2023學年完整公開課版碳族元素2

碳族元素1.周期表中位置：第IVA族元素包括碳C、硅Si、鍺Ge、錫Sn、鉛Pb五種元素統(tǒng)稱為碳族元素。其中C、Si是非金屬元素，其余三種是金屬元素。2.價電子層結(jié)構(gòu)：ns2np23.氧化態(tài)：能成氧化數(shù)為+4和+2的化合物，碳也能生成氧化數(shù)為-4的化合物。在碳族元素中，隨著原子序數(shù)的增大，氧化數(shù)為+4的化合物的穩(wěn)定性降低，惰性電子對效應(yīng)逐漸明顯。4.硅和第IIIA族的硼處于對角線位置，它們的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)有相似之處。5．自然界存在碳：豐度：4.8×10-2%，游離的碳有金剛石和石墨，還以化合態(tài)存在于煤炭、石油、天然氣、動植物體及石灰石、白云石、二氧化碳中。硅：豐度：27.7%，占地殼質(zhì)量的1/4強，含量次于氧。鍺、錫、鉛：以礦物質(zhì)存在，鍺石礦Cu2S·FeS·GeS2、錫石礦SnO2、方鉛礦PbS等。?概述ⅣA碳(C)硅(Si)鍺(Ge)錫(Sn)鉛(Pb)原子序數(shù)614325082價層電子構(gòu)型2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2主要氧化數(shù)0、+2+40、+2+40、(+2)+40、+2+40、+2+4原子半徑/pm77117122141175離子半徑r(M4+)/pm1640536978r(M2+)/pm--73118119I1/(kJ·mol-1)14021012947834703電負性(

)3.02.12.01.91.9p

能形成+4價、+2價的化合物

能形成通式為RH4的氣態(tài)氫化物(C、Si)

最高價氧化物對應(yīng)水化物通式為H2RO3或R（OH）4相似性遞變性1、原子結(jié)構(gòu)最外層都有4個電子。2、物理性質(zhì)單質(zhì)都是固體。3、化學性質(zhì)原子結(jié)構(gòu)單質(zhì)物性化學性質(zhì)核電荷數(shù)增加，電子層數(shù)增加原子半徑增大熔沸點逐漸降低密度逐漸增大氫化物穩(wěn)定性逐漸減弱最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性逐漸減弱碳族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律

元素性質(zhì)碳(C)硅(Si)鍺(Ge)錫(Sn)鉛（Pb）主要化合價單質(zhì)色、態(tài)氫化物RH4的穩(wěn)定性主要氧化物最高價氧化物的水化物化學式酸堿性金屬性、非金屬性+2、+4+2、+4+2、+4+4+2、+4無色或黑色固體灰黑色固體灰白色固體銀白色固體藍白色固體逐漸減弱CO、CO2SiO2GeOGeO2SnOSnO2PbO、PbO2H2CO3H2SiO3H4SiO4Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4非金屬性遞減、金屬性遞增酸性遞減堿性遞增（多數(shù)有兩性）雜化態(tài)空間構(gòu)型配位數(shù)典型物質(zhì)1CO、CN-sp直線形2CO2，CS2，HCN，C2H2，OCN-sp2平面三角形3石墨，CO，C6H6，COCl2，CHsp3四面體4金剛石,CH4CX4sp3三角錐4CH3-?碳元素的單質(zhì)碳的成鍵軌道如下：碳的同素異形體：從X射線衍射分析可知，碳有金剛石、六方金剛石、石墨、球碳(以C60為代表)和管碳等多種同素異性體，而又以石墨為主。就石墨本身而言，由于層與層相互堆積的次序不同，它又有α（六方晶系）型和β（菱形晶系）型石墨。無定形炭本質(zhì)上都是純度不等的石墨微晶。碳的化學性質(zhì)：（1）碳在O2中燃燒，在620K時，產(chǎn)物為CO2。碳能與氟直接化合，但不與其它鹵素直接作用。C(s)＋2F2=CF2

（2）碳作為還原劑能與一些氧化物或氧化劑反應(yīng)。如：PbO(s)+C(S)=Pb(s)+CO(g)Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)H2O(g)+C(灼熱)=CO(g)+H2(g)2H2SO4(濃)+C(s)=CO2(g)+2SO2(g)+2H2O(1)4HNO3(濃)+C(s)=CO2(g)+4NO2(g)+2H2O(1)（3）碳在電爐中能與許多物質(zhì)反應(yīng)，得到CS2，SiC，Al4C3，CaF2和Fe3C等等。C(s)+2S(s)=CS2

碳有許多氧化物，已見報導的有CO、CO2、C3O2、C4O3、C5O2和C12O9，其中常見的是CO和CO2。

一氧化碳：1、結(jié)構(gòu)CO分子和N2分子各有10個價電子，它們是等電子體，兩者的分子軌道的能級次序形式相同,由一個鍵,一個雙電子鍵和一個電子來于O原子的配鍵組成。?碳的含氧化合物

CO分子中，電子云偏向氧原子，但是配鍵是由氧原子的電子對反饋到碳原子上，這樣又使得氧原子略帶正電性，碳原子略帶負電性，兩種因素相互作用使CO的偶極短幾乎為零。正是因為碳原子略帶負電性使得孤電子對（體積稍大，核對電子對的控制降低）具有活性。

(l)CO還原性：CO為冶金方面的還原劑，還能使一些化合物中的金屬離子還原。如：CO+PdCl2+H2O===CO2+Pd↓+2HClCO+2Ag(NH3)2OH===2Ag↓+(NH4)2CO3+2NH3這些反應(yīng)都可以用于檢測微量CO的存在。在工業(yè)氣體分析中常用亞銅鹽的氨水溶液或鹽酸溶液來吸收混合氣體中的CO，生成CuCl·CO·2H2O，這種溶液經(jīng)過處理放出CO，然后重新使用，與合成氨工業(yè)中用銅洗液吸收CO為同一道理。Cu(NH3)2CH3COO+CO+NH3==Cu(NH3)3·CO·CH3COO

醋酸二氨合銅(I)醋酸羰基三氨合銅(I)(2)CO氧化性：(3)CO與堿的作用CO顯非常微弱的酸性，在473K及1.01×103kPa壓力下能與粉末狀的NaOH反應(yīng)生成甲酸鈉：NaOH+CO===HCOONa因此也可以把CO看作是甲酸HCOOH的酸酐。甲酸在濃硫酸作用下脫水可以得到CO。2、化學性質(zhì):

2、結(jié)構(gòu)在CO2分子中，碳原子與氧原子生成四個健，兩個s和兩個大∏鍵(即離城∏34鍵)。CO2為直線型分子。碳原子上兩個未雜化成健的p軌道分別與氧的p軌道發(fā)生重疊,習慣上仍用O=C=O表示。二氧化碳：1、溫室效應(yīng)CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2CO2

1999年美國LawrenceLivermore國家實驗室在–40oC的溫度下將液態(tài)CO2裝入一高壓容器用Nd:YbLiF4激光器熱至1800K，在40GPa高壓下,CO2在微米級紅寶石芯片或鉑薄膜上結(jié)晶。發(fā)現(xiàn)分子晶型的CO2轉(zhuǎn)化為SiO2結(jié)構(gòu)。

3、不活潑性CO2不活潑，但在高溫下，能與碳或活潑金屬鎂、鈉等反應(yīng)。

4、酸性能與堿、堿性氧化物及碳酸鹽反應(yīng)。CaCO3+CO2+H2O====Ca(HCO3)2溶解性：碳酸鹽——除NH4+、堿金屬(Li除外)鹽，一般難溶碳酸氫鹽——一般易溶難溶碳酸鹽對應(yīng)的碳酸氫鹽易溶如CaCO3(難溶）Ca(HCO3)2(易溶)易溶碳酸鹽對應(yīng)的碳酸氫鹽溶解度較小?碳酸鹽向濃碳酸鈉溶液中通入CO2致飽和可析出NaHCO3

Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3(易溶)(溶解度小)如水解性：碳酸鹽——水溶液呈堿性碳酸氫鹽——水溶液呈微堿性可溶性碳酸鹽可作沉淀劑,分離某些離子反應(yīng)物生成物溶解度金屬氫氧化物<<對應(yīng)碳酸鹽氫氧化物金屬氫氧化物≈對應(yīng)碳酸鹽堿式碳酸鹽金屬氫氧化物>>對應(yīng)碳酸鹽碳酸鹽CO32-的鑒定（稀HCl或稀H2SO4、Ba(OH)2）

CO32-+2H+→

CO2

+H2O

Ba(OH)2

BaCO3

(白色)?硅單質(zhì)

硅是本族元素豐度最大的元素，在所有元素中居于第二，它是構(gòu)成自然界礦物的主體元素，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在。硅的制備：電爐2C+SiO2====Si+2CO↑723-773KSi(粗硅)+2Cl2=====SiCl4

SiCl4+2H2=Si(純)+4HCl

用碳或碳化鈣在電爐中還原二氧化硅可得到粗硅，經(jīng)過精煉可得到純硅，純硅用區(qū)域熔融法可以得到高純硅。

硅單質(zhì)無定形硅單晶硅多晶硅硅晶體為原子晶體，熔點高，可導電，導電率隨溫度的升高而增大，是典型的半金屬。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在力學性質(zhì)、電學性質(zhì)等物理性質(zhì)方面。多晶硅均不如單晶硅好。無定形硅是一種黑灰色的粉末，化學性質(zhì)比晶態(tài)活潑物理性質(zhì)：?與非金屬反應(yīng)Si+F2=SiF4

△Si+2X2＝SiX4(X=Cl,Br)

△Si+O2=SiO2

1573K3Si+2N2====Si3N4Si在含氧酸中被鈍化，與氫氟酸及其混合酸反應(yīng)，生成SiF4或H2SiF6:3Si+4HNO3+18HF＝3H2SiF6+4NO↑+8H2O?與酸反應(yīng)?與堿反應(yīng)無定形硅能與強堿反應(yīng)放出氫氣：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑?與金屬反應(yīng)與鈣、鎂、銅、鐵等化合生成硅化物：

高溫

Si＋2Mg====Mg2Si化學性質(zhì)：SiO4四面體SiOOOO二氧化硅SiO2是原子晶體，基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體，如圖所示，原子比=1/2。以Si-O共價單鍵結(jié)合。熔點高，硬度大，不導電，不溶于水.純石英稱水晶，無色透明，石英玻璃是將石英加熱熔融冷卻而成，具有耐高溫，膨脹系數(shù)小，透明度大，不吸收紫外線，用于作光學和耐高溫儀器。二氧化硅的化學性質(zhì)不活潑，但容易被堿和氫氟酸腐蝕：SiO2＋4HF＝SiF4＋H2OSiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O熔融SiO2＋Na2CO3==Na2SiO3＋CO2↑硅酸通式：xSiO2·yH2O一般用偏硅酸H2SiO3的式子代表硅酸.剛生成的硅酸主要以H4SiO4單分子形式存在,放置就逐漸縮合成多硅酸溶膠,在溶膠中加酸或電解質(zhì),便可沉淀出白色透明有彈性的硅酸凝膠,烘干并活化,便可制得硅膠,主要用于作干燥劑和吸咐劑。SiO2是酸性氧化物，難溶于水，不能用它和水反應(yīng)得到硅酸，只能用可溶性硅酸鹽經(jīng)過酸化而得到SiO32-+2H+＝H2SiO3↓硅酸鹽硅酸鈉的組成為xNa2O·ySiO2，俗稱水玻璃，或泡花堿，用途很廣，用于做粘合劑，防腐劑，軟水劑，洗滌劑和肥皂的填充劑，也是制硅膠和分子篩的原料。硅酸鈉是最常見的可溶性硅酸鹽，由石英砂與燒堿或純堿反應(yīng)而得到：

熔融SiO2＋Na2CO3==Na2SiO3＋CO2↑地殼質(zhì)量的95%為硅酸鹽礦，最重要的天然硅酸鹽礦是鋁硅酸鹽礦，如鈣長石，鈉長石等，是提取金屬鋁的重要原料。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)很復雜，但基本結(jié)構(gòu)單元是相同的，均為硅氧四面體SiO4，通過它的角頂氧原子可以連接成鏈狀，環(huán)狀，層狀或三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等。各種硅酸鹽的結(jié)構(gòu)圖形見課本Si-硅酸鹽結(jié)構(gòu)?硅含氧化合物?鍺錫鉛硫化物礦氧化物焙燒碳還原金屬△

SnO2+2C=Sn+2CO↑

焙燒2PbS+3O2=2PbO+2SO2

△PbO+C=Pb＋CO↑

△PbO＋CO=Pb＋CO2

△PbS＋Fe=Pb＋FeS鍺:銀白色，硬金屬；鉛:暗灰色，軟金屬，密度；錫：有三種同素異形體（灰錫，白錫，脆錫）。物理性質(zhì)：金屬冶煉：鍺、錫、鉛有MO2和MO兩類氧化物。MO2都是共價型、兩性偏酸性的化合物。MO也是兩性的，但堿性略強。MO化合物的離子性也略強，但還不是典型的離子化合物。所有這些氧化物都是不溶于水的固體。MO2顏色與狀態(tài)MO顏色與狀態(tài)GeO2弱酸性SnO2兩性偏酸性PbO2兩性略偏酸性白色固體白色固體棕黑色固體GeO兩性SnO兩性略偏堿性PbO兩性偏堿性黑色固體黑色固體黃或黃紅色固體↑酸性增強←酸性增強氧化物：SnO2+2NaOH（熔融）==Na2SnO3+H2OSnO2+2Na2CO3+4S＝Na2SnS3+Na2SO4+2CO2錫的氧化物：SnO2為非整比化合物，其晶體中錫的比例較大，從而形成n型半導體。當該半導體吸附象H2、CO、CH4等具有還原性、可燃性氣體時，其電導會發(fā)生明顯的變化，利用這一特點，SnO2被用于制造半導體氣敏元件，以檢測上述氣體，從而可避免中毒、火災(zāi)、爆炸等事故的發(fā)生。SnO2還用于制不透明的玻璃、琺瑯和陶瓷。偵毒管(2)二氧化鉛（棕黑色，兩性，酸性大于堿性）：PbO2+NaOH===Na2PbO3+H2OPbO2+4HCl====PbCl4(分解為PbCl2和Cl2)+H2OPbO2+4HCl====PbCl2+Cl2↑+H2OPbO2+H2SO4(熱濃)===PbSO4+O2↑+H2O2Mn(NO3)2+5PbO2+6HNO3=2HMnO4+5Pb(NO3)2+2H2O加熱二氧化鉛：PbO2---Pb3O4+O2----PbO+O2鉛的氧化物：鉛除了有PbO(密陀僧)和PbO2以外,還有常見的“混合氧化物”Pb3O4(鉛丹或紅丹，2PbO·PbO2)。(1)一氧化鉛:

有兩種變體：紅色四方晶體和黃色正交晶體。在常溫下，紅色的比較穩(wěn)定。PbO易溶于醋酸或硝酸得到Pb(II)鹽，難溶于堿。用于制鉛蓄電池。(3)Pb3O4(鉛丹或紅丹)：測定其結(jié)構(gòu)為Pb2II[PbIVO4]Pb3O4+HNO3===PbO2+Pb(NO3)2+H2O鹵化物：四鹵化物二鹵化物GeSnPbGeSnPbF無色氣體*－236K升華白色晶體－978K升華無色晶體白色晶體分解>623K升華白色晶體－－無色晶體1128K1563KCl無色液體223.7K357K無色液體240K387.3K黃色油狀液體258K378K爆炸分解白色粉末升華分解為Ge和GeCI4白色固體519K925K白色晶體774K1223KBr灰白色晶體299.3K459.7K無色晶體304K475K－無色晶體395K分解淡黃色固體488.7K893K白色晶體646K1189KI橙色晶體417K713K分解紅黃色晶體417.7K637.7K－黃色晶體分解真空513K升華橙色晶體593K990K金黃色晶體675K1227K表中每格內(nèi)，第一行為狀態(tài)第二行為熔點，第三行為沸點。

PbCl2難溶于冷水,易溶于熱水,也能溶解于鹽酸中。PbCl2+2HCl＝H2[PbCl4]PbI2為黃色絲狀有亮光的沉淀，易溶于沸水，或因生成配合物而溶解于KI的溶液PbI2+2KI＝K2[Pbl4]MS2GeS2SnS2狀態(tài)白色固體黃色固體鉛不生成制法H2S+GeO2Sn+S二硫化物Sn4++H2S能溶的試劑Na2SNa2S

MSGeSSnSPbS狀態(tài)紅色固體棕色固體黑色固體制法GeS2+H2Sn+SPb+S或GeCl2+H2S或Sn2++H2S或Pb2++H2S能溶的試劑(NH4)2S2(NH4)2S2稀HNO3與砷、銻的硫化物類似，鍺和錫的硫化物也易溶于硫化物或多硫化物中形成硫代酸鹽。但PbS不溶于硫化物或多硫化物PbSSnS

白色黃色紅色棕色黑色GeSSnS2GeS2硫化物：鉛的一些含氧酸鹽硝酸鉛——無色晶體醋酸鉛——無色晶體，俗名“鉛糖”，有毒易溶于水用于制取其它鉛的化合物硫酸鉛——白色晶體制白色油漆碳酸鉛——白色晶體，俗名“鉛白”，有毒用于制防銹油漆和陶瓷工業(yè)鉻酸鉛——亮黃色晶體，有毒為黃色涂料—“鉻黃”的主要成分難溶于水插入視頻文件插入聲音文件PPt中插入圖片插入Flash動畫教育技術(shù)總結(jié)1、在PowerPoint中插入圖片制作演示文稿總少不了要添加圖片，這也成了制作演示文稿的基本操作:先用圖像處理軟件，將需要添加的圖片編輯處理好，然后啟動PowerPoint，打開需要添加圖片的演示文稿，定位到相應(yīng)的幻燈片中，執(zhí)行“插入→圖片→來自文件”命令，打開“插入圖片”對話框，定位到圖片所在的文件夾，選中需要添加的圖片，按下“插入”按鈕即可。2、在PowerPoint中插入不同格式的聲音文件打開一款媒體播放軟件，隨便找一首歌曲或者是一部電影，不過暫時先不要播放。我們這