《无机化学》课件-第14章 碳族元素

碳单质及其化合物硅单质及其化合物锗、锡、铅第14章碳族元素

周期表中IVA族包括：统称为碳族元素。

C，Si，Ge，Sn，Pb

碳，硅，锗，锡，铅C和Si是非金属元素，Ge，Sn，Pb是金属元素。碳C

单质

石墨金刚石

无机化合物CO2

石灰石、大理石、方解石CaCO3白云石MgCaCO3

2（）

碳在地壳中的质量分数为

0.048

%列第15位煤，石油，天然气动植物体，

有机化合物硅

Si以Si－O－Si键的化合态存在：水晶、石英、SiO2其他硅酸盐矿物

硅在地壳中的质量分数为

27.7

%列第2位

（曾用矽）1823年，瑞典人贝采里乌斯（Berz-elius)用金属钾还原四氟化硅首次制得单质硅。锗Ge

锗在地壳中的质量分数为

1.5

10－4

%锗石矿Cu5Cu，Fe6AsGeS12

（）1886年，德国人温克勒（Winkler）发现了锗，并从硫银锗矿中分离出并确认了这种新元素。他将锗命名为“Germanium”以纪念他的祖国德国（Germany）。锗正是1869年门捷列夫所预言的“类硅”元素。锡Sn锡石矿SnO2

锡在地壳中的质量分数为

2.2

10－4

%我国是锡储量最丰富的国家之一，云南的个旧是举世闻名的锡都。铅Pb方铅矿PbS

铅在地壳中的质量分数为

1.4

10－3

%碳族元素基态原子的价电子层结构为ns2np2。它们的最高氧化数为+4。IVA族元素的主要氧化数包括

0，2，4。

从

C→Pb

+2氧化态稳定性增强

+4氧化态稳定性减弱

ns2

稳定性↑──

惰性电子对效应14.

1.

1碳元素的单质14.

1碳单质及其化合物

1.碳的同素异形体

碳主要有三种同素异形体。金刚石、石墨和碳簇（1）金刚石

金刚石典型的原子晶体，属于立方晶系。莫氏硬度为10，是硬度最高的物质。

金刚石中碳原子

sp3等性杂化，每个碳原子与相邻四个碳原子成

共价键。

由于无自由电子，故金刚石不导电。（2）石墨硬度小，熔点极高，层状结构。石墨具有层状结构，每个碳原子以

sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子以共价单键相联结，构成片层结构。每个碳原子均有1个未参与杂化的p电子，形成大π键

nn。这些离域电子使得石墨在层向具良好的导电性。

木炭和焦炭实际上都具有石墨结构。

层间的分子间作用力小，易滑动，故石墨有润滑性。

以C60为代表的碳单质的第三种同素异形体——碳簇，是20世纪80年代被人们发现的。（3）碳原子簇C60分子中的60个碳原子构成近似于球形的三十二面体，即由12

个正五边形和20

个正六边形组成的截角正二十面体。

每个C原子以近似于sp2

的杂化轨道与相邻3个碳原子相连，未参加杂化的p轨道在C60

的球面形成大

键。用纯石墨作电极，在氦气氛围中放电，令电弧中产生的碳烟沉积在水冷反应器的内壁上，这种碳烟中存在着数量可观的C60、C70等碳原子簇。2.碳单质的还原性碳在空气中充分燃烧，生成CO2：C（s）+O2（g）——CO2

（g）（a）碳单质最重要的性质是它的还原性。

碳在氧气不足的情况下，生成CO：2C（s）+O2（g）——2CO（g）（b）一氧化碳可以与氧气进一步反应，生成二氧化碳：2CO

+O2——2CO2

（c）焦炭是冶金工业的重要还原剂，被用来还原金属氧化物矿物以冶炼金属。如：ZnO

+

C———Zn+CO1200K

该反应可看作是反应2C（s）+O2（g）——2CO（g）（b）2Zn+O2——2ZnO（d）（b）－（d）差的一半。作反应（b）和反应（d）以及反应（a）和反应（c）的吉布斯自由能△rGm

随温度T

变化的曲线：

由公式△rGm

＝

△rHm

－T△rSm

可知△rGm

对温度

T

作图，图像是直线，而其斜率是

－△rSm。（a）2CO（g）

+O2（g）——2CO2（g）

碳作为还原剂，涉及如下三个反应（b）C（s）

+O2（g）——

CO2（g）

（c）2C（s）+O2（g）——2CO

（g）（a）2CO（g）+O2（g）——2CO2（g）（b）C（s）

+O2（g）——CO2（g）（c）2C（s）+O2（g）——2CO

（g）△rSm＝3J•mol－1•K－1△rSm＝179J•mol－1•K－1△rSm＝－173J•mol－1•K－1

根据关系式△rGm

＝△rHm

－T△rSm

作△rGm－T

图。

图中有反应（a），（b）和（c）的△rGm－T

线－800△rGm/（kJ·mol－1）2731273T/K

－200－400

－600（a）（b）（c）

反应的△rSm

为正，其斜率为负。（c）2C（s）+O2（g）——2CO

（g）－800△rGm/（kJ·mol－1）2731273T/K

－200－400

－600（a）（b）（c）反应的△rSm

为负，其斜率为正。（a）2CO（g）+O2（g）——2CO2（g）－8002731273T/K

－200－400

－600（a）（b）（c）△rGm/（kJ·mol－1）反应的△rSm

约等于零，与横轴平行。－8002731273T/K

－200－400

－600（a）（b）（c）△rGm/（kJ·mol－1）

（b）C（s）+O2（g）——

CO2（g）－800△rGm/（kJ·mol－1）27310001500T/K

－200－400

－600（a）（b）（c）熔点沸点（d）T1T22Zn+O2——2ZnO（d）图中（d），（b）两线交点所对应的温度为T1，这时反应：ZnO

+

C———Zn+CO1200K

的△rGm=0。当温度高于1200K时，还原ZnO的反应则能自发进行了。正因为有了反应（b），才使得碳还原金属氧化物的反应，可以在中等的温度下进行。该图是艾林罕姆（Ellingham）图的一部分，，从中可以得到碳还原金属氧化物反应的产物和温度等大量信息。14.

1.

2碳的含氧化合物

碳的氧化物主要有两种：一氧化碳和二氧化碳。CO为无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小。1.一氧化碳

实验室中制取CO经常采用两种方法：

①

向热浓硫酸中滴加甲酸热浓H2SO4HCOOH————CO↑

+H2OH2C2O4（s）————

CO↑+CO2↑+H2O

热浓H2SO4

将生成的CO2和

H2O用固体NaOH吸收，得

CO。②使草酸与浓硫酸共热

工业上，是将空气和水蒸气交替通入红热炭层。

通入空气时发生的反应为

2C+O2——2CO△rHm

＝－221kJ•mol－1

得到的气体体积组成为CO25％，CO24％，N270％。

这种混合气体称为发生炉煤气。

通入水蒸气时，发生另一反应

C+H2O——CO+H2

得到的气体体积组成为CO40％，CO25％，H250％。

这种混合气体称为水煤气。△rHm＝131kJ•mol－1CO为还原性气体，是冶金工业的还原剂，可以将金属氧化物矿物还原成金属。

发生炉煤气和水煤气都是工业上的燃料气。

CO气体可以还原溶液中的二氯化钯，使得粉红色的溶液变黑：CO+PdCl2+H2O——Pd↓+CO2+2HCl该反应十分灵敏，可用来检验CO。CuCl的酸性溶液与CO的反应进行得很完全，可用来定量吸收CO：CO+CuCl+2H2O——

Cu(CO)Cl·2H2O

羰基配位化合物一般是剧毒的。

在高温下，

CO

能与许多过渡金属反应生成金属羰基配位化合物，

Fe+5CO——[Fe

CO

5]()

CO的分子轨道式为：C和O之间有三键，其中包括一个配位键。(1)2(2)2(3)2(4)2(1)4(5)22.二氧化碳常温常压下CO2为无色气体，在降温或加压是CO2较容易变成液体或固体。高压钢瓶中的CO2是以液态存在的，从钢瓶中取出CO2使用时，由于液态CO2迅速气化致使温度骤降，将生成固态CO2——干冰。

工业上CO2的生产，通过煅烧石灰石进行CaCO3

——

CaO+CO2

实验室中，经常用碳酸盐与盐酸发生反应制备CO2：CaCO3+2HCl（稀）——CaCl2+H2O+CO2CO2的检验反应为：CO2+CaOH2

——CaCO3

+H2O（）CO2的分子为直线形。

分子结构和共价键理论中，曾把CO2的结构表示成

O＝C＝O

曾用下图描述CO2

分子中的双键

结构数据表明，CO2中碳氧键长介于碳氧双键C=O和三键C≡O的键长之间。这一事实要用CO2分子中存在大π键来解释。

碳原子sp等性杂化。sp杂化轨道与氧的p轨道成两个

键。sp

等性杂化py

pz

不参加杂化的

py

轨道有

1个单电子，不参加杂化的

pz

轨道也有1个单电子。sp

等性杂化py

pz

左边氧原子的

py

轨道有

1

对电子，pz

轨道有1

个单电子。

右边氧原子的

pz

轨道有

1

对电子，

py

轨道有1

个单电子。pypz

所以CO2分子中，在O－C－O之间有两个，一个在y

方向，另一个在z

方向

343.碳酸和碳酸盐

二氧化碳与水反应生成碳酸。

在碳酸分子中，原子之间的键联关系OHOOHC

在碳酸分子中，中心C原子采用sp2等性杂化pz

中心C原子与端O之间成

1个

键和1

个

键pz

与两个羟基O之间各形成

1个

键。

在碳酸根离子中，原子之间的键联关系

在碳酸根离子中，中心C原子采用sp2等性杂化

中心C原子与端

O之间各成

1个

键。pz

中心C原子和3个O原子各有1个pz

轨道的单电子，－2价离子有两个电子。

故碳酸根离子中有

存在。

46

碳酸H2CO3是二元弱酸，H2CO3——H++HCO3－

K1=4.45×10–7HCO3－

——H++CO32－

K2=4.69×10–11

碳酸的盐类有两种——碳酸盐和碳酸氢盐。除Li以外的碱金属的碳酸盐及碳酸铵易溶于水，其他金属的碳酸盐难溶于水。

其原因是

CaCO3中Ca2+

和CO32－电荷高，是+2

对

－

2，相互间的引力要大些，故不易溶解。CaCO3难溶，而CaHCO3

2

的溶解度比它大些。（）

但Ca2+和HCO3－之间的引力相对小些，是

+2对

1，较易于溶解。CaCO3——Ca2++CO32-Ca(HCO3)2——Ca2++2HCO3-所以通入CO2，可以将CaCO3转化成Ca(HCO3)2而发生溶解：CaCO3+CO2+H2O

——Ca(HCO3)2Na2CO3，K2CO3和

NH4

2CO3等均易溶于水。（）

但

NaHCO3，KHCO3和

NH4HCO3的溶解度相对小些。

原因可能是HCO3－间有氢键，缔合成双聚酸根造成的。Na2CO3的水溶液，因为CO32－的水解显较强的碱性：

所以在Na2CO3的水溶液中存在两种沉淀剂，OH－和CO32－。CO32－+H2O——HCO3－+OH－

与其它金属离子相遇时，溶液中可能产生碳酸盐、碱式碳酸盐或氢氧化物等不同的沉淀物。Ca2+，Sr2+，Ba2等，其碳酸盐的Ksp

远远小于氢氧化物的Ksp，加入

Na2CO3时只生成碳酸盐沉淀，CO32－+Ca2+——CaCO3Al3+，Fe3+，Cr3+等，其氢氧化物的

Ksp

远小于碳酸盐的Ksp，则只生成氢氧化物的沉淀，2Fe3++3CO32-+3H2O——2Fe(OH)3↓+3CO2↑Mg2+，Ni2+，Ag+，Mn2+等将生成碱式碳酸盐沉淀，2Mg2++2CO32-+H2O——

Mg2(OH)2CO3↓+CO2↑

为得到正盐MgCO3，可以使沉淀剂的碱性降低，改加NaHCO3溶液做沉淀剂。Mg2++HCO3－

——MgCO3+H+碳酸盐的热稳定性低于对应的硫酸盐和硅酸盐。碳酸氢盐的热稳定性低于碳酸正盐，但都比碳酸稳定。

关于热稳定性的这些讨论，均可由离子极化理论加以解释。14.

2.

1单质硅14.

2硅单质及其化合物

1.单质硅的性质由于Si—O键的键能相当大，所以自然界中没有发现单质硅的存在。

单质硅呈灰黑色，具有与金刚石类似的结构，高硬度，熔点较高（达1414℃）。

结晶硅是重要电子工业材料。Si在常温下和

F2直接反应：

Si+F2——SiF4

Si的化学也属高温化学。

在高温下可以和

O2，Cl2，N2等非金属反应。Si+4OH－

——SiO44－

+2H2↑

在常温下，Si和强碱作用放出氢气：单一的酸不能和

Si反应，在加热或有氧化剂存在的条件下，Si可与

HF反应：

3Si+18HF+4HNO3

——

3H2SiF6+4NO

+8H2O

粗硅的取得2.单质硅的生产和纯化

这一反应相当于用

Mg还原

B2O3制取B

。电炉1800℃SiO2+2C———Si+2CO

生产纯度较高的硅必须提纯粗硅。400

600℃Si+2Cl2————SiCl4（l）

先制成四氯化硅或使粗硅转化成三氯氢硅：400

600℃Si+3HCl————SiHCl3+H2↑

通过精馏提纯

SiCl4

和SiHCl3，最后用活泼的金属锌或镁还原

SiCl4得到较高纯度的硅，例如：SiCl4+2Zn———Si

+4ZnCl2△SiCl4+2H2———Si

+4HCl＞1100℃当Zn和Mg的纯度不高时，将导致产物Si的不纯，故现已更新为使用超纯H2作还原剂：SiHCl3+H2———Si

+3

HCl1100℃SiCl4

的这种制备方法，相当于硼的制备中用H2还原三溴化硼

。在制取方面，硅与硼的不同点是，制取硅的原料SiO2是自然界中大量存在的，制取硼的原料B2O3

是经过一系列反应得到的。14.

2.

2硅的含氧化合物1.二氧化硅SiO2

晶体属于原子晶体。

自然界中的石英就是SiO2

晶体，它是一种高熔点、高硬度的无色晶体。SiO2

和硅酸盐等所有的硅的含氧化合物，其基本结构单元都是硅氧四面体（SiO4）。SiOOOO

从O－Si连线投影，得到硅氧四面体的平面图形。顶角O原子在纸面外顶角O原子在纸面内

硅氧四面体（SiO4）共用顶角的氧原子按着一定的规律联结起来，就得到SiO2。

石英的各种晶型如

―石英、β―石英之间的转化就是内部硅氧四面体排列方式的变化结果。常温下SiO2

对于盐酸、硫酸及碱液等显惰性，但可以与氢氟酸反应生成SiF4

或H2SiF6：SiO2+4HF（aq）——SiF4↑

+2

H2OSiO2+6HF（aq）——H2SiF6

+2

H2OSiO2可与热的强碱溶液及熔融的碳酸钠反应，生成可溶性硅酸盐：SiO2+Na2CO3——Na2SiO3+CO2↑

熔融SiO2+2OH－——SiO32

－+H2OSiO2

是硅酸的酸酐，但是它不溶于水，所以要通过上面的反应先得到可溶性硅酸盐，在酸化以生成硅酸。

向一定浓度的Na2SiO3溶液中，加酸Na2SiO3+2H+——H2SiO3+2Na+SiO2还有一类与石英、石英玻璃极不相同的存在形式——硅胶。

至

pH为

7～8时，硅酸根缩聚，生成硅酸胶体溶液和盐。

将胶体静置老化24h，使缩合反应进行完全，形成凝胶；

用热水洗涤，去掉生成的盐；

在60

70

℃下烘干；

再于200℃

下加热活化。

可以得到一种多孔性有吸附作用的物质——多孔硅胶。

从组成上看，硅胶属于SiO2，只是内部的（SiO4）四面体是杂乱无序的。多孔硅胶可用为干燥剂，具有吸水作用。

干燥器中使用的变色硅胶，是将多孔硅胶先用

CoCl2溶液浸泡，再烘干、活化制得的。CoCl2无水时呈蓝色，当干燥剂吸水后，随吸水量不同，硅胶呈现蓝紫－紫－粉红。

最后[

CoH2O

6]2+使硅胶呈粉红色，说明硅胶吸水已经饱和，再使用时要重新烘干。（）

可溶性硅酸盐与酸反应可得硅酸SiO44－

+4H+

——H4SiO4硅酸

H4SiO4的酸性很弱

K1＝2.5

10－102.硅酸和硅酸盐

硅酸根之间易缩合，使硅酸的存在形式变得很复杂。

经常用

xSiO2•y

H2O表示硅酸的组成。④x=2，y=3，H6Si2O7

一缩二原硅酸或焦原硅酸②x=1，y=2，H4SiO4

正硅酸③x=2，y=1，H2Si2O5

一缩二（正）硅酸或焦（正）硅酸

①

x=1，y=1，

H2SiO3

偏硅酸xSiO2•y

H2O硅酸盐也以硅氧四面体作为基本结构单元。硅氧四面体通过共用氧原子联结成各种不同的硅酸根阴离子，再由某些阳离子把硅酸盐根阴离子约束在一起，便得到形形色色的硅酸盐。

单聚硅酸根即正硅酸根SiO44－，结构如图所示，或二聚硅酸根即焦硅酸根Si2O76－键联关系

平面图示

硅氧四面体之间共用两个顶点，可连接成长链

这种链状硅酸根之间，通过阳离子相互结合成束，即成纤维状硅酸盐，如石棉。

硅氧四面体之间共三个顶点相联，可形成片状（层状）结构

将其看成无限大片层状结构，则通式为

（SinO2.5n）n－

层与层之间通过阳离子约束，得片层状硅酸盐，如云母。

硅氧四面体之间共用四个顶点，结成三维网络状结构，如沸石类。

若不考虑边界，三维网络状结构的通式为

（SiO2）。n如果在某个硅氧四面体中有铝原子代替了硅原子，形成的硅铝酸根网络骨架中就带了负电荷，因此在骨架中必须有平衡负电荷的阳离子存在。自然界中大量存在的沸石就是这种铝硅酸盐。3.铝硅酸盐分子筛的合成

自然界中存在的某些硅酸盐和铝硅酸盐具有笼形三维结构，可以有选择地吸附一定大小的分子，称为沸石分子筛。

如图所示的是自然界存在的丝光沸石的孔道结构

为了满足需要，化学家合成了多种具有微孔结构的分子筛，如A型分子筛。A型分子筛是具有笼形结构的铝硅酸盐，与天然的沸石十分相似。

在它们的三维网络状结构中有一些铝原子，因此骨架带有负电荷

阳离子存在于孔道中和笼中，以保持电中性。

由于沸石分子筛的孔道一致，故对分子的吸附选择性强，不同于活性炭。

硅的氢化物只有为数不多的几种，其结构通式为

最典型的是甲硅烷

SiH4，一种无色无臭气体。Sin

H2n+2

式中n≤614.

2.

3硅的氢化物由于Si—Si键的键能远小于C—C键，且Si—O键很强，故硅化合物多以Si—O键形式存在，如前面讲过的硅的氧化物和各种硅酸盐。

用SiO2与金属Mg一同高温灼烧制取硅化镁，再水解则生成硅烷。

硅烷的取方法和硼烷相似。1.硅烷的制取SiO2+4Mg——Mg2Si+2MgO灼烧

这样制得的SiH4中含有Si2H6，Si3H8等杂质。

之后使金属硅化镁与盐酸反应

Mg2Si+4HCl——SiH4+2MgCl2

制备纯的

SiH4

可使用极强的还原剂LiAlH4还原SiCl4SiCl4+LiAlH4

——SiH4+LiCl+AlCl3乙醚2.硅烷的性质甲硅烷（SiH4）为无色、无臭气体，其分子结构类似于甲烷。硅烷的性质与烷烃的性质有相似之处，也有一些差别。

（1）热稳定性SiH4

———Si+2H2

500℃

SiH4

的分解温度比CH4低得多1000℃CH4

———C+2H2

甲烷还有如下的分解方式：1500℃2CH4

———C2H2+3H2

硅烷有类似的分解反应，在一定温度下加压乙硼烷，可以得到其他种类的硼烷和氢气。

（2）还原性

而甲烷不能自燃。

自燃SiH4+2O2

———SiO2+2H2OSiH4的还原性比CH4

强，可以自燃并放出大量的热。SiH4+2MnO4－——2MnO2+SiO32－

+H2O+H2

甲烷不能使

KMnO4溶液褪色，硅烷可以使之褪色

（3）

水解性甲烷不发生水解反应，SiH4+（n+2）H2O——SiO2•nH2O+4H2SiH4易发生水解：SiH4这点与硼烷相似。14.

2.

4硅的卤化物SiCl4是易挥发的无色液体，遇到水甚至是潮湿的空气发生强烈的水解：SiCl4+4H2O——H4SiO4↓+2HCl↑

关键是Si有3d空轨道，当H2O分子以其具有孤电子对的负电性的O端与中心Si接近时，Si可以接受－OH以形成sp3d杂化的五配位中间体sp3杂化ClClClClSisp3d杂化+H2O

氯化氢分子离去，再由sp3d杂化变成sp3

杂化－HClsp3杂化OHClClClSisp3d杂化OHOHOHOHSi继续取代+3H2O－3HCl

继续取代生成原硅酸sp3杂化OHClClClSi

从结构上分析SiCl4水解反应进行的机理。sp3杂化ClClClClSi+H2O－HClOHOHOHOHSi继续取代+3H2O－3HClsp3d杂化sp3杂化OHClClClSiSiCl4可在加热的条件下由硅和氯气反应制得。但是更具有实际意义的制备反应是SiO2

的氯化。SiO2

的氯化要和焦炭一起共热。SiO2+2C+2Cl2——SiCl4+2CO

分析SiO2

和SiCl4

的热力学数据，可知：SiO2SiCl4（g）/（kJ∙mol－1）

－856.3－619.8

fGm⊖

SiO2

比SiCl4

更稳定，所以SiO2

的氯化反应在热力学上是不利的。SiO2+2C+2Cl2——SiCl4+2CO

这种做法就是热力学上的反应耦合。

为了这一反应顺利进行，可以让一个远小于零的反应与它同时完成，于是整个过程的就可以小于零。

rGm⊖

rGm⊖2C+O2——2CO

rGm⊖=－274.4kJ∙mol－1

从三氧化二硼到三氯化硼的转化，也需要用反应进行耦合：B2O3+3C+3Cl2——2BCl3+3CO

∆SiF4是一种有刺激性臭味的气体，可由SiO2

与氢氟酸作用制得：SiO2+4HF——SiF4↑+2H2O

SiF4的水解反应与BF3类似：SiF4+4H2O——H4SiO4↓+4HF

生成的

HF，可以与过量的SiF4

结合，生成H2SiF6：SiF4+2HF——H2SiF6H2SiF6是二元强酸，其酸性和硫酸相近。14.

3.

1锗、锡、铅单质14.

3锗、锡、铅

锗是灰白色硬金属，硬度较高，熔点也较高；高纯锗是一种良好的半导体材料。

灰锡（

）、

白锡（

）和脆锡（

）13℃161℃灰锡白锡脆锡

锡有三种同素异形体：

三者之间的转化温度如下

白锡银白色（略带蓝色），延展性好，可以制成漂亮的器皿。

白锡是=0，=0的指定单质。

fG⊖m

fH⊖m

白锡在

13.2℃下变成灰锡，自行毁坏。这种变化从一点变灰开始，蔓延开来，称为锡疫。灰锡呈灰色粉末状。

铅是暗灰色软金属。

熔点较低，密度较大，新切开的铅表面有银灰色金属光泽。

在冶炼过程中铅与许多杂质的分离均充分地利用了这些特点。由于铅和锡具有质地软、密度大、熔点低的特性，所以经常用在一些具有特殊用途的合金中。1.与非金属单质的反应

锗、锡、铅单质在一定条件下，可以与氧气、卤素、硫等非金属直接化合。Ge

+2S

———

GeS2220℃Sn

+O2

———

SnO2∆Sn

+2Cl2

———

SnCl4∆产物中的锗、锡氧化数均为+4，可见+2氧化数的不稳定，所以易被氧化成更高的氧化态。Pb

+S

———

PbS加热

铅的情形有所不同，在上述类型的反应中只能呈现+2氧化数，例如：

Pb

与氧气及卤素的反应，产物中一般也只有

Pb（II）。Ge

+2H2

————

GeH4750~800℃

锗、锡、铅单质在一定条件下还可以与H2直接化合，例如：

GeH4

是一种无色气体。锡、铅的金属性比锗强，故其氢化物不稳定。锗的化学性质比硅活泼些，但是仍然不能和稀盐酸、稀硫酸作用。它能溶于浓HNO3等氧化性酸中生成氧化数为+4的GeO2•H2O2.与酸碱的反应Ge+4HNO3（浓）——GeO2•H2O（s）+4NO2+H2O锗不易溶于NaOH溶液中，但是熔融的苛性碱或碳酸钠能迅速溶掉单质锗，生成碱金属的锗酸盐。Sn+2HCl（浓）

——

SnCl2+H2Sn与稀盐酸反应慢，迅速与浓盐酸反应放出氢气Sn与极稀的HNO3

反应：3Sn+8HNO3（极稀）——3Sn

NO32（s）+2NO↑+4H2O（）3Sn+4HNO3（浓）——

3SnO3↓+4NO↑+2H2OSn与浓硝酸反应，产物为β-锡酸，即水合二氧化锡。Sn+2OH－

+2H2O——SnOH42－+H2↑（）Sn与NaOH反应放出氢气：Pb与稀盐酸反应，生成PbCl2覆盖反应物，阻碍反应继续进行。Pb+2HCl（aq）——

PbCl2+H2↑

但与浓盐酸作用时，生成配位化合物，反应容易进行Pb+4HCl（浓）——H2PbCl4+H2↑

铅也可以与氢氧化钠溶液作用放出氢气：Pb+OH-+2H2O——[Pb(OH)3]-+H2↑Pb+4HNO3（浓）——

PbNO3

2+2NO2↑+2H2O（）Pb+3H2SO4（浓）——PbHSO4

2+SO2↑

+2H2O（）

浓硫酸和浓硝酸也不能将Pb氧化到Pb（IV）。这是在第13章中提到的惰性电子对效应所致。Pb的6s2

电子对很难失去，所以不易被氧化成+4氧化数。一旦失去，得到的Pb（IV）

将有强烈的夺回该电子对的趋势，故Pb（IV）有很强的氧化性。3.提取和冶炼锗属于稀有分散元素，提取锗的难度在于锗的富集。一般是经焙烧将锗的硫化物转变为GeO2，再经盐酸处理转化为GeCl4，精馏提纯后的GeCl4

在高纯水中水解得到高纯的GeO2，最后用高纯氢气进行还原得纯度很高的锗。锡和铅单质的提取过程，由于矿物原料的不同而各不相同。但硫化物矿总要经过焙烧使其转化为氧化物，

2PbS+3O2

——2PbO+2SO2

熔烧之后就是金属氧化物的还原：SnO2

+2C——Sn+2CO↑∆PbO+C——Pb+CO↑∆14.

3.

2锗、锡、铅的化合物1.锗、锡、铅的含氧化合物Ge，Sn，Pb均有两种常见氧化数的氧化物

MO和MO2。

前者偏碱性，后者偏酸性。

铅在空气中加热得黄色的PbO，其俗称密陀僧或铅黄。

碱性溶液中用NaClO氧化Pb（II）的化合物可得棕黑色的PbO2粉末。PbOH42－

+ClO－

——

PbO2+Cl－+2OH－+H2O

（）PbO2是强氧化剂：

5PbO2+2Mn2++4H+

——5Pb2+

+2MnO4－

+2H2OPbO2+4HCl——

PbCl2+Cl2↑

+2H2OPb3O4，红色，又名铅丹。

可以认为它是铅酸铅

PbII2PbIVO4

Pb2O3，橙色，

可以认为它是

PbO·PbO2.Pb3O4的氧化态构成可由与硝酸作用的即可得到两种不同氧化数的铅:Pb3O4+4HNO3

——

2PbNO3

2+PbO2

+2H2O（）

过滤将产物分离，

向滤液中加入Na2CrO4

，生成

PbCrO4黄色沉淀。证实

Pb3O4中有

Pb（II）。Pb2++CrO42-

——PbCrO4↓传统意义上的氢氧化铅经常是一氧化铅的水合物。例如将醋酸铅溶液加入到NaOH溶液中可获得白色的3PbO•H2O结晶。新生成的水和氧化铅沉淀可溶于碱中得Pb