第十二章碳硼族元素

1、P区元素（一） 本章共用10课时 碳硼族及氮族元素单质的物理化学性质 碳硼族及氮族元素氢化物的物理化学性质 碳硼族及氮族元素含氧酸或氢氧化物的物理化学性质 碳硼族及氮族元素含氧酸盐和其它盐的物理化学性质通 性 碳族包括元素：碳族包括元素：C,Si,Ge,Sn,Pb 价层电子价层电子(价轨道价轨道): ns2np2 (ns np nd共共9个个, 对对C价轨道为价轨道为2s 2p共共4个个)。 主要氧化态：主要氧化态：-4, 2,4 电负性规律：自上到下变小，得电子能力下降，电负性规律：自上到下变小，得电子能力下降，失电子能力增强。失电子能力增强。 成键方式：成键方式：集团得到电子氧化态多变集团

2、得到电子氧化态多变, 形成离子化合物形成离子化合物 (极极难）难）共用电子对形成共价化合物，氧化态共用电子对形成共价化合物，氧化态-4(仅仅C）与电负性大的元素共用电子对，氧化态为正与电负性大的元素共用电子对，氧化态为正碳族、硼族、氮族通性硼族元素硼族元素碳族元素碳族元素氮族元素氮族元素包括元素包括元素B Al Ga In TlC Si Ge Sn PbN P As Sb Bi价层电子价层电子ns2np1ns2np2ns2np3价轨道价轨道(B，C，N为为2s2p)ns np ndns np ndns np nd硼族元素硼族元素碳族元素碳族元素氮族元素氮族元素氧化态氧化态1，3-4，2，4-3

3、 1 3 5失去电子失去电子易易 Sn Pb易易Sb Bi易易得到电子得到电子不能单独不能单独得到得到仅碳集团仅碳集团仅仅N，P但但难难共用电子共用电子对对仅形成仅形成 键键和多中心和多中心 键键 一般形成一般形成 键，键，C易形易形成成 或离域或离域 键键一般形成一般形成 键，键，N易形易形成成 或离域或离域 键键硼族元素硼族元素碳族元素碳族元素氮族元素氮族元素形成共价形成共价键能力键能力B较强，从较强，从上到下降上到下降C极强，从极强，从上到下降上到下降N强，从上强，从上到下降到下降化合物数化合物数量量较多较多极多极多多多亲氧元素亲氧元素B，AlC, SiP, As存在形式存在形式含氧酸盐

4、，含氧酸盐，Tl为硫化为硫化物物C单质，含单质，含氧酸盐，氧酸盐，Sn,Pb硫化硫化物物N单质，含单质，含氧酸盐，氧酸盐，As,Sb,Bi硫硫化物化物单质的性质 结构：通过共价键形成小分子，结构：通过共价键形成小分子，N、P易，易，C，As较难但可以（较难但可以（As4，C60），其余极难；通过），其余极难；通过共价共价 键形成大分子如键形成大分子如C(金刚石，石墨），金刚石，石墨），Si, B（二十面体的不同连接方式形成不同的同素（二十面体的不同连接方式形成不同的同素异形体）异形体）; 其二通过金属键形成金属晶体，如其二通过金属键形成金属晶体，如Al, Pb的单质，的单质，Ge,Sn既可形成

5、共价键而表现原既可形成共价键而表现原子晶体，又可形成金属键表现金属晶体。子晶体，又可形成金属键表现金属晶体。 物理性质：熔沸点均从上到下依次降低物理性质：熔沸点均从上到下依次降低(大分大分子间作用力看化学键的强弱子间作用力看化学键的强弱)，小分子熔沸点，小分子熔沸点很低如很低如N2，水溶性均很小，而大分子单质不论水溶性均很小，而大分子单质不论在极性溶剂还是在非极性溶剂中都不溶解。在极性溶剂还是在非极性溶剂中都不溶解。单质的性质 化学性质：化学性质：N2C，B，Si, Ge非常稳定，其余相对较活泼，非常稳定，其余相对较活泼，不同同素异形体差异很大。不同同素异形体差异很大。v同素异形体的形成方式：

6、同素异形体的形成方式：q成键方式上的差异引起同素异形体。此类同素成键方式上的差异引起同素异形体。此类同素异形体的物理性质和化学性质差异均很大，如异形体的物理性质和化学性质差异均很大，如红磷和白磷，金刚石和石墨，氧和臭氧等；红磷和白磷，金刚石和石墨，氧和臭氧等；q分子结构一样，但晶体堆积方式不同引起的同分子结构一样，但晶体堆积方式不同引起的同素异形体。此类同素异形体的化学性质完全一素异形体。此类同素异形体的化学性质完全一样，仅物理性质稍有不同，如单斜硫和正交硫样，仅物理性质稍有不同，如单斜硫和正交硫（斜方硫）。（斜方硫）。单质的性质成键能力从上到下依次减弱成键能力从上到下依次减弱(半径依次增大半

7、径依次增大),C,Si, Ge,B,Al，P的亲氧亲氟能力特别强的亲氧亲氟能力特别强弱氧化剂弱氧化剂(仅仅C)：Ca+ 2C= CaC2碳硼族 单 质 化学性质：化学性质： 还原剂还原剂: Si+ O2 = SiO2 歧化反应（仅歧化反应（仅C）：）：3C + CaO(电炉）电炉） = CaC2 + CO 与碱作用放出氢气：与碱作用放出氢气：2B + 6OH- =3H2+2BO33- 与酸作用放出氢气：与酸作用放出氢气：Sn +2H+ = Sn2+ + H2 单质制备：单质制备： 原料：原料： 煤，木材，含氧酸盐，氧化物，硫化物煤，木材，含氧酸盐，氧化物，硫化物 煤和木材：干馏煤和木材：干馏

8、含氧酸盐，氧化物，硫化物：热还原含氧酸盐，氧化物，硫化物：热还原 SiO2 + 2Mg=Si + 2MgO 单质用途：单质用途： 化学惰性：档案墨水化学惰性：档案墨水 半导体：电子工业材料半导体：电子工业材料 密度小：航空材料；熔点低：保险丝，印刷材料密度小：航空材料；熔点低：保险丝，印刷材料氢化物 结构：结构：RH4；R2H6；结构说明：结构说明：sp3 杂化，正四面体，杂化，正四面体，非极性分子，键能从上到下也迅速减小。非极性分子，键能从上到下也迅速减小。 物理性质：熔沸点低，从上到下依次升高物理性质：熔沸点低，从上到下依次升高 (分子晶体分子晶体)；水溶性均很小（非极性分子）。水溶性均很

9、小（非极性分子）。 化学性质：化学性质： 酸性：水溶液中一般不表现出来酸性：水溶液中一般不表现出来 缺电子化合物（硼氢化合物）缺电子化合物（硼氢化合物） 还原性：从上到下增强；除还原性：从上到下增强；除CH4在空气中需点燃外，在空气中需点燃外，其余均可自燃，生成相应氧化物和水：其余均可自燃，生成相应氧化物和水：SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O B2H6 + 3O2 = B2O3 + 3H2O R-H键弱，很易水解（键弱，很易水解（CH4除外）：除外）：SiH4 + 4H2O = H4SiO4 + 4H2 B2H6 + 6H2O = 2B(OH)3 + 6H2氢化物 制备：制备：

10、原料：单质，金属化合物，有机物原料：单质，金属化合物，有机物单质与氢反应：由于单质与氢反应：由于RH键弱，故难以实现键弱，故难以实现金属化合物水解或酸解：金属化合物水解或酸解：CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 Mg2Si + 4H+ = 2Mg2+ + SiH4 Mg3B2 + 6H+ = 3Mg2+ + B2H6 用途：燃料，还原剂用途：燃料，还原剂氧化物 氧化物结构：氧化物结构：RO，RO2CO弱极性小分子，弱极性小分子，CO2非极非极性小分子，其余均为巨分子；性小分子，其余均为巨分子；R2O3，R2O均为巨分均为巨分子。子。 物理性质：物理性质：CO，CO2熔沸点

11、低（小分子）；其余熔沸熔沸点低（小分子）；其余熔沸点均很高（巨分子熔沸点看化学键的强弱），且从上点均很高（巨分子熔沸点看化学键的强弱），且从上到下熔沸点下降。其中硼族元素氧化物从硼到铝升到下熔沸点下降。其中硼族元素氧化物从硼到铝升（共价键过渡到离子键）再从铝以下降；水溶性均很（共价键过渡到离子键）再从铝以下降；水溶性均很小，只有小，只有CO2在水中稍有溶解，且断在水中稍有溶解，且断键反应成碳酸。键反应成碳酸。 化学性质：化学性质： 氧化物酸碱性：从上到下酸性减弱，碱性增强，从酸氧化物酸碱性：从上到下酸性减弱，碱性增强，从酸性到两性再到碱性（高氧化态酸性强于低氧化态）：性到两性再到碱性（高氧化态

12、酸性强于低氧化态）：酸性酸性酸性酸性 两性两性两性两性两性两性 碱性碱性CO2SiO2 GeO2 SnO2 PbO2 B2O3 Al2O3 Ga2O3 In2O3 Tl2O3SnO PbO氧化物 化学性质：化学性质： 氧化性：氧化性：Pb(IV)Sn(IV)Ge(IV)C(IV)Si(IV) Tl(III)In(III)Ga(III)B(III)Al(III) 5PbO2 +2Mn2+ + 4H+ = 5Pb2+ + 2MnO4- + 2H2O Tl2O3 +6Cl- + 6H+ = 2TlCl+ 2Cl2+3H2O 还原性（低氧化态有）：还原性（低氧化态有）： Pb(II)Sn(II)Ge(

13、II)C(II)Si(IV) Tl(I)Ga(I) In(I) B(I) 3CO + Fe2O3 = 2Fe + 3CO2 制备：制备： 原料：单质，硫化物，含氧酸，氧化物原料：单质，硫化物，含氧酸，氧化物 硫化物燃烧：硫化物燃烧：2PbS + 3O2 = 2PbO+ 2SO2 氧化物或单质氧化：氧化物或单质氧化：Sn+ O2 = SnO2 用途：用途： 宝石，玻璃，陶瓷，磨料，干燥剂宝石，玻璃，陶瓷，磨料，干燥剂含氧酸，氢氧化物及盐 结构：酸，结构：酸，H2CO3，H4SiO4, ( H2SiO3), B(OH)3; 氢氧化物，氢氧化物，R(OH)4,R(OH)2, R(OH)3,TlOH

14、物理性质：酸的熔沸点低（分子晶体），从上物理性质：酸的熔沸点低（分子晶体），从上到下随分子量增大而升高；水溶性均小（碳酸到下随分子量增大而升高；水溶性均小（碳酸因为其不稳定，硅酸是因为是缩水聚合，而硼因为其不稳定，硅酸是因为是缩水聚合，而硼酸则是因形成分子间氢键，硼酸水溶性最大），酸则是因形成分子间氢键，硼酸水溶性最大），氢化物都是水合物，水溶性均很小，一般是固氢化物都是水合物，水溶性均很小，一般是固体，但热稳定性低，从上到下氢氧化物的热稳体，但热稳定性低，从上到下氢氧化物的热稳定性下降。定性下降。 化学性质化学性质酸碱性：从上到下酸性减弱，碱性增强，从酸酸碱性：从上到下酸性减弱，碱性增强，从酸性到两性再到碱性，顺序与氧化物相同。性到两性再到碱性，顺序与氧化物相同。含氧酸及其盐 化学性质：化学性质：氧化性：顺序与氧化物相同氧化性：顺序与氧化物相同还原性，与氧化物顺序相同（低氧化态）还原性，与氧化物顺序相同（低氧化态）不稳定性：所有酸和氢氧化物均不稳定，受热不稳定性：所有酸和氢氧化物均不稳定，受热易脱