2023学年完整公开课版碳族元素2

碳族元素1.周期表中位置：第IVA族元素包括碳C、硅Si、锗Ge、锡Sn、铅Pb五种元素统称为碳族元素。其中C、Si是非金属元素，其余三种是金属元素。2.价电子层结构：ns2np23.氧化态：能成氧化数为+4和+2的化合物，碳也能生成氧化数为-4的化合物。在碳族元素中，随着原子序数的增大，氧化数为+4的化合物的稳定性降低，惰性电子对效应逐渐明显。4.硅和第IIIA族的硼处于对角线位置，它们的单质及其化合物的性质有相似之处。5．自然界存在碳：丰度：4.8×10-2%，游离的碳有金刚石和石墨，还以化合态存在于煤炭、石油、天然气、动植物体及石灰石、白云石、二氧化碳中。硅：丰度：27.7%，占地壳质量的1/4强，含量次于氧。锗、锡、铅：以矿物质存在，锗石矿Cu2S·FeS·GeS2、锡石矿SnO2、方铅矿PbS等。☞概述ⅣA碳(C)硅(Si)锗(Ge)锡(Sn)铅(Pb)原子序数614325082价层电子构型2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2主要氧化数0、+2+40、+2+40、(+2)+40、+2+40、+2+4原子半径/pm77117122141175离子半径r(M4+)/pm1640536978r(M2+)/pm--73118119I1/(kJ·mol-1)14021012947834703电负性(

)3.02.12.01.91.9p

能形成+4价、+2价的化合物

能形成通式为RH4的气态氢化物(C、Si)

最高价氧化物对应水化物通式为H2RO3或R（OH）4相似性递变性1、原子结构最外层都有4个电子。2、物理性质单质都是固体。3、化学性质原子结构单质物性化学性质核电荷数增加，电子层数增加原子半径增大熔沸点逐渐降低密度逐渐增大氢化物稳定性逐渐减弱最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱碳族元素性质的递变规律

元素性质碳(C)硅(Si)锗(Ge)锡(Sn)铅（Pb）主要化合价单质色、态氢化物RH4的稳定性主要氧化物最高价氧化物的水化物化学式酸碱性金属性、非金属性+2、+4+2、+4+2、+4+4+2、+4无色或黑色固体灰黑色固体灰白色固体银白色固体蓝白色固体逐渐减弱CO、CO2SiO2GeOGeO2SnOSnO2PbO、PbO2H2CO3H2SiO3H4SiO4Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4非金属性递减、金属性递增酸性递减碱性递增（多数有两性）杂化态空间构型配位数典型物质1CO、CN-sp直线形2CO2，CS2，HCN，C2H2，OCN-sp2平面三角形3石墨，CO，C6H6，COCl2，CHsp3四面体4金刚石,CH4CX4sp3三角锥4CH3-☞碳元素的单质碳的成键轨道如下：碳的同素异形体：从X射线衍射分析可知，碳有金刚石、六方金刚石、石墨、球碳(以C60为代表)和管碳等多种同素异性体，而又以石墨为主。就石墨本身而言，由于层与层相互堆积的次序不同，它又有α（六方晶系）型和β（菱形晶系）型石墨。无定形炭本质上都是纯度不等的石墨微晶。碳的化学性质：（1）碳在O2中燃烧，在620K时，产物为CO2。碳能与氟直接化合，但不与其它卤素直接作用。C(s)＋2F2=CF2

（2）碳作为还原剂能与一些氧化物或氧化剂反应。如：PbO(s)+C(S)=Pb(s)+CO(g)Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)H2O(g)+C(灼热)=CO(g)+H2(g)2H2SO4(浓)+C(s)=CO2(g)+2SO2(g)+2H2O(1)4HNO3(浓)+C(s)=CO2(g)+4NO2(g)+2H2O(1)（3）碳在电炉中能与许多物质反应，得到CS2，SiC，Al4C3，CaF2和Fe3C等等。C(s)+2S(s)=CS2

碳有许多氧化物，已见报导的有CO、CO2、C3O2、C4O3、C5O2和C12O9，其中常见的是CO和CO2。

一氧化碳：1、结构CO分子和N2分子各有10个价电子，它们是等电子体，两者的分子轨道的能级次序形式相同,由一个键,一个双电子键和一个电子来于O原子的配键组成。☞碳的含氧化合物

CO分子中，电子云偏向氧原子，但是配键是由氧原子的电子对反馈到碳原子上，这样又使得氧原子略带正电性，碳原子略带负电性，两种因素相互作用使CO的偶极短几乎为零。正是因为碳原子略带负电性使得孤电子对（体积稍大，核对电子对的控制降低）具有活性。

(l)CO还原性：CO为冶金方面的还原剂，还能使一些化合物中的金属离子还原。如：CO+PdCl2+H2O===CO2+Pd↓+2HClCO+2Ag(NH3)2OH===2Ag↓+(NH4)2CO3+2NH3这些反应都可以用于检测微量CO的存在。在工业气体分析中常用亚铜盐的氨水溶液或盐酸溶液来吸收混合气体中的CO，生成CuCl·CO·2H2O，这种溶液经过处理放出CO，然后重新使用，与合成氨工业中用铜洗液吸收CO为同一道理。Cu(NH3)2CH3COO+CO+NH3==Cu(NH3)3·CO·CH3COO

醋酸二氨合铜(I)醋酸羰基三氨合铜(I)(2)CO氧化性：(3)CO与碱的作用CO显非常微弱的酸性，在473K及1.01×103kPa压力下能与粉末状的NaOH反应生成甲酸钠：NaOH+CO===HCOONa因此也可以把CO看作是甲酸HCOOH的酸酐。甲酸在浓硫酸作用下脱水可以得到CO。2、化学性质:

2、结构在CO2分子中，碳原子与氧原子生成四个健，两个s和两个大∏键(即离城∏34键)。CO2为直线型分子。碳原子上两个未杂化成健的p轨道分别与氧的p轨道发生重叠,习惯上仍用O=C=O表示。二氧化碳：1、温室效应CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2

1999年美国LawrenceLivermore国家实验室在–40oC的温度下将液态CO2装入一高压容器用Nd:YbLiF4激光器热至1800K，在40GPa高压下,CO2在微米级红宝石芯片或铂薄膜上结晶。发现分子晶型的CO2转化为SiO2结构。

3、不活泼性CO2不活泼，但在高温下，能与碳或活泼金属镁、钠等反应。

4、酸性能与碱、碱性氧化物及碳酸盐反应。CaCO3+CO2+H2O====Ca(HCO3)2溶解性：碳酸盐——除NH4+、碱金属(Li除外)盐，一般难溶碳酸氢盐——一般易溶难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶如CaCO3(难溶）Ca(HCO3)2(易溶)易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小☞碳酸盐向浓碳酸钠溶液中通入CO2致饱和可析出NaHCO3

Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3(易溶)(溶解度小)如水解性：碳酸盐——水溶液呈碱性碳酸氢盐——水溶液呈微碱性可溶性碳酸盐可作沉淀剂,分离某些离子反应物生成物溶解度金属氢氧化物<<对应碳酸盐氢氧化物金属氢氧化物≈对应碳酸盐碱式碳酸盐金属氢氧化物>>对应碳酸盐碳酸盐CO32-的鉴定（稀HCl或稀H2SO4、Ba(OH)2）

CO32-+2H+→

CO2

+H2O

Ba(OH)2

BaCO3

(白色)☞硅单质

硅是本族元素丰度最大的元素，在所有元素中居于第二，它是构成自然界矿物的主体元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。硅的制备：电炉2C+SiO2====Si+2CO↑723-773KSi(粗硅)+2Cl2=====SiCl4

SiCl4+2H2=Si(纯)+4HCl

用碳或碳化钙在电炉中还原二氧化硅可得到粗硅，经过精炼可得到纯硅，纯硅用区域熔融法可以得到高纯硅。

硅单质无定形硅单晶硅多晶硅硅晶体为原子晶体，熔点高，可导电，导电率随温度的升高而增大，是典型的半金属。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在力学性质、电学性质等物理性质方面。多晶硅均不如单晶硅好。无定形硅是一种黑灰色的粉末，化学性质比晶态活泼物理性质：☞与非金属反应Si+F2=SiF4

△Si+2X2＝SiX4(X=Cl,Br)

△Si+O2=SiO2

1573K3Si+2N2====Si3N4Si在含氧酸中被钝化，与氢氟酸及其混合酸反应，生成SiF4或H2SiF6:3Si+4HNO3+18HF＝3H2SiF6+4NO↑+8H2O☞与酸反应☞与碱反应无定形硅能与强碱反应放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑☞与金属反应与钙、镁、铜、铁等化合生成硅化物：

高温

Si＋2Mg====Mg2Si化学性质：SiO4四面体SiOOOO二氧化硅SiO2是原子晶体，基本结构单元是硅氧四面体，如图所示，原子比=1/2。以Si-O共价单键结合。熔点高，硬度大，不导电，不溶于水.纯石英称水晶，无色透明，石英玻璃是将石英加热熔融冷却而成，具有耐高温，膨胀系数小，透明度大，不吸收紫外线，用于作光学和耐高温仪器。二氧化硅的化学性质不活泼，但容易被碱和氢氟酸腐蚀：SiO2＋4HF＝SiF4＋H2OSiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O熔融SiO2＋Na2CO3==Na2SiO3＋CO2↑硅酸通式：xSiO2·yH2O一般用偏硅酸H2SiO3的式子代表硅酸.刚生成的硅酸主要以H4SiO4单分子形式存在,放置就逐渐缩合成多硅酸溶胶,在溶胶中加酸或电解质,便可沉淀出白色透明有弹性的硅酸凝胶,烘干并活化,便可制得硅胶,主要用于作干燥剂和吸咐剂。SiO2是酸性氧化物，难溶于水，不能用它和水反应得到硅酸，只能用可溶性硅酸盐经过酸化而得到SiO32-+2H+＝H2SiO3↓硅酸盐硅酸钠的组成为xNa2O·ySiO2，俗称水玻璃，或泡花碱，用途很广，用于做粘合剂，防腐剂，软水剂，洗涤剂和肥皂的填充剂，也是制硅胶和分子筛的原料。硅酸钠是最常见的可溶性硅酸盐，由石英砂与烧碱或纯碱反应而得到：

熔融SiO2＋Na2CO3==Na2SiO3＋CO2↑地壳质量的95%为硅酸盐矿，最重要的天然硅酸盐矿是铝硅酸盐矿，如钙长石，钠长石等，是提取金属铝的重要原料。硅酸盐的结构很复杂，但基本结构单元是相同的，均为硅氧四面体SiO4，通过它的角顶氧原子可以连接成链状，环状，层状或三维网格结构等。各种硅酸盐的结构图形见课本Si-硅酸盐结构☞硅含氧化合物☞锗锡铅硫化物矿氧化物焙烧碳还原金属△

SnO2+2C=Sn+2CO↑

焙烧2PbS+3O2=2PbO+2SO2

△PbO+C=Pb＋CO↑

△PbO＋CO=Pb＋CO2

△PbS＋Fe=Pb＋FeS锗:银白色，硬金属；铅:暗灰色，软金属，密度；锡：有三种同素异形体（灰锡，白锡，脆锡）。物理性质：金属冶炼：锗、锡、铅有MO2和MO两类氧化物。MO2都是共价型、两性偏酸性的化合物。MO也是两性的，但碱性略强。MO化合物的离子性也略强，但还不是典型的离子化合物。所有这些氧化物都是不溶于水的固体。MO2颜色与状态MO颜色与状态GeO2弱酸性SnO2两性偏酸性PbO2两性略偏酸性白色固体白色固体棕黑色固体GeO两性SnO两性略偏碱性PbO两性偏碱性黑色固体黑色固体黄或黄红色固体↑酸性增强←酸性增强氧化物：SnO2+2NaOH（熔融）==Na2SnO3+H2OSnO2+2Na2CO3+4S＝Na2SnS3+Na2SO4+2CO2锡的氧化物：SnO2为非整比化合物，其晶体中锡的比例较大，从而形成n型半导体。当该半导体吸附象H2、CO、CH4等具有还原性、可燃性气体时，其电导会发生明显的变化，利用这一特点，SnO2被用于制造半导体气敏元件，以检测上述气体，从而可避免中毒、火灾、爆炸等事故的发生。SnO2还用于制不透明的玻璃、珐琅和陶瓷。侦毒管(2)二氧化铅（棕黑色，两性，酸性大于碱性）：PbO2+NaOH===Na2PbO3+H2OPbO2+4HCl====PbCl4(分解为PbCl2和Cl2)+H2OPbO2+4HCl====PbCl2+Cl2↑+H2OPbO2+H2SO4(热浓)===PbSO4+O2↑+H2O2Mn(NO3)2+5PbO2+6HNO3=2HMnO4+5Pb(NO3)2+2H2O加热二氧化铅：PbO2---Pb3O4+O2----PbO+O2铅的氧化物：铅除了有PbO(密陀僧)和PbO2以外,还有常见的“混合氧化物”Pb3O4(铅丹或红丹，2PbO·PbO2)。(1)一氧化铅:

有两种变体：红色四方晶体和黄色正交晶体。在常温下，红色的比较稳定。PbO易溶于醋酸或硝酸得到Pb(II)盐，难溶于碱。用于制铅蓄电池。(3)Pb3O4(铅丹或红丹)：测定其结构为Pb2II[PbIVO4]Pb3O4+HNO3===PbO2+Pb(NO3)2+H2O卤化物：四卤化物二卤化物GeSnPbGeSnPbF无色气体*－236K升华白色晶体－978K升华无色晶体白色晶体分解>623K升华白色晶体－－无色晶体1128K1563KCl无色液体223.7K357K无色液体240K387.3K黄色油状液体258K378K爆炸分解白色粉末升华分解为Ge和GeCI4白色固体519K925K白色晶体774K1223KBr灰白色晶体299.3K459.7K无色晶体304K475K－无色晶体395K分解淡黄色固体488.7K893K白色晶体646K1189KI橙色晶体417K713K分解红黄色晶体417.7K637.7K－黄色晶体分解真空513K升华橙色晶体593K990K金黄色晶体675K1227K表中每格内，第一行为状态第二行为熔点，第三行为沸点。

PbCl2难溶于冷水,易溶于热水,也能溶解于盐酸中。PbCl2+2HCl＝H2[PbCl4]PbI2为黄色丝状有亮光的沉淀，易溶于沸水，或因生成配合物而溶解于KI的溶液PbI2+2KI＝K2[Pbl4]MS2GeS2SnS2状态白色固体黄色固体铅不生成制法H2S+GeO2Sn+S二硫化物Sn4++H2S能溶的试剂Na2SNa2S

MSGeSSnSPbS状态红色固体棕色固体黑色固体制法GeS2+H2Sn+SPb+S或GeCl2+H2S或Sn2++H2S或Pb2++H2S能溶的试剂(NH4)2S2(NH4)2S2稀HNO3与砷、锑的硫化物类似，锗和锡的硫化物也易溶于硫化物或多硫化物中形成硫代酸盐。但PbS不溶于硫化物或多硫化物PbSSnS

白色黄色红色棕色黑色GeSSnS2GeS2硫化物：铅的一些含氧酸盐硝酸铅——无色晶体醋酸铅——无色晶体，俗名“铅糖”，有毒易溶于水用于制取其它铅的化合物硫酸铅——白色晶体制白色油漆碳酸铅——白色晶体，俗名“铅白”，有毒用于制防锈油漆和陶瓷工业铬酸铅——亮黄色晶体，有毒为黄色涂料—“铬黄”的主要成分难溶于水插入视频文件插入声音文件PPt中插入图片插入Flash动画教育技术总结1、在PowerPoint中插入图片制作演示文稿总少不了要添加图片，这也成了制作演示文稿的基本操作:先用图像处理软件，将需要添加的图片编辑处理好，然后启动PowerPoint，打开需要添加图片的演示文稿，定位到相应的幻灯片中，执行“插入→图片→来自文件”命令，打开“插入图片”对话框，定位到图片所在的文件夹，选中需要添加的图片，按下“插入”按钮即可。2、在PowerPoint中插入不同格式的声音文件打开一款媒体播放软件，随便找一首歌曲或者是一部电影，不过暂时先不要播放。我们这