碳族元素?zé)o機(jī)非金屬材料

第七章碳族元素?zé)o機(jī)非金屬材料第一節(jié)碳族元素C60金剛石石墨碳的三種物質(zhì)形態(tài)石墨金剛石C601、原子結(jié)構(gòu)碳族元素

(共4個要點(diǎn))碳族元素在周期表中的位置第ⅣA族原子結(jié)構(gòu)示意圖[

練

]推出CSiGeSnPb的原子序數(shù)，并畫出其結(jié)構(gòu)示意圖。6C14Si32Ge50Sn82Pb相同點(diǎn)最外層有4個電子，在化學(xué)反應(yīng)中既不易得到電子，也不易失去電子，多數(shù)元素既表現(xiàn)金屬性，又表現(xiàn)非金屬性。遞變性從碳到鉛，隨著核電荷數(shù)增多，電子層數(shù)遞增，原子半徑增大，核對最外層電子引力減弱，原子得電子能力減弱、失去電子能力增強(qiáng)，元素非金屬性減弱、金屬性增強(qiáng)，單質(zhì)氧化性減弱、還原性增強(qiáng)。一、碳族元素（在周期表中位置：第ⅣA族）CiG相似性

遞變性(1)、最外層都有4個電子，化合價主要有+4和+2，易形成共價化合物。(2)、氣態(tài)氫化物的通式：RH4(3)、最高價氧化物對應(yīng)的水化物通式為H2RO3或R(OH)4原子結(jié)構(gòu)單質(zhì)物性單質(zhì)化性核電荷數(shù)增大電子層增多原子半徑增大熔沸點(diǎn)降低單質(zhì)密度增大非金屬性減弱、金屬性增強(qiáng)最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性減弱氫化物的穩(wěn)定性減弱元素符號原子序數(shù)原子半徑的變化趨勢金屬性與非金屬性變化趨勢最高正價最高價氧化物化學(xué)式最高價氧化物的水化物的化學(xué)式及酸堿性強(qiáng)弱氫化物的化學(xué)式及穩(wěn)定性強(qiáng)弱CSiGeSnPb614325082逐漸增大非金屬性減弱、金屬性增強(qiáng)CO2SiO2GeO2SnO2PbO2

酸性減弱、堿性增強(qiáng)穩(wěn)定性減弱+4 +4 +4+4 +4H2CO3 H2SiO3

Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4或H4SiO4

CH4 SiH4 ①我是碳族首領(lǐng)——碳。我是地球上化合物最多的元素，大氣中有CO2、礦物界有各種碳酸鹽、金剛石、石墨和煤，還有石油和天然氣等碳?xì)浠衔?；動植物中的脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉和纖維素等也都是我的化合物，我有兩個兄弟——同素異形體金剛石和石墨，它們的熔沸高，金剛石是無色固體，硬度很大、石墨是灰黑色固體、但硬度很小。②作為碳族的第二位主人——硅，我是構(gòu)成地球上礦物界的主要元素，在自然界中，我從不獨(dú)自一人，總是和其他元素朋友在一起，我面色灰黑，有金屬光澤，是硬而脆的固體，我和金剛石哥哥很象，熔沸點(diǎn)高、硬度大、由于我的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間、是良好的半導(dǎo)體材料，可以用來制造集成電路、晶體管等，用途可廣呢?、畚医墟N，是碳族的第三位主人，有銀灰色的面膛，我是典型的金屬元素，我的化合物被應(yīng)用的還不多，重要的是晶態(tài)鍺，那樣的我有金剛石般的結(jié)構(gòu)，是重要的半導(dǎo)體材料。④我是碳族的第四位主人——錫，我是金屬元素，臉色銀白。我有三種同素異形體，最常見的是銀白色硬度居中的白錫，它在低于286K時轉(zhuǎn)變?yōu)榉勰畹幕义a，高于434K時，轉(zhuǎn)變?yōu)榇噱a，我可以用于制合金。如青銅為我和銅的合金、我還可以制成日用器件、工具和武器及錫箔，金屬鍍層。⑤我是碳族的最后一位主人——鉛，我是一種重而軟的金屬，常溫下為藍(lán)色的固體，我的用處也很大。從金屬到化合物我都有廣泛用途。比如，我可以制鉛電纜、化工方面的耐酸設(shè)備以及X射線，原子能工業(yè)用的防護(hù)材料等。2、元素單質(zhì)的各種性質(zhì)

碳

硅

鍺

錫

鉛顏色金：無色墨：灰黑灰黑色銀灰色銀白色藍(lán)白色晶體類型原子晶體原子晶體金屬晶體金屬晶體金屬晶體熔沸點(diǎn)高低較低更低密度

總趨勢：小大導(dǎo)電性金：不導(dǎo)墨：導(dǎo)電半導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體主要價態(tài)都是+2、+4價穩(wěn)定價態(tài)都是+4價

+2價PbO2+4HCl(濃)=PbCl2+Cl2↑+2H2O3、單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)根據(jù)你已學(xué)的知識，回憶其化學(xué)性質(zhì)。由于最外層有四個電子，既不易得電子也不易失電子，因而易形成共價化合物。1.C+O2====CO2燃燒2.2C+O2====2CO燃燒3.C+2CuO==CO2↑+2Cu?4.C+2H2SO4（濃）==2SO2↑+CO2↑+2H2O?4、碳的第三種同素異形體：足球烯(1)發(fā)現(xiàn)：1985年，科學(xué)家用激光束照射石墨得灰色氣體，用有機(jī)溶劑萃取得n﹤200的大量簇分子，含60個碳的分子比較多。(2)合成：將幾十伏的電流電壓加在兩根碳棒上，當(dāng)兩根碳棒距離很小時，就會產(chǎn)生電弧放電導(dǎo)致短路，產(chǎn)生的碳煙中含有大量的C60,再用有機(jī)溶劑萃取碳煙。(3)結(jié)構(gòu)：籠狀分子，固態(tài)時是分子晶體，每個碳原子只跟相鄰的三個碳原子形成共價鍵，60個碳原子構(gòu)成球形，共32面體，包括12個五邊形，20個六邊形。C60圖片晶體圖片(4)性質(zhì)：C60

摻雜鉀、銣等有超導(dǎo)性，超導(dǎo)起始溫度達(dá)到18K。北大和科學(xué)院合作制得Rb3C60，超導(dǎo)起始溫度高達(dá)28K，領(lǐng)先于世界先進(jìn)水平。(5)成果：最大的足球烯單晶的直徑僅為6mm，浙江大學(xué)的科學(xué)家制取直徑為1.3㎝的高品質(zhì)單晶，走在世界前列。1996年的諾貝爾授予羅伯特、克羅特和斯莫利等三位科學(xué)家，表彰他們有關(guān)富勒烯的發(fā)現(xiàn)、制備和性質(zhì)研究。<鈉米碳管>(1)、發(fā)現(xiàn)：知道了C60的制備以后，人們的注意力全部集中在觀察碳灰上，而日本科學(xué)家飯島澄男卻仔細(xì)觀察了放電后在陽極上產(chǎn)生的沉淀物，是他意外發(fā)現(xiàn)了鈉米碳管。(2)、什么是納米碳管？石墨有層狀結(jié)構(gòu)，可以看作是由原子紙一層一層堆疊而成。若將一層或幾層這樣的原子紙卷成圓筒形狀，就是納米碳管。中科院解思深教授制得0.5nm碳管，麻省理工學(xué)院秦祿昌博士制得最小的納米碳管0.4nm。乘座電梯上太空(3)、應(yīng)用前景廣泛練習(xí)1.下列元素在自然界沒有游離態(tài)存在的是A.碳B.硫C.硅D.氮2.下列氣態(tài)氫化物中，穩(wěn)定性最差的是A.CH4B.SiH4C.H2SD.PH43.下列說法中，正確的是A.碳是非金屬元素，所以碳單質(zhì)都是絕緣體B.硅的導(dǎo)電性介于金屬和絕緣體之間C.鍺的非金屬性比金屬性強(qiáng)D.鍺不存在氣態(tài)氫化物CBBD4.在元素周期表中，下列有關(guān)碳族元素的遞變規(guī)律正確的是A．自上而下元素的金屬性逐漸增強(qiáng)B.自上而下元素的非金屬性逐漸增強(qiáng)C.自上而下元素單質(zhì)顏色逐漸變淺D.自上而下元素單質(zhì)溶、沸點(diǎn)逐漸升高A5.最近科學(xué)家制得一種新的分子，它具有空心的類似足球狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)式為C60下列說法中，正確的是A.C60是一種新型的化合物B.C60和石墨都是碳的同素異形體C.C60中含有離子鍵D.C60的式量為720BD6.某ⅣA族元素的氣態(tài)氫化物含氫12.5%，該元素的相對原子質(zhì)量是A.12 B.14 C.28 D.72.67.下列說法中不正確的是A.硅和鍺都是重要的半導(dǎo)體材料

CDB.硅酸的酸性比碳酸還要弱C.SiH4的穩(wěn)定性比PH3的差 D.CH4穩(wěn)定性比NH3強(qiáng)8、下列對碳的同素異形體：金剛石、石墨、和C60的說法中，錯誤的是A熔點(diǎn)：金剛石＞石墨＞C60B沸點(diǎn)：金剛石=石墨＞C60C在一定條件下與O2反應(yīng)生成CO2D在一定條件下它們可能相互轉(zhuǎn)化A9.若發(fā)現(xiàn)114號元素x，它的原子有七個電子層，最外層有4個電子，則下列描述正確的是A.x有穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物B.x為金屬元素C.x為非金屬元素D.x的最高價氧化物為xO2

BD10、下列敘述正確的是A、SiH4、CH4、NH3的熱穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)B、任何一種碳族元素的主要化合價均為+2和+4價C、H2SeO4、H4GeO4、H3AsO4的酸性依次減弱D、鍺是一種良好的導(dǎo)體11、下列各項(xiàng)比較中，正確的是A、酸性H2SiO3<H3PO4<H2SO4<HClO4B、熱穩(wěn)定性SiH4>PH3>HI>NH3C、原子半徑Si>P>O>FD、還原性GeH4<SiH4<H2S<HIA、BA、C109o28'

金剛石是一種具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體，在晶體中，每個碳原都被相鄰的4個碳原子包圍，處于4個碳原子的中心，以共價鍵與4個碳原子結(jié)合。成為正四面體結(jié)構(gòu)，這些正四面體向空間發(fā)展，構(gòu)成彼此聯(lián)結(jié)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。金剛石的熔點(diǎn)（>3550℃）和沸點(diǎn)（4827℃）都很高,硬度很大。金剛石------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------120o共價鍵范德華力石墨是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，碳原子排成六邊形，每個碳原子與其它3個碳原子以共價鍵結(jié)合，形成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；在層與層之間，是以分子間作用力結(jié)合的。由于同一層的碳原子以較強(qiáng)共價鍵結(jié)合，使石墨的熔點(diǎn)很高(比金剛石的還要高）,沸點(diǎn)與金剛石相同。但由于層與層之間的分子間作用力很弱，容易滑動，使石墨的硬度很小。石墨作業(yè)：寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式CCO2Na2CO3NaHCO3COCaCO3Ca(HCO3)2注：不能重復(fù)1.C+O2====CO2點(diǎn)燃2.2C+O2====2CO點(diǎn)燃3.CO2+2Mg====C+2MgO點(diǎn)燃4.C+CO2====2CO高溫5.CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O6.CO2+Ca（OH）2==CaCO3↓+H2O7.2CO+O2====2CO2燃燒8.CO2+H2O+Na2CO3==2N