碳族元素无机非金属材料

第七章碳族元素无机非金属材料第一节碳族元素C60金刚石石墨碳的三种物质形态石墨金刚石C601、原子结构碳族元素

(共4个要点)碳族元素在周期表中的位置第ⅣA族原子结构示意图[

练

]推出CSiGeSnPb的原子序数，并画出其结构示意图。6C14Si32Ge50Sn82Pb相同点最外层有4个电子，在化学反应中既不易得到电子，也不易失去电子，多数元素既表现金属性，又表现非金属性。递变性从碳到铅，随着核电荷数增多，电子层数递增，原子半径增大，核对最外层电子引力减弱，原子得电子能力减弱、失去电子能力增强，元素非金属性减弱、金属性增强，单质氧化性减弱、还原性增强。一、碳族元素（在周期表中位置：第ⅣA族）CiG相似性

递变性(1)、最外层都有4个电子，化合价主要有+4和+2，易形成共价化合物。(2)、气态氢化物的通式：RH4(3)、最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)4原子结构单质物性单质化性核电荷数增大电子层增多原子半径增大熔沸点降低单质密度增大非金属性减弱、金属性增强最高价氧化物对应水化物的酸性减弱氢化物的稳定性减弱元素符号原子序数原子半径的变化趋势金属性与非金属性变化趋势最高正价最高价氧化物化学式最高价氧化物的水化物的化学式及酸碱性强弱氢化物的化学式及稳定性强弱CSiGeSnPb614325082逐渐增大非金属性减弱、金属性增强CO2SiO2GeO2SnO2PbO2

酸性减弱、碱性增强稳定性减弱+4 +4 +4+4 +4H2CO3 H2SiO3

Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4或H4SiO4

CH4 SiH4 ①我是碳族首领——碳。我是地球上化合物最多的元素，大气中有CO2、矿物界有各种碳酸盐、金刚石、石墨和煤，还有石油和天然气等碳氢化合物；动植物中的脂肪、蛋白质、淀粉和纤维素等也都是我的化合物，我有两个兄弟——同素异形体金刚石和石墨，它们的熔沸高，金刚石是无色固体，硬度很大、石墨是灰黑色固体、但硬度很小。②作为碳族的第二位主人——硅，我是构成地球上矿物界的主要元素，在自然界中，我从不独自一人，总是和其他元素朋友在一起，我面色灰黑，有金属光泽，是硬而脆的固体，我和金刚石哥哥很象，熔沸点高、硬度大、由于我的导电性介于导体和绝缘体之间、是良好的半导体材料，可以用来制造集成电路、晶体管等，用途可广呢！③我叫锗，是碳族的第三位主人，有银灰色的面膛，我是典型的金属元素，我的化合物被应用的还不多，重要的是晶态锗，那样的我有金刚石般的结构，是重要的半导体材料。④我是碳族的第四位主人——锡，我是金属元素，脸色银白。我有三种同素异形体，最常见的是银白色硬度居中的白锡，它在低于286K时转变为粉末状的灰锡，高于434K时，转变为脆锡，我可以用于制合金。如青铜为我和铜的合金、我还可以制成日用器件、工具和武器及錫箔，金属镀层。⑤我是碳族的最后一位主人——铅，我是一种重而软的金属，常温下为蓝色的固体，我的用处也很大。从金属到化合物我都有广泛用途。比如，我可以制铅电缆、化工方面的耐酸设备以及X射线，原子能工业用的防护材料等。2、元素单质的各种性质

碳

硅

锗

锡

铅颜色金：无色墨：灰黑灰黑色银灰色银白色蓝白色晶体类型原子晶体原子晶体金属晶体金属晶体金属晶体熔沸点高低较低更低密度

总趋势：小大导电性金：不导墨：导电半导体导体导体导体主要价态都是+2、+4价稳定价态都是+4价

+2价PbO2+4HCl(浓)=PbCl2+Cl2↑+2H2O3、单质的化学性质根据你已学的知识，回忆其化学性质。由于最外层有四个电子，既不易得电子也不易失电子，因而易形成共价化合物。1.C+O2====CO2燃烧2.2C+O2====2CO燃烧3.C+2CuO==CO2↑+2Cu∆4.C+2H2SO4（浓）==2SO2↑+CO2↑+2H2O∆4、碳的第三种同素异形体：足球烯(1)发现：1985年，科学家用激光束照射石墨得灰色气体，用有机溶剂萃取得n﹤200的大量簇分子，含60个碳的分子比较多。(2)合成：将几十伏的电流电压加在两根碳棒上，当两根碳棒距离很小时，就会产生电弧放电导致短路，产生的碳烟中含有大量的C60,再用有机溶剂萃取碳烟。(3)结构：笼状分子，固态时是分子晶体，每个碳原子只跟相邻的三个碳原子形成共价键，60个碳原子构成球形，共32面体，包括12个五边形，20个六边形。C60图片晶体图片(4)性质：C60

掺杂钾、铷等有超导性，超导起始温度达到18K。北大和科学院合作制得Rb3C60，超导起始温度高达28K，领先于世界先进水平。(5)成果：最大的足球烯单晶的直径仅为6mm，浙江大学的科学家制取直径为1.3㎝的高品质单晶，走在世界前列。1996年的诺贝尔授予罗伯特、克罗特和斯莫利等三位科学家，表彰他们有关富勒烯的发现、制备和性质研究。<钠米碳管>(1)、发现：知道了C60的制备以后，人们的注意力全部集中在观察碳灰上，而日本科学家饭岛澄男却仔细观察了放电后在阳极上产生的沉淀物，是他意外发现了钠米碳管。(2)、什么是纳米碳管？石墨有层状结构，可以看作是由原子纸一层一层堆叠而成。若将一层或几层这样的原子纸卷成圆筒形状，就是纳米碳管。中科院解思深教授制得0.5nm碳管，麻省理工学院秦禄昌博士制得最小的纳米碳管0.4nm。乘座电梯上太空(3)、应用前景广泛练习1.下列元素在自然界没有游离态存在的是A.碳B.硫C.硅D.氮2.下列气态氢化物中，稳定性最差的是A.CH4B.SiH4C.H2SD.PH43.下列说法中，正确的是A.碳是非金属元素，所以碳单质都是绝缘体B.硅的导电性介于金属和绝缘体之间C.锗的非金属性比金属性强D.锗不存在气态氢化物CBBD4.在元素周期表中，下列有关碳族元素的递变规律正确的是A．自上而下元素的金属性逐渐增强B.自上而下元素的非金属性逐渐增强C.自上而下元素单质颜色逐渐变浅D.自上而下元素单质溶、沸点逐渐升高A5.最近科学家制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，化学式为C60下列说法中，正确的是A.C60是一种新型的化合物B.C60和石墨都是碳的同素异形体C.C60中含有离子键D.C60的式量为720BD6.某ⅣA族元素的气态氢化物含氢12.5%，该元素的相对原子质量是A.12 B.14 C.28 D.72.67.下列说法中不正确的是A.硅和锗都是重要的半导体材料

CDB.硅酸的酸性比碳酸还要弱C.SiH4的稳定性比PH3的差 D.CH4稳定性比NH3强8、下列对碳的同素异形体：金刚石、石墨、和C60的说法中，错误的是A熔点：金刚石＞石墨＞C60B沸点：金刚石=石墨＞C60C在一定条件下与O2反应生成CO2D在一定条件下它们可能相互转化A9.若发现114号元素x，它的原子有七个电子层，最外层有4个电子，则下列描述正确的是A.x有稳定的气态氢化物B.x为金属元素C.x为非金属元素D.x的最高价氧化物为xO2

BD10、下列叙述正确的是A、SiH4、CH4、NH3的热稳定性逐渐增强B、任何一种碳族元素的主要化合价均为+2和+4价C、H2SeO4、H4GeO4、H3AsO4的酸性依次减弱D、锗是一种良好的导体11、下列各项比较中，正确的是A、酸性H2SiO3<H3PO4<H2SO4<HClO4B、热稳定性SiH4>PH3>HI>NH3C、原子半径Si>P>O>FD、还原性GeH4<SiH4<H2S<HIA、BA、C109º28'

金刚石是一种具有空间网状结构的原子晶体，在晶体中，每个碳原都被相邻的4个碳原子包围，处于4个碳原子的中心，以共价键与4个碳原子结合。成为正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。金刚石的熔点（>3550℃）和沸点（4827℃）都很高,硬度很大。金刚石------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------120º共价键范德华力石墨是层状结构，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子与其它3个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；在层与层之间，是以分子间作用力结合的。由于同一层的碳原子以较强共价键结合，使石墨的熔点很高(比金刚石的还要高）,沸点与金刚石相同。但由于层与层之间的分子间作用力很弱，容易滑动，使石墨的硬度很小。石墨作业：写出下列反应的化学方程式CCO2Na2CO3NaHCO3COCaCO3Ca(HCO3)2注：不能重复1.C+O2====CO2点燃2.2C+O2====2CO点燃3.CO2+2Mg====C+2MgO点燃4.C+CO2====2CO高温5.CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O6.CO2+Ca（OH）2==CaCO3↓+H2O7.2CO+O2====2CO2燃烧8.CO2+H2O+Na2CO3==2N