第14章碳族元素

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1、第14章碳族元素碳族元素ⅣA族元素CSiGeSnPb非金属金属2np2价层电子构型：ns主要氧化值：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↑──惰性电子对效应碳族元素碳C单质:石墨，金刚石，C，C6070无机化合物:CO，白云石MgCa(CO)，232石灰石、大理石、方解石CaCO3有机化合物:动植物体，煤，石油，天然气碳元素是构成有机物骨架的元素。方解石(CaCO)3碳族元素硅Si以Si－O－Si键存在，丰度排第2位，存在于水晶、石英、SiO和其它硅酸盐

2、矿物2中，硅元素是构成无机物骨架的元素。水晶(SiO)2锗Ge锗石矿CuS·FeS·GeS22锡Sn锡石矿SnO,云南个旧称为锡都2铅Pb方铅矿PbS第14章碳族元素14－1碳单质及其化合物14－2硅单质及其化合物14－3锗、锡、铅14－1碳单质及其化合物14-1-1碳元素的单质1碳的同素异形体2碳单质的还原性14-1-2碳的含氧化合物1一氧化碳2二氧化碳3碳酸和碳酸盐14-1-1碳元素的单质1碳的同素异形体1碳的同素异形体（1）金刚石原子晶体,是硬度最大、熔点最高的单质，化学性质很稳定。名贵的金刚石（钻石）1

3、4-1-1碳元素的单质1碳的同素异形体（1）金刚石立方晶系，碳原子发生sp3杂化，以sp3杂化轨道重叠成键，呈正四面体。14-1-1碳元素的单质1碳的同素异形体（1）金刚石所有价电子都参与共价健的形成，无离域电子，不导电。金刚石的晶体结构14-1-1碳元素的单质1碳的同素异形体（2）石墨硬度较小，熔点较高，表现出一定程度的化学活性。碳原子发生sp2杂化，sp2杂化轨道重叠成键，呈平面三角形，余下的p轨道形成大键n()，形成片层状结构。n石墨晶体结构示意图14-1-1碳元素的单质1碳的同素异形体（2）石墨离

4、域电子使得石墨沿层向具有良好导电性。层与层之间以分子间力结合，层间的分子间力很弱，所以层间易于滑动，故石墨质软具有润滑性。石墨晶体结构示意动画可制作电极、热电偶、坩锅、铅笔芯等。木炭和焦炭基本属于石墨类型，但是晶形不完整。14-1-1碳元素的单质1碳的同素异形体（3）碳原子簇20世纪80年代中期，发现第三种晶体形态：C(n<200)nC室温下为分子晶体，具60有较高的化学活性。60个碳原子构成近似于球形C分子(富勒烯)的结构的32面体，即由12个正五60边形和20个正六边形组成，相当于截角正20面体。14-1-

5、1碳元素的单质1碳的同素异形体（3）碳原子簇每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻三个碳原子相连，未参加杂化的p轨道在C的球面形成大键。601985年，C的发现是人类对碳认60识的新阶段，是科学上的重要发现。美国科学家Curl和Smalley教授及英国科学家Kroto教授为此获得1996年诺贝尔化学奖。14－1碳单质及其化合物14-1-1碳元素的单质1碳的同素异形体2碳单质的还原性14-1-2碳的含氧化合物1一氧化碳2二氧化碳3碳酸和碳酸盐14-1-1碳元素的单质2碳单质的还原性2碳单质的还原性C+OCO222C+

6、O2CO22CO+O2CO2214-1-1碳元素的单质2碳单质的还原性焦炭是冶金工业上重要的还原剂,还原金属氧化物：ZnO+CZn（g）+CO（g）该反应为何在1200K温度下进行？产物为什么是CO，而不是CO？21该反应可以看作是下列两反应差的22C+O2CO（b）22Zn+O2ZnO（d）2可通过各反应的△Gθ随温度T的变化来说明。rm14-1-1碳元素的单质2碳单质的还原性根据ΔGθ=ΔHθ–TΔSθ，作ΔGθ随rmrmrmrm温度T的变化曲线，是斜率为-ΔSθ的直线。rmC+OCO(a)ΔSθ=2.9J

7、·K-1·mol-122rm2C+O2CO(b)ΔSθ=178.8J·K-1·mol-12rm2CO+O2CO(c)ΔSθ=-173.0J·K-1·mol-122rm2Zn+O2ZnO(d)ΔSθ=-201J·K-1·mol-12rm14-1-1碳元素的单质2碳单质的还原性(d)2Zn+O=2ZnO2(c)2CO+O=2CO22-1(a)C+O=CO22/kJ·molθ(b)2C+O2=2COmGr△T1ZnO+CZn(g)+CO(g)(1)[(b)-(d)]/2在(d)(b)两线交点所对应的温度T≈1200K

8、下,(d)和1θθ(b)的ΔrGm相等，(1)的ΔrGm=0,当T>T1时，碳还原氧化锌的反应就可自发进行。14-1-1碳元素的单质2碳单质的还原性(d)2Zn+O=2ZnO2(c)2CO+O=2CO22-1(a)C+O=CO22/kJ·molθ(b)2C+O2=2COmGr△TT12当T>T时，产物为CO，而不是CO。22金属氧化物的Ellingham(艾林汉姆)图判别某一金属从其化