于水而碳酸氢钙却易溶于水但是碳酸钠却大于碳酸氢钠（应用于侯氏制碱法）3、碳酸根离子的检验：在溶液中加入CaCl2或BaCl2溶液有白色沉淀生成，再加HCI沉淀溶解，并有能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体生成。（注意排除SO32-、HSO2-、HCO3-干扰）四、硅1、含量和存在：硅在地壳中存在仅次于氧，居第二位。在自然界中，只有化合态存在，一般以Si02和硅酸盐的形式存（2）氧化性:C02+C2C0点燃C02+2Mg2MgO+C在。2、晶体结构：正四面体型空间网状，原子晶体。熔沸点：金刚石晶体硅3、物理性质：有灰色金属光泽的硬而脆的固体，熔沸点高

8、，硬度大，是半导体材料。4、化学性质：不活泼，常温下只与F2、HF和强碱反应。(1) 与非金属反应Si+2F2=SiF4（气体）Si+2CI2SiCl4（常温下为液体）Si+02SiO2(放热反应)咼温Si+2H2SiH4f(不稳定)(2) 与碱反应Si+2NaOH+H20=Na2SiO3+2H2f反应实质：Si+4H2O-Si(OH)4+2H2T Si(OH)4+2NaOH=NaSiO3+3H2O总反应：rVSi+2NaOH+4H2O=NazSiOs+2H2仔3H2O氧化剂：H2O;还原剂：Si(3) 与HF的反应Si+4HF=SiF4T+2出5、工业制法：咼温丄(1) SiO2+2CSi(

9、粗硅)+2CO(2) Si+2CI2=SiC(将SiCl4蒸馏提纯)咼温(3) SiCl4+2H2Si(高纯硅)+4HCI(含(含6、主要用途：用来制造集成电路、晶体管等半导体器件，还可用来制成太阳能电池。硅的合金用来制造变压器铁芯硅4%的钢)、耐酸设备(含硅15%的钢)等。五、二氧化硅1、晶体结构：空间网状结构，原子晶体。SiO2不表示分子，表示硅和氧按1:2组成的原子晶体(每个硅原子周围有个氧原子每个氧原子周围有2个硅原子)2、物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水的晶体。俗称水晶或石英。3、化学性质：具有酸性氧化物的通性，常温下与氢氟酸、强碱溶液反应外，与其它不反应（1）与碱性氧化物反应高温

10、CaO+SiO2CaSiO3（2）与碱反应SiO2+2NaOH=NazSiOs+HzO与碱的稀溶液反应很慢，但与碱的浓溶液很容易反应，生成的Na2SiO3是一种粘合计（矿物胶），所以碱性溶液可以保存在玻璃瓶中，但不能用玻璃塞，可以用橡胶塞。（3）与酸反应（特性）SQ2+4HF=SiF4f+2HO（腐蚀玻璃，氢氟酸不能保存在玻璃瓶中）（4）与盐反应（制玻璃）高温SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2T高温SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2?高温（5）具有弱氧化性：SQ2+2CSi+2COf（制粗硅）高温或Si+3CSiC（金刚砂）+2CO?4、用途：制造光导纤维、化学仪器、光学仪器、

11、石英表（钟）、仪器轴承等。六、硅酸、原硅酸、硅酸盐1、原硅酸：白色胶状沉淀，不溶于水。不稳定，脱水后生成硅酸（H2SQ3）硅酸：白色沉淀，不溶于水、是二元弱酸，其酸性比碳酸还要弱，是已知含氧酸中最弱的酸。H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O2、硅酸钠：Na2SiO3+2HCl=2NaCI+H2SQ3J（白色）久置的NaSiOs溶液在空气中要变浑浊：Na2SiO3+CO2+H2O=NaCO3+H2SiO3J（此反应可证明H2SQ3的酸性比H2CO3弱）3、硅酸盐的表示方法硅酸盐由于组成复杂，常用氧化物形式来表示。氧化物的顺序：碱性氧化物两性氧化物酸性氧化物水；低价的写在前面，高价的

12、写在后面；氧化物之间以“隔开；而且系数配置出现分数应化为整数。11例如：正长石KAISi3O8不能写成一K2OAl2O33SiO2应写成K2OAI2O36SiO2。22高岭土Al2（Si2O5）（OH）4可写为Al2O32SiO22H2O4、SiO32-是弱酸的酸根，与NH4+、Al3+、Fe3+在溶液中发生双水解反应生成对应的酸和碱。七、传统无机非金属材料1、水泥：以石灰石、粘土作原料，在高温下发生复杂的物理、化学变化，经熔化、冷却后，再在熟料中加入3%以下的石膏以控制凝结速度，即得普通硅酸盐水泥。普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOSiO2)和铝酸三钙(3C

13、aO-Al2O3)等。2、玻璃：以纯碱、石灰石、过量石英为原料，在玻璃熔炉中，高温下发生复杂的物理、化学变化，形成玻璃。玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等。玻璃没有固定的熔、沸点。3、陶瓷(1) 制造陶瓷的主要原料：粘土。(2) 制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、成为陶器。(3) 陶瓷的种类(根据原料、烧制温度划分)：土器、陶器、瓷器、炻器等。4、比较水泥和玻璃的生产方法硅酸盐产品水泥玻璃主要设备水泥回转窑玻璃窑原料石灰石和粘土纯碱、石灰石、石英(过量)反应原理发生复杂的物理化学变化高温Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2T高温木CaCO3+SiO2CaSiO3+CO

14、2f主要成份3CaO-SiO2、2CaOSiO2、3CaO-Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SQ2反应条件高温高温碳及其化合物的知识网络3)2硅及其化合物的知识网络02（自燃）氮族元素一、氮族元素1、氮族元素:包括氮（7N）、磷（15P）、砷（33AS）、锑（5lSb）、铋（83Bi）五种元素，最外层有5个电子，电子层数不同，是VA元素。2、氮族元素性质比较：N2PAsSbBi颜色无色ifi十、/.ifi宀、.-H-*宀白磷：白色或黄色红磷：红棕色灰砷：灰色银白色银白色或微显红色状态气体固体固体固体固体密度逐渐增大熔点、沸点先按N2、P、As的顺序逐渐升高，而后按Sb、Bi的顺序逐渐降

15、低相似性： 最外层电子数均为5个，均能获得3个电子稳定结构； 在最高价氧化物中化合价都为+5，化学式为R2O5； 在气态氢化物中都显-3价，化学式为RH3； 最高价氧化物的水化物的化学式为HRO3或H3RO4。递变规律：按氮、磷、砷、锑、铋的顺序，随着核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的引力减弱，得电子能力减弱，失电子能力增强，非金属性减弱，金属性增强。在氮族元素的单质中，氮、磷具有较明显的非金属性；砷虽然是非金属，但有一些金属性；锑、铋为金属. 元素先+3价趋势增强，-3价趋势减弱； 氢化物的稳定性降低，还原性增强 最高价氧化物的水化物酸性减弱，碱性增强。二、氮（

16、一）氮气1、分子结构电子式：结构式：N-N（分子里N-N键很牢固，结构很稳定）2、物理性质：无色无味气体，难溶于水，密度与空气接近（所以收集N2不能用排空气法！）3、化学性质：通常氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应，只有在高温、高压、放电等条件下，才能使N2中的共价键断裂，从而与一些物质发生化学反应高温、高压放电N2+3H2F化剂2NH3N2+O22NO点燃3Mg+N2=Mg3N2Mg3N2+6H2O=3Mg（OH）2J+2NHf（二）氨气H：H：Hh-M-H1、分子结构：氨分子的结构：NH3的电子式为-，结构式为二，氨分子的结构为三角锥形，N原子位于锥顶，三个H原子位于锥底，键角1

17、0718,是极性分子。2、物理性质： 氨是无色、有刺激性气味的气体，比空气小； 氨易液化在常压下冷却或常温下加压，气态氨转化为无色的液态氨，同时放出大量热液态氨气化时要吸收大量的热，使周围的温度急剧下降； 氨气极易溶于水在常温、常压下，1体积水中能溶解约700体积的氨气(因此，氨气可进行喷泉实验); 氨对人的眼、鼻、喉等粘膜有刺激作用若不慎接触过多的氨而出现病症，要及时吸入新鲜空气和水蒸气，并用大量水冲洗眼睛。3、化学性质：能使润湿的红色石蕊试纸变蓝(1)氨水：NH3+H2O_NH3H2O_-NH4+OH微热NH3H2ONH3?+HO(2) 与酸的反应：NH3+HClNH4CI催化剂(3) 氨

18、与氧气的反应：4NH3+502=4NO+6H2O4、氨气的用途：是氮肥工业及制造硝酸、铵盐、纯碱的原料；是有机合成工业如合成纤维、塑料、染料、尿素等的常用原料；用作冰机中的致冷剂.5、氨气的实验室制法(1)反应原理：固态铵盐如NH4CI、(NH4)2SO4等与消石灰混合共热：2NH4CI+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3?+2HO(2)发生装置类型：固体+固体加热型装置(与制O2相同)干燥方法：常用碱石灰(CaO和NaOH的混合物)作干燥剂.不能用浓H2SO4、P2O5等酸性干燥剂和CaC干燥氨气,因为它们都能与氨气发生反应(CaCl2与NH3反应生成CaCl28NH3).(4) 收集方法

19、：只能用向下排气法，并在收集氨气的试管口放一团棉花，以防止氨气与空气形成对流而造成制得的氨气不纯.(5) 验满方法；将湿润的红色石蕊试纸接近集气瓶口，若试纸变蓝色，则说明氨气已充满集气瓶；将蘸有浓盐酸的玻璃棒接近集气瓶口，有白烟产生，说明氨气已充满集气瓶. 制氨气所用的铵盐不能用NH4NO3、NH4HCO3、(NH4)2CO3等代替，因为NH4NO3在加热时易发生爆炸，而NH4HCO3、(NH4)2CO3极易分解产生CO2气体使制得的NH3不纯. 消石灰不能用NaOH、KOH等强碱代替，因为NaOH、KOH具有吸湿性，易潮解结块，不利于生成的氨气逸出，而且NaOH、KOH对玻璃有强烈的腐蚀作用

20、. NH3极易溶于水，制取和收集的容器必须干燥. 实验室制取氨气的另一种常用方法：将生石灰或烧碱加入浓氨水中并加热.有关反应的化学方程式为：CaO+NH3H2O=Ca(OH)2+NH3f(加烧碱的作用是增大溶液中的OH浓度，促使NH3H2O转化为NH3,这种制氨气的发生装置与实验室制C、HCI气体的装置相同).(三) 铵盐1、化学性质(1)受热分解NH4CI=NH3f+HCIfNH3+HCI=NH4CI(试管上端又有白色固体附着),NH4NO=N2OT+2H2O(NH4)2CO3=2NH3f+COf+HO,NH4HCO3NH3f+COf+HO(2)与碱的反应+NH4+OH+NH4+OHNH3f

21、+HO(检验NH4+)（四）硝酸1、物理性质 纯硝酸是无色、易挥发（沸点为83C）、有刺激性气味的液体。打开盛浓硝酸的试齐怖盖，有白雾产生。（与盐酸相同）质量分数为98%以上的浓硝酸挥发出来的HNO3蒸气遇空气中的水蒸气形成的极微小的硝酸液滴而产生发烟现象”。2、化学性质（1）不稳定性:因此，质量分数为98%以上的浓硝酸通常叫做发烟硝酸。受热或光照4HNO32H2O+4NO2f+Of（2）强氧化性C+4HNO3（浓）=CO2f+4NOf+2H0金属+HNO3（浓）t硝酸盐+NO2?+HO金属+HNO3（稀）t硝酸盐+NO?+HO例:Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2?+2HO3

22、Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO?+4HO氮的氧化物一氧化氮（NO）二氧化氮（NO2）物理性质为无色、不溶于水、有毒的气体为红棕色、有刺激性气味、有毒的气体，易溶于水化学性质 极易被空气中的。2氧化：2NO+O2=2NO2 NO中的氮为+2价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性与出0反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO（工业制HNO3原理在此反应中，NO2同时作氧化剂和还原剂）（3）浓HNO3与浓盐酸按体积比1:3配制而成的混合液叫王水。王水溶解金属的能力更强，能溶解金属Pt、Au。（五）硝酸盐1、物理性质：硝酸盐都易溶于水2、化学性质（1）受热分解：2KNO32KNO2+O2?三、磷及其化合物（一）磷单质白磷红磷不同占八、1分子结构化学式为P4,正四面体结构，化学式为P,结构复杂，不作介绍2.颜色状态白色蜡状固体红棕色粉末状固体3.毒性剧毒无毒4溶解性不溶