无机化学第十五章 碳族元素

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1、第十五章碳族元素§本章摘要§1.碳　单质　氧化物　碳酸及其盐　其它含碳化合物2.硅　单质　硅烷　硅的卤化物　硅的含氧化合物3.锗锡铅　单质　锗锡铅的含氧化合物　卤化物和硫化物　　C碳　　单质:石墨、金刚石,C60,C70.　　无机物:CO2，石灰石、大理石CaCO3，白云石MgCa(CO3)2；　　有机物:动植物体，煤(s)，石油(l)，天然气(g).排第13位.　　Si硅（矽）以Si-O-Si键存在，水晶、石英(SiO2)，及其它硅酸盐矿物，居第2位。　　Ge锗锗石矿Cu2S·FeS·GeS2　　Sn锡锡石矿SnO2云南个旧,锡都　　Pb铅方铅矿PbS§1.碳　　一.单质1

2、.同素异形体　　石墨:硬度小，熔点极高，层状结构,C：sp2杂化，剩余的p1轨道，在层内有πnn键，有离域电子,所以导电；层间分子间作用力小，易滑动，有润滑性。　　2.碳的还原性　冶金工业上，用碳还原金属氧化物制备金属，如:　　　　MgO+C---Mg+CO　　(2000K)　　碳的氧化还原，涉及到以下三个反应:　　　碳簇:以C60为最常见。正二十面体，每个面都是正三角形，每个面角都是五面角，共十二个顶点，将每个顶都截掉，得十二个正五边形，原来的每个正三角形都变成了正六边形。20个六边形，12个正五边形，结构为截角正二十面体。(a)斜率为正；(b)斜率基本为零；(c)斜率为负

3、(与斜率相反)　　再看反应2Mn+O2----2MnO的情况，<0，斜率为正，当达到m.p.时，斜率更大，见直线(d)，在温度Ty，(c)线和(d)线相交，两反应的△rGm相等。　　　　当T>Ty时，才有(e)式的△rGm<0,则表示C可以将MnO还原，产物是CO，若产生CO2，则温度还要高(达到Tz以上).正是由于2C+O2---2CO的△rSm>0,所以碳在冶金工业上被广泛用为还原剂.问题:(e)式的△rHm为正还是负?　二氧化物　　　工业上将空气和水蒸气交替通入红热碳层:　　　　得到的气体含CO25％，CO24％，N270％（体积比）　　这种混合气体称为发生2.CO　　

4、无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小.1°制备　　向热浓硫酸中滴加甲酸:　　　　草酸与浓硫酸共热:　　H2C2O4(s)---CO+CO2+H2O(热浓H2SO4,将CO2和H2O用固体NaOH柱吸收,得CO)　　制纯的CO,可用分解羰基化合物法:　　炉煤气。另一反应：　　　　含CO40％，CO25％，H250％为水煤气。　　生成的炉煤气和水煤气都是工业上的燃料气。2°CO的化学反应　　CO+Cl2---COCl2光气　　CO+NaOH---HCOONa(高压)　　CO+H2---多种C、H有机化合物(催化剂)　　　微量的CO通入PdCl2溶液中，可使溶液变黑　　CO+PdCl

5、2+2H2O---Pd+CO2+HCl　鉴定CO　三碳酸及其盐　1、结构　2.可溶性碳酸盐　　Na2CO3,K2CO3和(NH4)2CO33.碳酸盐的生成　　在含有金属离子溶液中加Na2CO3，由于水解相当于有两种沉淀剂，OH-和.Na2CO3总浓度C=1.0时，将有[]=8.6X,[OH-]=1.4X.则产生沉淀情况要视M(CO3)n和M(OH)n的溶解度而定。1°若M(CO3)m溶解度<

6、碱式盐。如:　　等均易溶于水。但NaHCO3、KHCO3和NH4HCO3的溶解度相对小些。原因是HCO3-有分子间氢键，发生缔合，形成双聚酸根。　　　CaCO3难溶，而Ca(HCO3)2的溶解度比它大些。原因是CaCO3是电荷高(2:2)，引力大,不易溶解;但Ca2+和是＋2对－1，引力相对小些,易于溶解。4°改变沉淀剂的情况，加入NaHCO3溶液，则[OH-]小了，有些生成碱式盐的，如等,可以生成碳酸盐。　　5°若加入的沉淀剂是被CO2饱和了的NaHCO3溶液，则[OH-]更少些，可使沉淀出正盐，但由于[]也少了，致使溶度积大的MgCO3不能沉淀。但是,CuCO3,HgCO

7、3由于水解强，尚未制得。4.碳酸盐的热分解　　Na2CO3---Na2O+CO2　(850C°)　　MgCO3---MgO+CO2　(540C°)　　NaHCO3---Na2CO3+H2O+CO2　(270C°)　　H2CO3---H2O+CO2(常温)　　均产生CO2气体，阳离子的极化作用越大,越易分解。　四其它含碳化合物　1、四氯化碳CCl4　　CCl4是无色液体，重要非水非极性溶剂，不水解，是灭火剂，阻燃剂。(隔绝空气)　　制备:CH4+4Cl2---CCl4+4HCl　(713K)　　　　　CS