15碳族元素（课件）- 《无机化学》同步教学（高等教育出版社）

2024/1/14 1 第十五章 碳族元素 §15-1 碳族元素的通性 §15-2 碳族元素的单质及其化合物 §15-3 无机化合物的水解性 2024/1/14 2 元素符号 C Si Ge Sn Pb 价电层结构 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2 电负性 2.25 1.90 2.01 (Ⅳ) 1.96(Ⅳ) 1.80(Ⅱ) 2.33 (Ⅳ) 1.87 (Ⅱ) 主氧化数 +4(+2) +4(+2) +4,+2 +4,+2 (+4)+2 晶体类型 原子晶体 金属晶体 §15-1 碳族元素的通性 2024/1/14 3 1.惰性电子对效应：C，Si +Ⅳ氧化态稳定，Pb是+Ⅱ氧化态稳定。 2.C-C,C-H,C-O键能很高,奠定了有机化合物众多的基础。 3.Si-Si键能低，所以硅链不会太长，硅化合物比碳化合物少得多。 Si-O键能高，对应化合物多。 4.本族元素单质易形成同素异形体。 特点： 2024/1/14 4 碳原子的成键特征 成键形式 价键结构 化合物举例 sp3杂化 4个单键 －C－ 正四面体 金刚石、CH4 CCI4、C2H6 sp2杂化，2个单键，一个双键 ＞C＝ 平面三角形 石墨、COCI2 C2H4、C6H6 sp杂化，1个单键，一个叁键 －C≡ 直线形 C2H2、HCN sp杂化,一个叁键,1个孤电子对 ∶C≡ 直线形 CO 2024/1/14 5 一、碳族元素在自然界的分布 二、碳族元素的单质 三、氧化物 四、含氧酸及其盐 五、氢化物 六、卤化物和硫化物 §15-2 碳族元素的单质及其化合物 2024/1/14 6 一、自然界的分布 C 单质状态：主要是金刚石和石墨。 化合物：煤、石油、天然气、动植物、 石灰石、白云石、CO2等。 Si 靠Si-O键联结成各种链状、层状和立体状结构，构成各种岩石及其风化产物-土壤和泥砂。 Ge、Sn、Pb主以硫化物形式存在。 2024/1/14 7 锡石SnO2 方铅矿 PbS 2024/1/14 8 二、碳族元素的单质 1.碳的同素异形体 金刚石、石墨、碳原子簇 金刚石 天然存在的最硬的单质（硬度：10） 所有单质中熔点最高（3823K） [金属：硬度最大为Cr(硬度：9） 熔点最高为W（3683±20K）] 2024/1/14 9 原子晶体，C：sp3等性杂化，所有价电子都参与了共价键的形成,晶体中没有自由电子，因此不导电。室温下对所有化学试剂显惰性。 用途：钻石、装饰品，钻头，磨削工具。 2024/1/14 10 2024/1/14 11 混合型晶体-原子晶体、分子晶体、金属晶体。 石墨晶体 2024/1/14 12 C的同素异形体中，石墨最稳定。 2024/1/14 13 C60 (足球烯、富勒烯)简介 结构：60个碳原子构成近似于球形的32面体，即由12个正五边形和20个正六边形组成。每个碳原子以sp2杂化轨道与相邻三个碳原子相连。剩余的P轨道在C60的外围和腔内形成大Π键。其形状酷似足球，故称作足球烯。 2024/1/14 14 制备：用纯石墨做电极，在氦气氛中放电，电弧中产生的碳烟沉积在水冷反应器内壁，此碳烟中有C60、C70等碳原子簇。 用途:超导体（嵌入碱金属）、有机软铁磁体、光学材料、功能高分子材料、生物活性材料等。 2024/1/14 15 碳纳米管 2024/1/14 16 无定形碳 木炭 活性炭 炭黑：油漆、颜料 焦炭 ：冶金还原剂 吸附能力 2024/1/14 17 2.冶金工业中碳的还原反应 2CO+O2→2CO2（a) C+O2→CO2（b) 2C+O2→2CO（c) -200 -400 -600 △Gθ 983 1273 2273 （T/K） 2024/1/14 18 2024/1/14 19 3.金刚石的人工合成 C(石墨）→（金刚石） △fGmθ/kJ·mol-1 0 2.9 ρ/g·cm-3 2.260 3.515 △fHmθ/kJ·mol-1 O 1.897 转化反应是吸热的体积减小的反应 欲使反应正