第15章 碳族元素

1、第十五章第十五章 碳族元素碳族元素15.1 概述元素名稱 碳硅鍺錫鉛元素符號 CSiGeSnPb金屬性非金屬準(zhǔn)金屬準(zhǔn)金屬金屬金屬主要氧化數(shù)+4，+2+4，+4，+2+4，+2（+4），+2單鍵鍵能 345.6222-X-O鍵鍵能357.7450.0-成鍵特點多個共價鍵，四面體四面體-討論 +4氧化態(tài)鉛強氧化性惰性電子對效應(yīng) 分析鉛的元素電位圖,注意+4氧化態(tài)鉛的氧化性，+2氧化態(tài)錫的還原性 碳易形成長鏈狀化合物 C-C鍵強， 硅易形成多硅酸鹽 Si-O鍵強Sn4+Sn2+Sn0.15-0.14PbO2Pb2+Pb1.455-0.1261 碳的同素異形體15.2 碳及其化合物金剛石石墨富勒烯焦炭

2、重要的冶金用還原劑 金屬冶金中的熱力學(xué) 自由能溫度圖及其應(yīng)用 用熱力學(xué)方法判斷（計算）冶金反應(yīng)能否發(fā)生，發(fā)生的最低溫度T以前：G1 G2 反應(yīng):MnO+C=CO+Mn G 0 非自發(fā)(1) 2C+O2=2CO(2) Mn+O2=2MnOTT以后：G1 G2 反應(yīng):MnO+C=CO+Mn G 0 自發(fā)2-2單質(zhì)的重要性質(zhì) 硅：半導(dǎo)體材料Si+2Cl2=SiCl4與堿反應(yīng)：Si+NaOH+H2O=Na2SiO3+H2Sn+2HCl=SnCl2+H23Sn+8HNO3=3Sn(NO3)2+2NO+4H2OSn+4HNO3=H2SnO3+4NO2+H2OSn+2OH-+2H2O=Sn(OH)42-+H

3、2白錫錫 疫13.2以下 灰錫（無定形） 161以上脆錫（斜方）錫：2Pb+O2+CO2+H2O= Pb2(OH)2CO3鉛冶煉 SiO2+2C+2Cl2=SiCl4+2CO SiCl4+Zn=Si+2ZnCl2GeCl4+(x+2)H2O=GeO2.xH2O+4HClGeO2+2H2=Ge+2H2OSnO2+2C=Sn+2CO2PbS+3O2=2PbO+2SO2PbO+C=Pb+CO如何制高純硅和鍺?電解精制高純的錫鉛,電解質(zhì)用什么?區(qū)域熔煉H2SiF62-3 碳的氧化物COCO CO2結(jié)構(gòu)OCO與N2等互為等電子體與N3-、N2O等為等互為等電子體CO2（干冰）滅火器與泡沫滅火器及干粉滅火

4、器的區(qū)別及應(yīng)用性質(zhì)：CO具有還原能力和較強配位能力 CO+PdClCO+PdCl2 2+H+H2 2O O = COCO2 2+2HCl+Pd+2HCl+PdFe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8其中其中C是配位原子。是配位原子。CO中毒HbH2O+O2 HbO2+H2O HbO2+CO HbCO+O2 其它氧化物 二氧化硅： 原子晶體 與HF反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O與堿反應(yīng):SiO2+2OH-=SiO32-+H2O鉛的氧化物PbO Pb3O4 Pb2O3 PbO2Pb(OH)3- +ClO- =PbO2+Cl-+H2O

5、PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2+2H2OPbO2+2Mn2+4H+=5Pb2+2MnO4-+2H2OHF腐蝕玻璃裝堿的試劑瓶不能用玻璃塞PbO2的強氧化性（1 1）. . Mn+電荷高,極易水解，如 Al3+,Fe3 +,Cr3+ 加入CO32-互相促進,發(fā)生雙水解反應(yīng)。 Al2(SO4)3+Na2CO3+H2O = Al(OH)3+Na2SO4+CO2 （2）. Mn+可水解,其氫氧化物溶解度與碳酸鹽差不多,生成堿式鹽沉淀，如Be2+,Mg2+,Cu2+。 2 Mg2+ +2 CO32 +H2O = Mg2(OH)2CO3+CO2 2 Be2+ +2 CO32 +H2O = Be2(

6、OH)2CO3+CO2 （3）. Mn+ 水解程度小,碳酸鹽溶解度小,生成碳酸鹽沉淀， 如Ca2+,Sr2 +,Ba2 +: Ba2 + +CO32 = BaCO32-4.碳酸鹽 Mn+與可溶性碳酸鹽的反應(yīng)特點酸式鹽的溶解性CaCO3 NaHCO3 ( NH4)2CO3 NH4HCO3 H4SiO4 原硅酸 H2SiO3 偏硅酸 xSiO2yH2O 多硅酸膠凍狀硅酸硅膠H2O硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 硅氧四面體為基本骨架。硅酸鈉：Na2OnSiO2 Cu2+ Na2SiO3 = CuSiO3 + 2H+泡沸石：Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O硅酸5 硅酸與硅酸鹽(a) SiO44 (b) S

7、i2O76 (c) Si4O128 (d) Si6O1812 沸石分子篩硅鋁酸鹽硅鋁酸鹽: : M2/nOAl2O3xSiO2yH2O 孔道孔道空腔空腔, ,吸附不同大小的分子吸附不同大小的分子吸附劑吸附劑: : 干燥干燥, ,凈化或分離凈化或分離催化劑催化劑: : 催化劑載體催化劑載體 廣泛應(yīng)用于化工廣泛應(yīng)用于化工, ,環(huán)保環(huán)保, ,食品食品, ,醫(yī)療醫(yī)療, ,能源能源, ,農(nóng)業(yè)及日農(nóng)業(yè)及日常生活常生活, ,石油化工領(lǐng)域石油化工領(lǐng)域常見:A型,Y型,X型,M型2-5 氫化物硅烷:SinH2n+2n值較小,不如烷烴穩(wěn)定還原性SiH4773KSi+ 2H2SiH4OH-SiO2.nH2O+ 4H

8、2+(n+2)H2O性質(zhì):加熱分解:水解:SiH4SiO2.+ 2H2O+2O2SiH4+2KMnO4MnO2+K2SiO3+H2O+H2注意其中氫的電負(fù)性比硅大,故氫帶負(fù)電 SnCl4 H2OH2SnO3+HCl (強烈強烈)Sn+Cl2(過過)HClS2 SnS2Na2SnS3Na2SH+SnS2 +H2S SnCl62+H2SHClH2SnCl62-6 Sn2+與 Sn()注意Sn2+的還原性Sn2+Sn4+O2SnSS22SnS32 H+SnS2+H2SH2O,ClHCl+Sn(OH)ClFe3+Sn4+Fe2+OHSn(OH)2OHSn(OH)3Bi3+Bi+Sn(OH)6 2 Hg

9、Cl2Hg2Cl2+ Sn4+Sn2+Hg+ Sn4+如何配制SnCl2用于鑒別如何使這些沉淀溶解?PbCO3+2HNO3 Pb(NO3)2+H2O+CO2PbSO4+OH(過量過量) Pb(OH)3 +SO42PbSO4+NH4Ac(飽和飽和) Pb(Ac)3+SO42+NH4+醋酸鉛俗名叫“鉛糖”,甜,有毒PbSO4 (白白)PbS (黑黑)PbCrO4(黃黃) PbI2 (黃黃)PbCl2 (白白)PbCO3 (白白)Pb2+的難溶性及Pb()的氧化性PbS + H2O2 PbSO4+H2OPb2+ S+NO+H2OPbS + HCl(濃濃) = H2PbCl4 + H2SPbS + H

10、NO3 現(xiàn)出土的古代壁畫、泥桶常常是黑的，因為古代人用鉛白作白顏料,鉛白與H2S作用成PbS黑色沉淀,因此可用此法使之變白。PbCrO4 + HNO3 = Pb2+ + Cr2O72+ NO3PbCl2 、PbI2 溶于熱水PbCl2 + HCl = H2PbCl4 PbI2 + KI = K2PbI4沉淀互相轉(zhuǎn)化:Pb(NO3)2Na2SO4PbSO4(白白)KIPbI2 (黃黃)Na2CO3PbCO3 (白白) PbS PbOPbO2 2( (棕黑棕黑) ) 強氧化劑強氧化劑能氧化能氧化HCl,HHCl,H2 2SOSO4 4,Mn,Mn2+2+PbPb3 3O O4 4 紅色紅色鉛丹鉛丹

11、(2PbOPbO(2PbOPbO2 2) )PbO2 + Mn2+ + H+ MnO42 + Pb2+ + H2OPb3O4 + HNO3 = Pb(NO3)2 + PbO2 + H2OK2CrO4PbCrO4沉淀分離出來:PbO2+HCl(濃濃) PbCl2 + Cl2幾種鹵化物熔沸點的比較 熔沸點 SnCl2 SnCl4 熔沸點 SnCl2 SnCl4 PbCl2 PbCl4原因？S SnCl2為離子型化合物，熔沸點較優(yōu)高，SnCl4為共價型化合物，熔沸點較低15-3 無機化合物的水解性1. 1.影響共價化合物水解因素影響共價化合物水解因素中心離子電荷高半徑小的離子易水解.如SnCl4 S

12、nCl2; FeCl3 FeCl2;Be2+Mg2+Ca2+Ba2+Al3+ 、Cr3+ 、Ti4+ 等都易水解電子結(jié)構(gòu)類型 18e 8e 中心原子價層結(jié)構(gòu)（中心原子所處周期、配位情 況、空軌、半徑大小等）。與離子極化作用一致，離子極化作用越強的離子越易水解。影響共價化合物水解因素影響共價化合物水解因素 空軌道。有能接受水分子配位的空軌道 如CCl4不水解，SiCl4能水解 空間效應(yīng)（中心原子半徑、配體的大小和數(shù)量）。 如SF4可水解，SF6不水解，TeF6能水解能水解 電負(fù)性效應(yīng)（中心原子與配體電負(fù)性的差異）。 CCl4不水解，NCl3能水解+H2OHClH2O+HClCCl4 不水解 SiCl4水解四步水解2. 2.機理機理 NF3 不水解; PF3水解BCl3+ H2O H2O水解水解 SF4(g)+H2O H2SO3+4HF不水解 冷水冷水水解 TeF6+6H2O H6TeO6+6HFSF4SF6TeF6P(OH)3+3HFNF3 不水解NCl3水解 NCl3+3H2O = NH3+3HClONHCl2+HClONH3 + HClO反復(fù)反復(fù)水解產(chǎn)物的類型（1）堿式鹽 SnCl2+H2O=Sn(OH)Cl+HClBiCl3+H2O=BiOCl+2HCl（2）氫氧化物 AlCl3+3H2O=Al(OH