第14章碳族元素

1、第第 14 章章碳族元素碳族元素 A 族元素族元素 CSiGeSnPb 價層電子構(gòu)型價層電子構(gòu)型 ns2np2 主要氧化值主要氧化值 0、+2、+4 從從C Pb +2 氧化態(tài)穩(wěn)定性氧化態(tài)穩(wěn)定性增強增強 +4 氧化態(tài)穩(wěn)定性氧化態(tài)穩(wěn)定性減弱減弱 ns2 穩(wěn)定性穩(wěn)定性惰性電子對效應(yīng)惰性電子對效應(yīng) 碳族元素碳族元素 碳碳 C 單質(zhì)單質(zhì) 石墨石墨，金剛石，金剛石，C60 ，C70 無機化合物無機化合物 CO2 ，白云石白云石 MgCa (CO3)2 ， 石灰石、大理石、方解石石灰石、大理石、方解石 CaCO3 有機化合物有機化合物 動植物體，煤動植物體，煤 ，石油石油 ， 天然氣天然氣 碳元素是構(gòu)成有

2、機物骨架的元素碳元素是構(gòu)成有機物骨架的元素 硅硅 Si 以以 SiOSi 鍵存在鍵存在，豐度，豐度排第排第 2 位位 存在于存在于水晶、石英水晶、石英、SiO2 和和其它硅酸鹽礦物其它硅酸鹽礦物中中 硅元素是構(gòu)成無機物骨架的元素硅元素是構(gòu)成無機物骨架的元素 鍺鍺 Ge 鍺石礦鍺石礦 Cu2SFeSGeS2 錫錫 Sn 錫石礦錫石礦 SnO2 , 云南云南個舊個舊稱為錫都稱為錫都 鉛鉛 Pb 方鉛礦方鉛礦 PbS 141 碳單質(zhì)及其化合物碳單質(zhì)及其化合物1 碳的同素異形體碳的同素異形體1411 碳元素的單質(zhì)碳元素的單質(zhì) （1）金剛石）金剛石 原子晶體，硬度最大，熔點原子晶體，硬度最大，熔點 （3

3、823 K）最高的單質(zhì)，化學(xué)性）最高的單質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。質(zhì)很穩(wěn)定。 碳原子碳原子 sp3 等性雜化，無等性雜化，無離離域域 電子電子 ，不導(dǎo)電。，不導(dǎo)電。金剛石的晶體結(jié)構(gòu)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)（2）石墨）石墨 硬度較小，熔點較高，表硬度較小，熔點較高，表現(xiàn)出一定程度的化學(xué)活性?，F(xiàn)出一定程度的化學(xué)活性。 碳原子以碳原子以 sp2 雜化，形成雜化，形成片層結(jié)構(gòu)片層結(jié)構(gòu) 。 每個碳原子的未參與雜化的每個碳原子的未參與雜化的 p 電子，形成大電子，形成大 鍵。這鍵。這些離域電子使得石墨具有良好導(dǎo)電性。層間的分子間力很些離域電子使得石墨具有良好導(dǎo)電性。層間的分子間力很弱，所以層間易于滑動，故石墨質(zhì)軟具有潤

4、滑性?？芍谱魅?，所以層間易于滑動，故石墨質(zhì)軟具有潤滑性?？芍谱麟姌O、熱電偶、坩堝、鉛筆芯等。電極、熱電偶、坩堝、鉛筆芯等。 nn（3）碳原子簇）碳原子簇 C60 室溫下為分子晶體，具室溫下為分子晶體，具有較高的化學(xué)活性。有較高的化學(xué)活性。 60 個碳原子構(gòu)成近似于球個碳原子構(gòu)成近似于球形的形的 32 面體面體，即由，即由 12 個正五個正五邊形和邊形和 20 個正六邊形個正六邊形組成，相組成，相當于截角的正當于截角的正 20 面體。面體。 每個碳原子以每個碳原子以 sp2 雜化軌道和相鄰三個碳原子相連，雜化軌道和相鄰三個碳原子相連，未參加雜化的未參加雜化的 p 軌道在軌道在 C60 的球面形成

5、大的球面形成大 鍵。鍵。 C60 分子分子(富勒烯富勒烯 )的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 1985 年，年，C60 的發(fā)現(xiàn)是人類對碳認的發(fā)現(xiàn)是人類對碳認識的新階段，是科學(xué)上的重要發(fā)現(xiàn)。美識的新階段，是科學(xué)上的重要發(fā)現(xiàn)。美國科學(xué)家國科學(xué)家 Curl 和和 Smalley 教授及英國教授及英國科學(xué)家科學(xué)家 Kroto 教授為此獲得教授為此獲得 1996 年諾年諾貝爾化學(xué)獎。貝爾化學(xué)獎。 思考題：根據(jù)思考題：根據(jù) C60 的結(jié)構(gòu)，的結(jié)構(gòu)，12 個五邊形，個五邊形，20 個六邊形，個六邊形，試計算一個試計算一個 C60 分子中，有多少個單鍵和雙鍵？分子中，有多少個單鍵和雙鍵？ 2 碳單質(zhì)的還原性碳單質(zhì)的還原性 該反應(yīng)

6、可以看作是下列兩反應(yīng)差的該反應(yīng)可以看作是下列兩反應(yīng)差的 2 C + O2 2 CO （b） 2 Zn + O2 2 ZnO （d） 可通過各反應(yīng)的可通過各反應(yīng)的 rGm 隨溫度隨溫度 T 的變化來說明的變化來說明 。 21 在冶金工業(yè)上，焦炭用來還原金屬氧化物，如：在冶金工業(yè)上，焦炭用來還原金屬氧化物，如： ZnO + C Zn ( g ) + CO ( g ) 該反應(yīng)為何在該反應(yīng)為何在 1200 K 溫度下進行？產(chǎn)物為什么是溫度下進行？產(chǎn)物為什么是 CO，而不是而不是 CO2？ 根據(jù)根據(jù) rGm = rHm T rSm ，作，作 rGm 隨溫度隨溫度 T 的的變化變化 曲線，是斜率為曲線，是

7、斜率為 rSm 的直線。的直線。 C + O2 CO2 (a) rSm = 2.9 JK-1mol-1 2 C + O2 2 CO (b) rSm = 178.8 JK-1mol-1 2 CO + O2 2 CO2 (c) rSm = -173.0 JK-1mol-1 2 Zn + O2 2 ZnO (d) rSm = -201 JK-1mol-1 在在 (d) (b) 兩線交點所對應(yīng)的溫度兩線交點所對應(yīng)的溫度 T1 1200K 下，反下，反應(yīng)應(yīng) (d) 和反應(yīng)和反應(yīng) (b) 的的 相等，反應(yīng)相等，反應(yīng) (1) 的的 0當當 T T1 時，碳還原氧化鋅的反應(yīng)就可自發(fā)進行。時，碳還原氧化鋅的反應(yīng)

8、就可自發(fā)進行。rGmrGmrGm / (kJmol1)T1 T2 T/K 當當 T T2 時，產(chǎn)物為時，產(chǎn)物為 CO2，而不是，而不是 CO。rGm / (kJmol1)T1 T2 T/K 1 一氧化碳一氧化碳14141 12 2 碳的含氧化合物碳的含氧化合物（1）實驗室制備：）實驗室制備： 方法一：將甲酸滴加到熱濃硫酸中，方法一：將甲酸滴加到熱濃硫酸中， HCOOH CO + H2O CO 氣體在水中的溶解度很小，從水中逸出。氣體在水中的溶解度很小，從水中逸出。 方法二：草酸晶體與濃硫酸共熱，方法二：草酸晶體與濃硫酸共熱， H2C2O4 CO2 + CO + H2O 生成的混合氣體通過固體生

9、成的混合氣體通過固體 NaOH，吸收掉，吸收掉 CO2 和少和少量的水汽得到純凈的量的水汽得到純凈的 CO。（2）工業(yè)制備：工業(yè)制備： 將空氣和水蒸氣交替通入紅熱炭層，通入空氣時：將空氣和水蒸氣交替通入紅熱炭層，通入空氣時： 2 C + O2 = 2 CO rHm = -221.04 kJmol-1 得到的氣體的體積組成為：得到的氣體的體積組成為： CO：CO2 ：N2 = 25： 4：70 （發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐煤氣） 通入水蒸氣時的反應(yīng)：通入水蒸氣時的反應(yīng)： C + H2O = CO + H2 rHm = 131.30 kJmol-1 得到的混合氣體的體積組成為：得到的混合氣體的體積組成為：

10、CO ：CO2 ：H2 = 40 ：5：50 （水煤氣）（水煤氣） 思考題：為什么制水煤氣要將思考題：為什么制水煤氣要將空氣和水蒸氣交替通入空氣和水蒸氣交替通入紅熱炭層？紅熱炭層？ 提示：提示： 因為通入水蒸氣時，體系吸收熱量，溫度降低，交替因為通入水蒸氣時，體系吸收熱量，溫度降低，交替通入氧氣才可以維持反應(yīng)體系的溫度。通入氧氣才可以維持反應(yīng)體系的溫度。（3）CO 的分子軌道式：的分子軌道式：一個一個 鍵鍵 兩個兩個 鍵鍵(含一個配位鍵含一個配位鍵) KK (2s)2(2s*)2( 2p )2 ( 2p )2 (2p )2yzx（4）性質(zhì)性質(zhì) 1）在高溫下，在高溫下，CO 能與許多過渡金屬反應(yīng)

11、生成金屬羰基能與許多過渡金屬反應(yīng)生成金屬羰基配位化合物，例如配位化合物，例如 Fe(CO)5。 3）劇毒）劇毒 2）還原劑）還原劑 微量的微量的 CO 通入通入 PdCl2 溶液中，會使溶液變黑，可鑒溶液中，會使溶液變黑，可鑒定定 CO： CO + PdCl2 + H2O Pd + CO2 + 2 HCl 2 二氧化碳二氧化碳 CO2 為非極性分子，為非極性分子，分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)為直線形為直線形 C 原子為原子為 sp 等性雜化等性雜化，2 個個 鍵，兩個鍵，兩個 C、O 之間的化學(xué)鍵有一定的三鍵性質(zhì)。之間的化學(xué)鍵有一定的三鍵性質(zhì)。43 :O C O:. . . . . . 工業(yè)上工業(yè)上 CO

12、2 用于制備純堿、小蘇打、碳酸氫銨、啤用于制備純堿、小蘇打、碳酸氫銨、啤酒、飲料、干冰。酒、飲料、干冰。 在常壓下，干冰不經(jīng)熔化，于在常壓下，干冰不經(jīng)熔化，于 194.5 K 時直接升華氣時直接升華氣化，因此常用來做制冷劑和人工造雨?；?，因此常用來做制冷劑和人工造雨。 著火的鎂條在著火的鎂條在 CO2 氣中能繼續(xù)燃燒，所以氣中能繼續(xù)燃燒，所以 CO2 不助不助燃也是相對的。燃也是相對的。 在碳酸根離子中，中心碳原子采用在碳酸根離子中，中心碳原子采用 sp2 等性雜化，與等性雜化，與 3 個氧原子分別成個氧原子分別成 鍵，確定了平面三角形離子。鍵，確定了平面三角形離子。3 碳酸和碳酸鹽碳酸和碳酸

13、鹽碳酸分子和碳酸根負離子的結(jié)構(gòu)示意圖碳酸分子和碳酸根負離子的結(jié)構(gòu)示意圖 碳酸碳酸 H2CO3 是二元弱酸，其解離平衡常數(shù)是二元弱酸，其解離平衡常數(shù) 如下如下: H2CO3 H+ + HCO3 K14.46107 HCO3 H+ + CO32 K24.681011 碳酸的鹽類有兩種碳酸的鹽類有兩種碳酸鹽和碳酸氫鹽。碳酸鹽和碳酸氫鹽。 堿金屬的碳酸鹽及碳酸銨易溶于水，但堿金屬的碳酸鹽及碳酸銨易溶于水，但 Li 和其它的和其它的金屬的碳酸鹽難溶于水。金屬的碳酸鹽難溶于水。 CaCO3 等難溶的碳酸鹽，其對應(yīng)的碳酸氫鹽等難溶的碳酸鹽，其對應(yīng)的碳酸氫鹽 Ca(HCO3)2 等的溶解度則較大。等的溶解度則

14、較大。 易溶的易溶的 Na2CO3 和和 (NH4)2CO3 等，其對應(yīng)的碳酸氫鹽等，其對應(yīng)的碳酸氫鹽 NaHCO3 和和 NH4HCO3 的溶解度卻相對較小。的溶解度卻相對較小。 CO32 + H2O HCO3 + OH （1）Ca2+、Sr2+、Ba2+ 等，其碳酸鹽的溶度積遠小于其等，其碳酸鹽的溶度積遠小于其氫氧化物的溶度積，與上述沉淀劑相遇時生成碳酸鹽，例氫氧化物的溶度積，與上述沉淀劑相遇時生成碳酸鹽，例如：如： Ca2+ + CO32 CaCO3 （2）Al3+、Fe3+、Cr3+ 等，其氫氧化物的溶度積遠小于其等，其氫氧化物的溶度積遠小于其碳酸鹽的溶度積，與上述沉淀劑相遇時生成氫氧

15、化物，例碳酸鹽的溶度積，與上述沉淀劑相遇時生成氫氧化物，例如：如：2 Fe3+ + 3 CO32 + 3 H2O 2 Fe(OH)3 + 3 CO2（3）有些離子，將生成堿式碳酸鹽沉淀，例如）有些離子，將生成堿式碳酸鹽沉淀，例如:2Mg2+ + 2 CO32 + H2O Mg2(OH)2CO3 + CO2 為了得到正鹽為了得到正鹽 MgCO3，可以使沉淀劑的堿性降低，可以使沉淀劑的堿性降低，即不用碳酸鈉而改用碳酸氫鈉溶液作沉淀劑即不用碳酸鈉而改用碳酸氫鈉溶液作沉淀劑: Mg2+ + HCO32 MgCO3 + H+ 熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性：（1）H2CO3 MHCO3 M2CO3 （2）同一族金屬

16、的碳酸鹽穩(wěn)定性從上到下增加）同一族金屬的碳酸鹽穩(wěn)定性從上到下增加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3分解分解 t / 100 540 900 1290 1360（3）過渡金屬碳酸鹽穩(wěn)定性差）過渡金屬碳酸鹽穩(wěn)定性差 CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解分解 t / 900 315 350 282 價電子構(gòu)型價電子構(gòu)型 8e (18+2)e 18e (917)e1 單質(zhì)硅的性質(zhì)單質(zhì)硅的性質(zhì) 晶體硅呈灰黑色，高熔點，高硬度。晶體硅呈灰黑色，高熔點，高硬度。 硅的所有價電子參與硅的所有價電子參與 鍵的形成，在平常狀態(tài)下不導(dǎo)鍵的形成，在平常狀態(tài)下不導(dǎo)電。當高純硅中

17、摻雜少于百萬分之一的磷原子時，成鍵后電。當高純硅中摻雜少于百萬分之一的磷原子時，成鍵后就有了多余的電子；若雜質(zhì)是硼原子，成鍵后就有了空軌就有了多余的電子；若雜質(zhì)是硼原子，成鍵后就有了空軌道。道。 高純硅是良好的半導(dǎo)體材料。高純硅是良好的半導(dǎo)體材料。14142 21 1 硅單質(zhì)硅單質(zhì)14142 2 硅單質(zhì)及其化合物硅單質(zhì)及其化合物1) 常溫下常溫下，單質(zhì)硅可與非金屬單質(zhì)，單質(zhì)硅可與非金屬單質(zhì) F2 發(fā)生反應(yīng)發(fā)生反應(yīng) Si + 2F2 SiF4 Si 在常溫下不活潑在常溫下不活潑，而在高溫下可以和而在高溫下可以和 O2，Cl2 ，N2 反應(yīng)，也可以和反應(yīng)，也可以和 Ca ，Mg ，Mn 等等金屬金

18、屬反應(yīng)。反應(yīng)。2) 常溫下，單質(zhì)硅可以和強堿溶液作用放出氫：常溫下，單質(zhì)硅可以和強堿溶液作用放出氫： Si + 4 OH SiO44 + 2 H2 但卻不能和水、酸作用。但卻不能和水、酸作用。3) 加熱或在有氧化劑存在的條件下，可以和氫氟酸反應(yīng)：加熱或在有氧化劑存在的條件下，可以和氫氟酸反應(yīng)：3 Si + 18 HF + 4 HNO3 3 H2SiF6 + 4 NO + 8 H2O2 單質(zhì)硅的制取單質(zhì)硅的制取粗硅的取得粗硅的取得：SiO2 + 2 C Si (粗粗) + 2 CO粗硅提純：粗硅提純： Si + 2 Cl2 SiCl4 ( l )電爐電爐1800 400600 蒸餾得純蒸餾得純

19、SiCl4 ，用活潑金屬鋅或鎂還原，用活潑金屬鋅或鎂還原 SiCl4 得純得純硅：硅： SiCl4 + 2 Zn Si (純純) + 2 ZnCl2 用區(qū)域熔融法進一步提純得到生產(chǎn)半導(dǎo)體用的高純硅。用區(qū)域熔融法進一步提純得到生產(chǎn)半導(dǎo)體用的高純硅。14142 22 2 硅的含氧化合物硅的含氧化合物1 二氧化硅二氧化硅 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：Si 采用采用 sp3 雜化軌道與氧形成硅氧四面體雜化軌道與氧形成硅氧四面體cristobalite( (方石英方石英) ) 化學(xué)鍵化學(xué)鍵 輪廓線輪廓線 氧原子氧原子 硅原子硅原子 氧原子氧原子 和硅原子和硅原子形態(tài)：形態(tài)：（1）無定形無定形: 硅藻土硅藻土 （2） 晶

20、體晶體: 石英石英 純石英（無色透明）叫水晶。不純石英純石英（無色透明）叫水晶。不純石英(有色有色): 如紫如紫水晶、煙水晶、碧玉、瑪瑙、雞血石、貓眼石等。普通砂水晶、煙水晶、碧玉、瑪瑙、雞血石、貓眼石等。普通砂粒是混有雜質(zhì)的石英細粒。粒是混有雜質(zhì)的石英細粒。 用途：石英玻璃（石英于用途：石英玻璃（石英于 1700 熔化，急冷后形成，熔化，急冷后形成，用來制備光學(xué)儀器和高級化學(xué)器皿）用來制備光學(xué)儀器和高級化學(xué)器皿）煙水晶煙水晶雞血石雞血石碧玉碧玉貓眼石貓眼石瑪瑙瑪瑙水晶水晶 性質(zhì)：常溫下性質(zhì)：常溫下 SiO2 對于鹽酸、硫酸、堿液等顯惰性。對于鹽酸、硫酸、堿液等顯惰性。 （1）與）與 HF 作

21、用作用 SiO2 + 4 HF SiF4 + 2 H2O SiO2 + 6 HF H2SiF6 + 2 H2O（2）與熱的強堿溶液及熔融的碳酸鈉作用與熱的強堿溶液及熔融的碳酸鈉作用 SiO2 + 2 OH SiO32 + H2O SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 硅膠的制備：硅膠的制備： Na2SiO3 溶溶液中加酸液中加酸 硅酸膠體硅酸膠體溶液和鹽溶液和鹽靜置老化靜置老化凝膠凝膠熱水洗滌熱水洗滌 100 C烘干烘干多孔性硅膠多孔性硅膠24 h 硅膠的組成屬于硅膠的組成屬于 SiO2 ，但體系內(nèi)部的硅氧四面體雜，但體系內(nèi)部的硅氧四面體雜亂無序。亂無序。300 C 活化后，

22、可作為吸附劑?；罨螅勺鳛槲絼?。 浸透過浸透過 CoCl2 的硅膠為變色硅膠，根據(jù)由籃變紅判斷的硅膠為變色硅膠，根據(jù)由籃變紅判斷硅膠的吸水程度。硅膠的吸水程度。無水CoCl2 CoCl26 H2O2 硅酸和硅酸鹽硅酸和硅酸鹽 硅酸溶解度小，是二元弱酸：硅酸溶解度小，是二元弱酸： K1 2.511010， K2 1.551012 硅酸硅酸（ x SiO2 y H2O ) x = 1 ， y = 1 ， H2SiO3 偏硅酸偏硅酸 x = 1 ， y = 2 ， H4SiO4 正硅酸正硅酸 x = 2 ， y = 1 ， H2Si2O5 二偏硅酸二偏硅酸 x = 2 ， y = 3 ， H6S

23、i2O7 焦硅酸焦硅酸（1）溶解性：）溶解性： 除除IA族元素族元素硅酸鹽可溶外，其它皆難溶。常用的為硅酸鹽可溶外，其它皆難溶。常用的為可溶可溶 Na2SiO3。Na2SiO3又稱為水玻璃、泡花堿。長期貯又稱為水玻璃、泡花堿。長期貯放放NaOH、Na2CO3的瓶子不能用玻璃塞，要用橡膠塞。的瓶子不能用玻璃塞，要用橡膠塞。（2）硅酸鹽的水解：）硅酸鹽的水解： SiO32- 水解呈堿性，若在其中加入水解呈堿性，若在其中加入 NH4+ 或通入或通入 CO2 則會發(fā)生完全水解：則會發(fā)生完全水解： SiO32 + 2NH4+ + 2H2O H2SiO3 + 2 NH3H2O 2NH3+ 2H2O（3）硅

24、酸鹽結(jié)構(gòu)：）硅酸鹽結(jié)構(gòu)： 單聚硅酸根單聚硅酸根 單個的硅氧四面體，例如自然界中的橄單個的硅氧四面體，例如自然界中的橄欖石欖石 Mg2SiO4。 二聚硅酸根二聚硅酸根 兩個硅氧四面體通過共用一個氧原子連兩個硅氧四面體通過共用一個氧原子連結(jié)起來，例如自然界中的鈧硅石結(jié)起來，例如自然界中的鈧硅石 Sc2Si2O7。SiOOOO正硅酸根正硅酸根 SiO44焦硅酸根焦硅酸根 Si2O76 鏈聚硅酸根：許多硅氧四面體連結(jié)成無限長的鏈，相鏈聚硅酸根：許多硅氧四面體連結(jié)成無限長的鏈，相鄰兩個硅氧四面體共用鄰兩個硅氧四面體共用 1 個氧原子。陰離子硅酸根鏈之個氧原子。陰離子硅酸根鏈之間分布著帶正電的金屬離子，靠

25、靜電引力使鏈結(jié)合在一起，間分布著帶正電的金屬離子，靠靜電引力使鏈結(jié)合在一起，這類硅酸鹽具有纖維狀結(jié)構(gòu)，如石棉。這類硅酸鹽具有纖維狀結(jié)構(gòu)，如石棉。 Si n O 3n + 1 ( 2n + 2 ) 藍石棉藍石棉 溫石棉溫石棉 片狀聚硅酸根：每一個硅氧四面體通過共用片狀聚硅酸根：每一個硅氧四面體通過共用 3 個氧原個氧原子分別與鄰近子分別與鄰近 3 個硅氧四面體連接，形成片層狀結(jié)構(gòu)，個硅氧四面體連接，形成片層狀結(jié)構(gòu)，片層之間靠金屬離子的靜電引力結(jié)合在一起，如云母。片層之間靠金屬離子的靜電引力結(jié)合在一起，如云母。云母 KMg3(OH)2Si3AlO10 網(wǎng)絡(luò)狀聚硅酸根：硅氧四面體間通過共用網(wǎng)絡(luò)狀聚硅

26、酸根：硅氧四面體間通過共用 4 個氧原子個氧原子而組成各種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如果在某個硅氧四面體中有鋁而組成各種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如果在某個硅氧四面體中有鋁原子代替了硅原子，形成的鋁硅酸根網(wǎng)絡(luò)骨架中就帶了負原子代替了硅原子，形成的鋁硅酸根網(wǎng)絡(luò)骨架中就帶了負電荷，因此在骨架的空隙中必須有平衡骨架負電荷的陽離電荷，因此在骨架的空隙中必須有平衡骨架負電荷的陽離子存在。如用作催化劑或催化劑載體的沸石分子篩。子存在。如用作催化劑或催化劑載體的沸石分子篩。3 分子篩分子篩合成鋁硅酸鹽合成鋁硅酸鹽 自然界中存在的某些硅酸鹽和鋁硅酸鹽具有籠形三維自然界中存在的某些硅酸鹽和鋁硅酸鹽具有籠形三維結(jié)構(gòu)，可以有選擇地吸附一定

27、大小的分子，結(jié)構(gòu)，可以有選擇地吸附一定大小的分子，稱為稱為沸石分子沸石分子篩。篩。優(yōu)點：分子篩的選擇性遠遠高于活性炭等吸附劑。優(yōu)點：分子篩的選擇性遠遠高于活性炭等吸附劑。超籠超籠 立方籠立方籠鈉沸石籠鈉沸石籠 14142 23 3 硅的氫化物硅的氫化物 化學(xué)式：化學(xué)式：SinH2n+2，最有代表性的是甲硅烷，最有代表性的是甲硅烷 SiH4。1 硅烷的制法硅烷的制法（1）高溫灼燒：）高溫灼燒：SiO2 + 4 Mg Mg2Si + 2 MgO（2） Mg2Si 與鹽酸反應(yīng)：與鹽酸反應(yīng)： Mg2Si + 4 HCl SiH4 + 2 MgCl2（3）提純：）提純：SiCl4 + LiAlH4 Si

28、H4 + LiCl + AlCl32 硅烷的性質(zhì)硅烷的性質(zhì)（1）穩(wěn)定性比穩(wěn)定性比 CH4 差差 SiH4 Si + 2 H2 2 CH4 C2H2 + 3 H21773K773K（2）還原性比）還原性比 CH4 強強SiH4 + 2 O2 SiO2 + 2 H2O 甲烷不能自燃甲烷不能自燃SiH4 可以與可以與 KMnO4 溶液反應(yīng)溶液反應(yīng):SiH4 + 2 KMnO4 2 MnO2 + K2SiO3 + H2O + H2而甲烷不能使而甲烷不能使 KMnO4 溶液退色。溶液退色。（3）水解性：與硼烷相似，）水解性：與硼烷相似，SiH4 易發(fā)生水解易發(fā)生水解 SiH4 + (n + 2) H2O

29、 SiO2 nH2O + 4 H2 而而 CH4 不能發(fā)生水解反應(yīng)。不能發(fā)生水解反應(yīng)。14142 24 4 硅的鹵化物硅的鹵化物 SiF4 (g) SiCl4 (l) SiBr4(l) SiI4 (s) 溶沸點溶沸點 低低 高高 1 水解性：水解性： 室溫下室溫下 SiCl4 為無色帶刺激性的液體，為無色帶刺激性的液體， 在潮濕空氣中在潮濕空氣中水解產(chǎn)生白色的煙霧：水解產(chǎn)生白色的煙霧： SiCl4 + 4 H2O H4SiO4 + 4 HCl SiF4 為無色帶刺激性臭味的氣體、易溶于水并水解：為無色帶刺激性臭味的氣體、易溶于水并水解： SiF4 + 4 H2O H4SiO4 + 4 HF S

30、iF4 + 2 HF 2 H+ + SiF62 (酸性比酸性比 H2SO4 強）強）2 制備：制備： SiO2 + 4 HF SiF4 + 2 H2O Si(s) + 2 Cl2(g) SiCl4(l) 根據(jù)熱力學(xué)上的反應(yīng)耦合制備根據(jù)熱力學(xué)上的反應(yīng)耦合制備 SiCl4： SiO2 + 2 C + 2 Cl2 SiCl4 + 2 CO 但但 SiO2 比比 SiCl4 穩(wěn)定，需和焦炭共熱：穩(wěn)定，需和焦炭共熱： 2 C + O2 2 CO 137.2 kJmol-1 rGm14143 3 鍺、錫、鉛鍺、錫、鉛1431 鍺、錫、鉛單質(zhì)鍺、錫、鉛單質(zhì)1 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：鍺鍺 銀白色，硬金屬，熔點高

31、，高純鍺是一種良好的半導(dǎo)銀白色，硬金屬，熔點高，高純鍺是一種良好的半導(dǎo)體材料。體材料。鉛鉛 暗灰色，軟金屬，密度大，熔點低。暗灰色，軟金屬，密度大，熔點低。錫錫 有三種同素異形體：白錫是銀白略帶藍色的金屬，有有三種同素異形體：白錫是銀白略帶藍色的金屬，有延展性，可以制成器皿。低溫小心錫疫。延展性，可以制成器皿。低溫小心錫疫。 （粉末狀）灰錫（粉末狀）灰錫 白錫白錫 脆錫脆錫 286 K 434 K2 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：（1）與鹽酸反應(yīng)）與鹽酸反應(yīng) Ge + HCl 不反應(yīng)不反應(yīng) Sn + 2 HCl (濃濃) SnCl2 + H2 Sn 與冷的稀鹽酸反應(yīng)慢與冷的稀鹽酸反應(yīng)慢 Pb + 2 H

32、Cl PbCl2 + H2 生成生成 PbCl2 覆蓋反應(yīng)物，反應(yīng)會停止。覆蓋反應(yīng)物，反應(yīng)會停止。 2 Pb + 6 HCl (濃濃) 2 HPbCl3 + 2 H2（2）與氧化性酸反應(yīng)）與氧化性酸反應(yīng)Ge + 4 HNO3 (濃濃) GeO2H2O + 4 NO2 + H2OSn + 4 HNO3 (濃濃) H2SnO3()+ 4 NO2 + H2O3 Sn + 8 HNO3(極稀極稀) 3 Sn(NO3)2 2 NO + 4 H2OPb + 4 HNO3 (濃濃) Pb(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O3 Pb + 8 HNO3(稀稀) 3 Pb(NO3)2 + 2 NO + 4

33、 H2O 硝酸不能將硝酸不能將 Pb 氧化到氧化到 + 4 氧化態(tài)氧化態(tài) （3）與堿的反應(yīng)）與堿的反應(yīng) Ge + 2 OH + H2O GeO32 + 2 H2 Ge ( II ) 不穩(wěn)定，生成不穩(wěn)定，生成 Ge ( IV ) Sn + 2 OH + 2 H2O Sn (OH)42 + H2 Pb + 2 OH PbO22 + H2 1432 鍺、錫、鉛的化合物鍺、錫、鉛的化合物1 鍺、錫、鉛的氧化物鍺、錫、鉛的氧化物（1）氧化物）氧化物MO 兩性偏堿，兩性偏堿，MO2 兩性偏酸，均不溶于水。兩性偏酸，均不溶于水。SnO(藍色藍色) ； SnO2(灰色灰色)PbO（黃色，又名密陀僧）；（黃色，

34、又名密陀僧）； PbO2（棕黑色）（棕黑色） Pb2O3(橙色橙色)，可看作：，可看作：PbOPbO2Pb3O4(紅色紅色)，又名鉛丹，可看作：，又名鉛丹，可看作：2PbOPbO2Pb3O4 + 4 HNO3 2 Pb(NO3)2 + PbO2 + 2 H2OPb2+ + CrO42 PbCrO4 (黃黃， 鑒別鑒別 Pb2+ )（2） PbO2 的氧化性的氧化性 制備：必須在堿性條件下完成制備：必須在堿性條件下完成:Pb(OH)3 + ClO PbO2 + Cl + OH + H2O PbO2 在酸性介質(zhì)中有強的氧化性：在酸性介質(zhì)中有強的氧化性： 5 PbO2 + 2 Mn2+ + 4 H+

35、 5 Pb2+ + 2 MnO4 + 2H2OPbO2 + 4 HCl PbCl2 + Cl2 + 2 H2O 惰性電子對效應(yīng)惰性電子對效應(yīng)：Pb 6s2 6p2 ， 6s2 電子不易失去電子不易失去，一旦失去，奪回的傾向很強。一旦失去，奪回的傾向很強。元素電勢：元素電勢： EA /V PbO2 Pb2+ Pb EB /V PbO2 PbO Pb 1.46-0.130.28-0.54 PbO2 在酸性介質(zhì)中有強的氧化性：在酸性介質(zhì)中有強的氧化性： 5 PbO2 + 2 Mn2+ + 4 H+ 5 Pb2+ + 2 MnO4 + 2H2OPbO2 + 4 HCl PbCl2 + Cl2 + 2 H2O 思考題：酸性溶液中能和思考題：酸性溶液中能和 PbO2 共存的物質(zhì)是共存的物質(zhì)是: (A) Cr2(SO4)3 (B) MnSO4 (C) Na2S (D) MnO2 答案：答案： (D) MnO2 2 鍺、錫、鉛的含氧酸或氫氧化物鍺、錫、鉛的含氧酸或氫氧化物（1）酸堿性）酸堿性 Pb(OH)3Pb(OH)2(s,白）白）Pb2+HNO3或或 HAc適量適量OH過量過量OH Sn(OH)2 (s,白）白