03 第3章 碳族元素.pptx

第1页：碳族元素概述

碳族元素概述：第3章碳族元素氧化值最大配位数单质可形成原子晶体金属晶体3.1概述CSiGeSnPbns2np2

第2页：碳的同素异形体

碳的同素异形体：1.碳的同素异形体3.2碳及其化合物

第3页：C50Cl10的合成

C50Cl10的合成：由厦门大学郑兰荪院士课题组等合成C50Cl10的研究成果，于2004年4月30日在美国《科学》杂志发表，首次明确无误地合成和结构表征了小于C60的富勒烯，取得富勒烯科学的重要突破，引起较大反响。

第4页：一氧化碳

一氧化碳：2.碳的氧化物CO具有还原能力与较强配位能力Hb·O2+CO Hb·CO+O2CO + PdCl2+ H2O = CO2+ 2HCl + PdFe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8其中C是配位原子。

Hb·H2O+O2HbO2+H2OCO的分子轨道能级图(未考虑杂化)

第5页：二氧化碳

二氧化碳：CO2分子中C原子是以sp杂化轨道分别与2个O原子的px轨道重叠构成σ键，y、z轴方向分别有三个原子的py、pz轨道相互平行，形成两个π34。

CO2为头号温室气体，在有温度记载的130多年中，最热的年份有10个，其中9个是在1980年后，过去百年间，全球年平均地表气温（简称全球温度）上升0.3~0.6℃。

1880 1900 1920 1940 1960 1980年份海平面水位变化（cm）

第6页：Mn+与碳酸盐的反应特点

Mn+与碳酸盐的反应特点：1.Mn+电荷高,极易水解。

如Al3+,Fe3 +,Cr3+加入CO32-互相促进,发生双水解反应。

Al2(SO4)3+Na2CO3+H2O = Al(OH)3+Na2SO4+CO22.Mn+可水解,其氢氧化物溶解度与碳酸盐差不多,生成碱式盐沉淀。

如Be2+,Mg2+,Cu2+。

2 Mg2++2 CO32-+H2O =Mg2(OH)2CO3+CO22 Be2++2 CO32-+H2O =Be2(OH)2CO3+CO23. Mn+水解程度小,碳酸盐溶解度小,生成碳酸沉淀。

如Ca2+,Sr2 +,Ba2 +:Ba2 ++CO32-=BaCO33. Mn+与可溶性碳酸盐的反应特点

第7页：碳酸氢盐的溶解度

碳酸氢盐的溶解度：2----钠、钾、铵等易溶盐碳酸氢盐溶解度小于正盐因为氢键存在，形成二聚物或多聚物。

为什么碳酸氢钙溶解度大于碳酸氢钠？

第8页：碳化物

碳化物：第ⅠA、ⅡA元素以及元素Al形成的离子型固体化合物。

• （1）离子型碳化物
• 4.碳化物常具有无色、不透明、固态时不导电等性质，但它们均可被水或稀酸分解并放出烃，表明其中碳以负离子形式存在，碳化物中主要的碳负离子为C4－和C22－等。C22－的结构式为(C≡C)2－。B和Si与碳形成机械硬度很大的共价型固体化合物。碳化硼和碳化硅是原子型晶体，都是硬质材料。
• （2）共价型碳化物

第9页：金属型碳化物

金属型碳化物

• 金属型碳化物具有金属的导电性和光泽。许多d区元素和f区元素能形成金属型碳化物。从价键的观点看，C原子实际上进入金属原子空的d轨道而形成的，金属原子空的d轨道越多，该金属与碳的结合力就越强，它们的机械硬度和许多性质都表明存在强的M–C键。金属型碳化物是很有前途的硬质材料，但目前只有钨和钛的碳化物。（3）金属型碳化物

第10页：单质硅

单质硅：3.3硅的化合物硅在常温下不活泼，高温下硅的反应活性增强，它与氧、卤素、N、C、S等非金属作用，生成相应的二元化合物。

Si＋2NaOH＋H2O = Na2SiO3＋2H2(g)Si＋2F2(g) = SiF4(g)3Si＋2Cr2O72－＋16H＋= 3SiO2(s)＋4Cr3＋＋8H2O硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸和王水，但可与氢氟酸缓慢作用，常用HF-HNO3混合液作硅器件的腐蚀液。

Si＋4HNO3(浓)＋6HF = H2[SiF6]＋4NO2＋4H2O1.单质

第11页：硅烷

硅烷：SiH4+ 2O2= SiO2+ 2H2OSiH4+ 2 KMnO4= 2 MnO2+ K2SiO3+ H2O + H2(g)SiH4+ (n+2) H2O = SiO2·nH2O + 4H2(g)SiH4+S=Si + 2 H2S2.氢化物—硅烷通式为SinHn+2液氮Mg2Si＋4NH4Cl ===== SiH4＋4NH3＋2MgCl2243K

第12页：硅的卤化物与氧化物

硅的卤化物与氧化物：3.硅的卤化物硅常见的卤化物有SiCl4、SiF4，它们均强烈水解：SiCl4+H2O =H4SiO4+HCl3SiF4+4H2O = H4SiO4+4H++2SiF62-SiF4+2HF = H2SiF64.硅的氧化物SiO2(s)+4HF(g) = SiF4+2H2ONiO＋SiO2== NiSiO3△SiO2＋Na2CO3==Na2SiO3＋CO2△

第13页：硅酸与硅酸盐

硅酸与硅酸盐

• H4SiO4原硅酸H2SiO3偏硅酸xSiO2•yH2O多硅酸胶冻状硅酸硅胶-H2O硅酸盐结构复杂,硅氧四面体为基本骨架。硅酸钠：Na2O•nSiO2CuSO4+ Na2SiO3==CuSiO3+ Na2SO4泡沸石：Na2O•Al2O3•2SiO2•nH2O硅酸5.硅酸与硅酸盐

第14页：硅酸盐的结构单元

硅酸盐的结构单元：（a）[SiO4]4-(b)Si2O76-(c)Si4O128-(d)Si6O1812-

第15页：锡、铅的单质

锡、铅的单质：3.4锡、铅的重要化合物白锡脆锡（斜方）↓161℃以上2Pb+O2+CO2+H2O= Pb2(OH)2CO313.2℃以下灰锡（无定形）锡疫SnO2+ C = Sn + CO21.单质警惕，儿童铅中毒！

第16页：Sn(Ⅳ)的化合物

Sn(Ⅳ)的化合物：SnCl4H2OH2SnO3+HCl↑ (强烈)Sn+Cl2(过)HClS2-SnS2Na2SnS3Na2SH+SnS2+H2S↑[SnCl6]2-+H2S↑HClH2SnCl62.Sn2+与Sn(Ⅳ)

第17页：Sn2+与Sn(Ⅳ)

Sn2+与Sn(Ⅳ)：Sn2+Sn4+O2SnS↓S22-SnS32-H+SnS2↓+H2SH2O,Cl-HCl+Sn(OH)Cl↓Fe3+Sn4++Fe2+OH-Sn(OH)2↓OH-[Sn(OH)3]-Bi3+Bi↓+[Sn(OH)6]2-HgCl2Hg2Cl2↓+Sn4+Sn2+Hg↓+Sn4+

第18页：Pb2+的难溶性

Pb2+的难溶性：如何使这些沉淀溶解?PbCO3+2HNO3→ Pb(NO3)2+H2O+CO2↑PbSO4+OH-(过量) → [Pb(OH)3]-+SO42-PbSO4+NH4Ac(饱和) → Pb(Ac)3-+SO42-+NH4+乙酸铅俗名叫“铅糖”,甜,有毒PbSO4↓ (白)PbS ↓(黑)PbCrO4↓(黄)PbI2↓(黄)PbCl2↓(白)PbCO3↓ (白)3. Pb2+的难溶性及Pb(Ⅳ)的氧化性

第19页：PbS的转化

PbS的转化：PbS +H2O2→PbSO4↓+H2OPb2++S↓+NO↑+H2OPbS+ HCl(浓)=H2[PbCl4] + H2S↑PbS+ HNO3→现出土的古代壁画、泥桶通常是黑的，因为古代人用铅白作白颜料,长期与H2S作用成PbS黑色沉淀,可用此法使之变白。

第20页：铅盐沉淀的相互转化

铅盐沉淀的相互转化：PbCrO4+ HNO3= Pb2++Cr2O72-+ NO3-PbCl2、PbI2溶于热水PbCl2+ HCl = H2[PbCl4]PbI2+ KI = K2[PbI4]沉淀互相转化:Pb(NO3)2Na2SO4PbSO4↓(白)KIPbI2↓(黄)Na2CO3PbCO3↓(白)PbS↓

第21页：PbO2的氧化性

PbO2的氧化性：PbO2(棕黑)强氧化剂能氧化HCl,H2SO4,Mn2+Pb3O4红色铅丹(2PbO·PbO2)PbO2+Mn2++ H+△MnO42-+ Pb2++ H2OPb3O4+ HNO3= Pb(NO3)2+ PbO2+ H2OK2CrO4PbCrO4↓沉淀分离出来:PbO2+HCl(浓)△PbCl2+ Cl2↑

第22页：惰性电子对效应

惰性电子对效应：ⅢAⅣAⅤABCNAlSiPGaGeAsInSnSbTlPbBi与族数对应的最高氧化态越来越不稳定，与族数差2的氧化态越来越稳定主要是6s2电子对的惰性ns2np1ns2np2ns2np3+1+2+3ns2ns2ns21.惰性电子对效应3.5专题讨论

第23页：高价氧化态的氧化性

高价氧化态的氧化性：Tl3++ H2S = Tl2S + S + H+Tl + HCl = TlCl + H2PbO2+ 4HCl(浓)=PbCl2+ Cl2+ 2H2OPbO2+ 2H2SO4=2PbSO4+ O2+ 2H2OAg+5PbO2+2Mn2++ 4H+== 5Pb2++2MnO4-+ H2O5NaBiO3(s)+2Mn2++14H+==2MnO4-+5Na++5Bi3++7H2O

第24页：氧化物稳定性的热力学

氧化物稳定性的热力学：2MO(s)= MO2(s)+ M(s)△rG(kJ·mol-1）2GeO(s)= GeO2(s)+ Ge(s)-122.62SnO(s)= SnO2(s)+ Sn(s)-7.22PbO(s)= PbO2(s)+ Pb(s)+162.0从热力学上从结构上

第25页：共价化合物水解的影响因素

共价化合物水解的影响因素

• 2.共价化合物的水解性
• （1）影响共价化合物水解因素
• ①中心原子价层结构（中心原子所处周期、配位情况、空轨、半径大小等）。
• ②空间效应（中心原子半径、配体的大小和数量）。
• ③电负性效应（中心原子与配体电负性的差异）。
• （2）机理

第26页：SiCl4的水解机理

SiCl4的水解机理：+H2O-HClH2O+HClSiCl4+H2O → H4SiO4+4HClH4SiO4+4HClCCl4不水解SiCl4水解四步水解

第27页：共价卤化物的水解性

共价卤化物的水解性：NF3不水解; PF3水解BCl3+ H2O→→H2O水解水解SF4(g)+H2O → H2SO3+4HF不水解冷水水解TeF6+6H2OH6TeO6+6HFSF4SF6TeF6P(OH)3+3HF

第28页：NCl3与NF3的水解

NCl3与NF3的水解：NF3不水解NCl3水解NCl3+3H2O=NH3+3HClONHCl2+HClONH3+ HClO反复

第29页：沸石分子筛

沸石分子筛

• 3.6应用沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连的SiO4和AlO4四面体组成。通式为: [(M+,M2+)AlO2]x·[SiO2]y.[H2O]z硅铝酸盐阴离子骨架中Si/Al比是影响沸石结构和性质的重要参数，分子筛的耐酸能力和热稳定性随此增大而升高。
• 1.沸石分子筛离子交换功能：Na+可被Ca2+、Mg2+交换吸附功能：用作气体干燥剂和气体净化剂的基础分离功能：分离N2与O2,获得富氧空气催化功能：合成邻二甲苯的催化剂

第30页：4A分子筛结构

4A分子筛结构：4A分子筛Na12(AlO2)12·(SiO2)12·zH2OO O O O︱︱︱︱O—Si—O—Al—O—Si—O—Al—O︱︱︱︱O ONa+O ONa+︱︱︱︱O—Al—O—Si—O—Al—O—Si—O︱︱︱︱ONa+O ONa+O削顶八面体是十四面体—钠沸石笼构成一大类沸石骨架常见:A型,Y型,X型,M型

第31页：硅酸盐材料

硅酸盐材料

• 玻璃：Na2CO3+CaCO3+SiO2=Na2O•CaO•6SiO2+2CO2水泥：CaO与硅铝酸盐混合物2.硅酸盐材料