碳族元素课件

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1、碳族元素1.周期表中位置：第IVA族元素包括碳C、硅Si、锗Ge、锡Sn、铅Pb五种元素统称为碳族元素。其中C、Si是非金属元素，其余三种是金属元素。2.价电子层结构：ns2np23.氧化态：能成氧化数为+4和+2的化合物，碳也能生成氧化数为-4的化合物。在碳族元素中，随着原子序数的增大，氧化数为+4的化合物的稳定性降低，惰性电子对效应逐渐明显。4.硅和第IIIA族的硼处于对角线位置，它们的单质及其化合物的性质有相似之处。5．自然界存在碳：丰度：4.8×10-2%，游离的碳有金刚石和石墨，还以化合态存在于煤炭、石油、天然气、动植物体及石灰石、白云石、二氧化碳中。硅：丰度：27.7%，占地壳质

2、量的1/4强，含量次于氧。锗、锡、铅：以矿物质存在，锗石矿Cu2S·FeS·GeS2、锡石矿SnO2、方铅矿PbS等。☞概述ⅣA碳(C)硅(Si)锗(Ge)锡(Sn)铅(Pb)原子序数614325082价层电子构型2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2主要氧化数0、+2+40、+2+40、(+2)+40、+2+40、+2+4原子半径/pm77117122141175离子半径r(M4+)/pm1640536978r(M2+)/pm--73118119I1/(kJ·mol-1)14021012947834703电负性()3.02.12.01.91.9p能形成+4价、+2价

3、的化合物能形成通式为RH4的气态氢化物(C、Si)最高价氧化物对应水化物通式为H2RO3或R（OH）4相似性递变性1、原子结构最外层都有4个电子。2、物理性质单质都是固体。3、化学性质原子结构单质物性化学性质核电荷数增加，电子层数增加原子半径增大熔沸点逐渐降低密度逐渐增大氢化物稳定性逐渐减弱最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱碳族元素性质的递变规律元素性质碳(C)硅(Si)锗(Ge)锡(Sn)铅（Pb）主要化合价单质色、态氢化物RH4的稳定性主要氧化物最高价氧化物的水化物化学式酸碱性金属性、非金属性+2、+4+2、+4+2、+4+4+2、+4无色或黑色固体灰黑色固体灰白色固体银白色固体蓝白色

4、固体逐渐减弱CO、CO2SiO2GeOGeO2SnOSnO2PbO、PbO2H2CO3H2SiO3H4SiO4Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4非金属性递减、金属性递增酸性递减碱性递增（多数有两性）杂化态空间构型配位数典型物质1CO、CN-sp直线形2CO2，CS2，HCN，C2H2，OCN-sp2平面三角形3石墨，CO，C6H6，COCl2，CHsp3四面体4金刚石,CH4CX4sp3三角锥4CH3-☞碳元素的单质碳的成键轨道如下：碳的同素异形体：从X射线衍射分析可知，碳有金刚石、六方金刚石、石墨、球碳(以C60为代表)和管碳等多种同素异性体，而又以石墨为主。就石墨本身而言，由于层

5、与层相互堆积的次序不同，它又有α（六方晶系）型和β（菱形晶系）型石墨。无定形炭本质上都是纯度不等的石墨微晶。碳的化学性质：（1）碳在O2中燃烧，在620K时，产物为CO2。碳能与氟直接化合，但不与其它卤素直接作用。C(s)＋2F2=CF2（2）碳作为还原剂能与一些氧化物或氧化剂反应。如：PbO(s)+C(S)=Pb(s)+CO(g)Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)H2O(g)+C(灼热)=CO(g)+H2(g)2H2SO4(浓)+C(s)=CO2(g)+2SO2(g)+2H2O(1)4HNO3(浓)+C(s)=CO2(g)+4NO2(g)+2H2O(1)（3）碳在电炉

6、中能与许多物质反应，得到CS2，SiC，Al4C3，CaF2和Fe3C等等。C(s)+2S(s)=CS2碳有许多氧化物，已见报导的有CO、CO2、C3O2、C4O3、C5O2和C12O9，其中常见的是CO和CO2。一氧化碳：1、结构CO分子和N2分子各有10个价电子，它们是等电子体，两者的分子轨道的能级次序形式相同,由一个键,一个双电子键和一个电子来于O原子的配键组成。☞碳的含氧化合物CO分子中，电子云偏向氧原子，但是配键是由氧原子的电子对反馈到碳原子上，这样又使得氧原子略带正电性，碳原子略带负电性，两种因素相互作用使CO的偶极短几乎为零。正是因为碳原子略带负电性使得孤电子对（体积稍大

7、，核对电子对的控制降低）具有活性。(l)CO还原性：CO为冶金方面的还原剂，还能使一些化合物中的金属离子还原。如：CO+PdCl2+H2O===CO2+Pd↓+2HClCO+2Ag(NH3)2OH===2Ag↓+(NH4)2CO3+2NH3这些反应都可以用于检测微量CO的存在。在工业气体分析中常用亚铜盐的氨水溶液或盐酸溶液来吸收混合气体中的CO，生成CuCl·CO·2H2O，这种溶液经过处理放出CO，然后重新