碳族元素 - 元素无机化学课件（中山大学）.ppt

1、1、第4章碳族元素Group IVA: C、Si、Ge、Sn、Pb 4-1碳族元素共性、化学性质、非金氢最高价金属氧化物属性物对应性稳定水合物强定酸弱性减弱2 .气态氢化物的通式： RH4； 3 .与最高价氧化物对应的水合物的通式为H2RO3或R(OH)4。3、碳族元素G /F-Z图、4、4-2单质、一、碳四种同质气体、石墨、碳纳米管、金刚石、富勒烯C60、C70、C140、碳纳米管层-层间范德瓦尔斯力层的上下有nn域键层内： 142 pm、层间： 335 pm .区域外耦合导电、热传导； 层内C-C共价键耐高温化学惰性； 层状结构解理性。 1 .石墨、非晶c :石墨的一种。 活性c作为脱色剂

2、、还原剂起作用。 插入型或层间化合物，例如C8K、6、原子晶体、C sp3混合物、高熔点、高沸点、高硬度。 2 .用于制造金刚石、钻头和磨削工具的7，3 .富勒烯C60，C70，C140，巴基球，8，C60的发现者之一R.E.Smalley教授，Kroto，Curl。 主要贡献：在理论方面，对现有的“化学键理论”产生了强烈的冲击：球面也可以形成离域键。 Rb-C60导电性超导体； 以富勒烯化合物为“催化剂”。 1985年，英国科学家H.W.Kroto等采用质谱修订，得到了以C60为主的质谱图。 受建筑学家(BuckminsterFuller )修订的球形薄壳建筑结构的触发，将C60分子命名为B

3、uckminsterFuller，C60的发现，9，剩馀的p轨道形成离域耦合，C60是两种CC耦合长度330 五边形不相互连接，只连接六边形，一个c参加两个六元环一个五元环，三个结合，结合角之和为348，sp2.28混合。 10、富勒烯的应用前景(C26、C32、C44、C50、C60、C70、C80、C90) 1991年，哈佛等首先提出了掺钾C60具有超导性。 有机超导体(Et)2CuN(CN)2Cl超导开始温度为12.8 K。 Rb3C60的超导体的超导开始温度为29 K。 由北京大学和中国科学院物理系合作合成K3C60和Rb3C60的超导体，超导起始温度分别为8 K和28 K。 科学家预

4、言掺杂C240和C540可能合成具有更高超导起始温度的超导体。 在光、电、磁等材料方面有良好的应用前景。 C60F60 :超耐高温材料Li-C60 :高效锂电池Ln-C60 :发光材料，11，1991年，日本电气公司饭岛澄男(S. Iijima )在研究巴基球分子的过程中发现了碳纳米管(多壁管)。 1993年发现了单壁碳纳米管。 4 .碳纳米管、12、2、硅、硅有结晶硅和不定形硅两种同素异形体。 1、物理性质： (1)银灰色，有金属光泽，坚硬脆的固体；(2)熔化，沸点高，硬度大；(3)结晶硅是良好的半导体。 2 .化学性质：常温下，硅的化学性质为惰性，除氢氟酸、氟气、强碱以外，不与其他物质(例

5、如氧气、氯气、硫酸等)反应。 加热时，硅有时会与非金属发生反应。 高温下化学性质活跃。 晶体硅是原子晶体、金刚石结构。13、高纯度单晶硅片的切断与蚀刻集成电路、14、(1)与氟气的反应：(2)与氢氟酸的反应：(3)与强碱溶液的反应：(4)与氯气的反应：(5)与氧气的反应Si(s) O2(g)=SiO2(s )、s=SiCl4(g )、si (s )2NaOH (AQ )3si (s )4HNO 318hf=3h2si f 64 no8h2o h2SIF 6氟化硅酸、强酸、与(6)c的反应：2273 K、与(7)n2的反应：2273 K、() 、4 .用途、用途、17、三、锗、锡、铅、锗：金刚石

6、型原子结晶，熔点： 1210 K，半导体。 型金刚石型正方晶系、型正方晶系、型正交晶系、13.2C、161C、231.9C、铅：淡蓝色重金属、锡：灰锡、白锡、脆性锡。 通性：锗、锡、铅等活性金属，锗、锡在常温下不与空气中的氧起作用，不与水起作用的铅在空气中迅速被氧化，形成氧化膜保护层。 2 Pb(s) O2 2 H2O=2 PbOH2O(s )，1 .物理性质，18，2 .化学性质： (1)与x 2的反应，(2)与s的反应，(3) sn NaOH2h2on ASN (oh )3h2(g ) Pb NaOH2h2on APB (oh )3h 2 Ge 2 NaOH H2O2 Na2GeO3 H2

7、O Ge表示存在氧化剂，Ge的金属性比sn和pb弱，(4)与酸反应，20，4-3碳族元素的重要化合物，(1)通式： SinH2n 2 (n=115 )含有Si-Si键。 一、氢化物、1 .烃(烃)-有机化学、2 .硅烷、21、C Si混合状态sp sp2sp3sp3d2c.n.max46键解离能c-c345.6Si-链短(15个si )、硅烷种类少在(2) C和Si的比较中，Si-Si短，容易断裂。 硅烷化性比类似烃更活性。 单硅烷的化学性质热分解SiH4(g) Si(s) 2H2(g )强还原性si h4(g )8agno3(AQ )2h2o=8ag si o 28 HNO3SiH4(g )

8、。 在2MnO4-=2MnO2 SiO32- H2O H2还原性CH4 SiH4 GeH4 (3)微量OH-存在下，水解SiH4(g) (n 2)H2O SiO2nH2O 4H2、(3)单硅烷的制备。 二级方程式，二级方程式，四级方程式， 二、氧化物及其水合物和氧酸盐，(1)分子结构CO和N2、CN-、NO相互为等电子体，1 .一氧化碳CO、co (1)2(2)2(3)2(4)2(5) 2、n2kk (2s * ) HF1. 98 d为-33Fe2o3(s )3co2Fe3co2PDC l2(AQ )2co (g ) h2o PDC o2HCl检验co灰黑色、强还原性、CO S COS、26、

9、强配位性、M(s) x CO(g)=M(CO)x M x值色、状态M(CO)x配置Ni 4无色液体正ni3d 84 s 2、3 d 104 s 0、3 d 10 (sp3)0(sp3)0(sp3) 0、cococo同时形成d - *反馈键，在四羰基镍键合后，形成、29、自由CO(g) Ni(CO)4 2143 2060 系统换算质量：30，红外吸收光谱(IR )，T%透过率，波数/cm-1，31，CO使人中毒的机制，hmfe(ii)o2co(g)=hhfe对比NO2-使人中毒的机制： hmfe (ii ) no2- hmfe O C O : C-O键级=1 2 0.5=2，键长在三键和双键之间

10、。 C O极性键，CO2非极性分子。 (2)性质酸性氧化物CO2灭火器不能用于由活性金属Mg、Na、k等引起的火灾： CO2(g) 2Mg(s)=2MgO(s) C(s )、2234、33、3. (1)碳酸H2CO3 CO2(g ) 298 K在水中的溶解度可以是0.033 moldm-3 .二元质子co2x h2o=co2x h2o=h2co3k=1. 810-3 co2h2o=h:h2co3=h HCO3-，是二元质子弱酸，但：H2CO3是弱酸碳酸盐，sp2，sp 2，2 -，35，4 .碳酸盐， (2)水解Na2CO3正盐NaHCO3酸式盐Na2CO3水溶液pH的计算方法(同Na3PO4

11、) NaHCO3水溶液pH的计算方法相同，与溶解度CO2的分压相关的Na2CO3的溶解度比NaHCO3大(hco3容易发生双重聚合和大量聚合)， M 2与Na2CO3溶液反应： mco3m2co3m (oh )2m2(oh )2c o 3，36，具体反应的2Ksp(MCO3)和KspM(OH)2的相对大小。 例如0.2 moldm-3 Na2CO3和0.20moldm-3CaCl2等的体积混合(教材p.126 )。 q (CaCO3)=(ca2) (co32-)=0. 100.10=1. 010-2 k sp (CaCO3)=2. 010-9 q (ca )关于有效离子电势，阳离子的有效离子电势越大，对CO32-的逆极化作用越强阳离子：反极化作用阴离子：变形性。 (3)热稳定性，38，5 .以二氧化硅，硅酸和硅酸盐(教材p.133-135 )，(1)二氧化硅原子结晶，SiO4四面体为结构单位，无限大分子石英：纯SiO2。 在高温下3360 SiO2mg2mgosisio2HF (g )=si f4h2o SiO 22 oh-=SiO 32-h2o 600-900 OCS io 2接合isio 3。 降低B2O3熔点和玻璃膨胀系数提高Al2O3熔点ZnO为玻璃的耐腐蚀性、高温、SiO2结构、39、H4SiO4原硅酸H