内蒙古民族大学无机化学吉大武大版-第14章节碳族元素课件

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1、第十四章碳族元素IVA:CSiGeSnPb§14-1通性1.元素性质变化特点:从C到Si性质大转折更为明显,从Si到Pb金属递增更为突击。C，非金属；Si，基本是非金属，有一定半金属性。两者均为成酸元素。Ge，半金属，＋4态的化学性质表现了它的成酸性，而＋2态表现了它的金属性Sn、Pb均为金属，但＋4态的Sn表现一定的非金属性例如：SnO2、SnS2为酸性。2.价层电子结构为ns2np2，最高氧化态为+4。常见氧化态数为＋4和＋2。随ns2电子惰性增大。高价态＋4的稳定性由GePb变小，而＋2态稳定性增大，如；Ge(Ⅱ)不稳定，易歧化：2Ge2++

2、2H2O=Ge+GeO2+4H+而Pb（Ⅳ）不稳定，表现氧化性：PbO2+2HCl浓＝PbCl2＋Cl2＋H2O3.成链倾向C»Si>Ge»Sn»PbC原子半径小，易以单键或多冲键成链状，环状或网状化合物。如：金刚石、石墨、CH4、C2H4等。C-C键能（345.6KJ.mol-1)远比Si-Si键能（222KJ.mol-1）大。故Si链不像C那样太长。但Si-O键（452KJ.mol-1）却比C-O键（357.7KJ.mol-1）大得多，故自然界硅以硅氧化合物的形式存在最多。其它元素也有成链倾向，如：Ge9H20,但较短。4.存在形式：碳存在于煤

3、、石油、天然气、白云石、石灰石、动植物、CO2中，是自然界化合物种类最多的元素，达400多万种，它是有机物的骨架元素。硅的主要存在形式是：硅酸盐矿，石英矿。锗、锡、铅也以矿物形式存在：如锡石(SnO2)锗石矿(Cu2S.FeS.GeS2)、方铅矿(PbS)等。云南个旧称为锡都水晶(SiO2)方解石(CaCO3)无定型体：石英玻璃、硅藻土、燧石晶体：天然为石英(原子晶体)纯石英：水晶含有杂质的石英：玛瑙§14-2碳族元素单质及其化合物2.1单质1.C的同素异形体Threeallotropesofcarbon可以认为主要有三种:金刚石、石墨、碳原子簇。a

4、.金刚石：C原子取sp3杂化，于另四个C原子形成四面体单元，相互联结成一个巨型晶体，为原子晶体。晶格分为立方和六方两种。由于金刚石晶体中C原子价电子全部用于成键，C－C键很强，它的熔点是所有单质中最高（3823K）不导电，具化学惰性。但加热到1100K时，在空气中分解为CO2。b.石墨：C原子取sp2杂化，与相邻的三个原子成键为六角平面网状结构，平面间通过分子间作用力结合成片状结构。每个C原子尚有一个P电子未成共价键，它们可以在整个平面层形成∏mm离域键，但m电子可以在平面层间自由活动。这使得石墨具有良好的导电性。石墨由于层与层间可以滑动，故其质软，

5、具润滑性，熔点与密度较金刚石稍低，化学性质活泼。c.碳原子簇20世纪八、九十年代人们又发现了C的另一种同素异形体晶体Cn(n<200)，其中C60最稳定，对它的研究也比较深入。通过结构研究，已知C60分子中的每个C原子取sp2杂化，60个C原子构成一个32面体的球状结构。其中含12各正五边形面和20个正六边形面，类似足球，称为足球烯。纯石墨电在He气氛中放电产生的碳烟在水冷反应器壁上可以得到C60，还有C70等C原子簇。所谓无定形碳是指木炭，焦炭和炭黑，它们都是有微小的石墨晶体组成。木炭，焦炭因具有还原性，多用于与工艺生产中作还原剂，多孔性炭黑浸渍P

6、d、Pt或其它金属盐后成为活性炭，吸附能力强，用作脱色剂，催化剂载体等。性质C原子构型C-C-C键角/°杂化轨道形式密度/(g·cm−3)C-C键长/pm金刚石四面体109.5sp33.514154.4石墨三角形平面120sp22.266141.8C60近似球面116(平均)sp2.281.678139.1(6/6);145.5(6/5)碳的三种同素异形体335pm木炭和焦炭基本属于石墨类型，但是晶形不完整。石墨硬度小，熔点极高，层状结构。碳原子sp2杂化，形成分子平面。碳原子的pz轨道互相平行，均垂直于分子平面，在层内形成键。有离域电子，所以石墨

7、导电。层间的分子间作用力小，易滑动，有润滑性。金刚石硬度最大，熔点最高的单质。m.p.3823K。碳原子sp3等性杂化，无自由电子，不导电。正二十面体共二十个面，每个面都是正三角形；每个面角都是五面角，共十二个顶点。将每个顶角都截掉，截口处产生十二个正五边形，原来的每个正三角形都变成了正六边形。20个正六边形，12个正五边形—截角正二十面体。碳簇以C60（足球烯，富勒烯）为最常见。从正二十面体出发，去理解C60的几何形状。用途和性质金刚石俗称钻石，除用作装饰品外，主要用于制造钻探用的钻头和磨削工具，是重要的现代工业原料，价格十分昂贵。石墨能导电，有具

8、有化学惰性，耐高温，易于成型和机械加工，所以石墨被大量用来制作电极、高温热电偶、坩埚、电刷、润滑剂和铅笔芯C