第十二章氮族、碳族和硼族元素?zé)o機(jī)化學(xué)多媒體電子教案第二節(jié)碳族元素2/7/20231課件12-2-1碳族元素概述0ⅢAⅣAⅤA

ⅥA

ⅦAHe氦2B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖3Al鋁Si硅P磷S硫Cl氯Ar氬4Ga鎵Ge鍺As砷Se硒Br溴Kr氪5In銦Sn錫Sb銻Te碲I碘Xe氙6Tl鉈Pb鉛Bi鉍PoAt砹Rn氡12-2-1碳族元素概述稱為碳族元素2/7/20232課件ⅣA碳(C)硅(Si)鍺(Ge)錫(Sn)鉛(Pb)原子序數(shù)614325082價(jià)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)

1086786763709716電負(fù)性(

)2.51.81.81.81.9p含量不多，分布廣，是地球上化合物種類最多的元素之一，是生物界的主要元素

分布廣，在地殼上的含量僅次于氧，主要以硅酸鹽礦和石英礦存在

常以硫化物伴生在其它金屬硫化物礦中，是暗灰色、重而軟的金屬，晶態(tài)鍺是重要的半導(dǎo)體材料

常溫下表面上有一層保護(hù)膜，在空氣和水中穩(wěn)定，可防腐蝕，馬口鐵(鍍錫鐵)是食品罐頭材料

鉛主要以方鉛礦(PbS)形式存在，是很軟的重金屬，強(qiáng)度不高它能擋住X射線，可制造鉛玻璃、鉛圍裙等防護(hù)用品和防X射線的屏蔽材料、電纜包皮及鉛蓄電池等

主要以錫石(SnO2)存在，為銀白色金屬、質(zhì)軟、延展性好、無毒、耐腐蝕。同素異形體：灰錫、白錫、脆錫晶體類型：金剛石、金屬型灰錫(-Sn)白錫(-Sn)脆錫(-Sn)白錫變?yōu)榉勰罨义a，此現(xiàn)象叫“錫疫”

>13℃

>161℃<-48℃2/7/20233課件ⅣA碳(C)硅(Si)鍺(Ge)錫(Sn)鉛(Pb)原子序數(shù)614325082價(jià)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)

1086786763709716電負(fù)性(

)2.51.81.81.81.9p非金屬性減弱，金屬性增強(qiáng)典型非金屬

準(zhǔn)金屬典型金屬2/7/20235課件12-2-2碳及其重要化合物碳的同素異形體金剛石

石墨

富勒烯碳原子簇（如C60）12-2-2碳及其重要化合物2/7/20236課件碳的同素異形體原子晶體熔點(diǎn)高、硬度大室溫下惰性工業(yè)上用作鉆頭、刀具、精密軸承等

俗稱鉆石，可作裝飾品薄膜可制作手術(shù)刀、集成電路、散熱芯片及各種敏感器件金剛石2/7/20237課件碳的同素異形體C60的分子結(jié)構(gòu)由60個(gè)碳原子組成的32面體的空心球結(jié)構(gòu)C60比較穩(wěn)定。富勒烯碳原子簇可作高溫潤滑劑、耐熱和防火材料。富勒烯碳原子簇將堿金屬摻入C60晶體中,可制造超導(dǎo)材料。在酶抑制、抗病毒、DNA切割、光動力醫(yī)療法等方面有廣泛應(yīng)用前景

2/7/20239課件12-2-2碳及其重要化合物碳酸CO2溶于水即形成碳酸僅存在于水溶液中，至今尚未制得純碳酸二元弱酸CO2+H2OH2CO3

大部分CO2以水合分子形式存在H2CO3HCO3+H+K=4.5×10-7*

a(1)HCO3CO3+

H+K=4.7×10-11a(2)--2-2/7/202310課件碳酸鹽難溶碳酸鹽對應(yīng)的碳酸氫鹽易溶如CaCO3(難溶）Ca(HCO3)2(易溶)(1)溶解性12-2-2碳及其重要化合物碳酸鹽——除NH4、堿金屬(Li除外)鹽，一般難溶碳酸氫鹽——一般易溶+鐘乳石、石筍的形成自然界石灰石等在CO2、H2O作用下CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2

(難溶)(易溶)隨著自然條件的變化，上述反應(yīng)逆向重新析出CaCO3

2/7/202311課件碳酸鹽碳酸鹽——水溶液呈堿性碳酸氫鹽——水溶液呈微堿性(2)水解性可溶性碳酸鹽可作沉淀劑,分離某些離子碳酸鹽堿式碳酸鹽氫氧化物生成物反應(yīng)物

金屬氫氧化物≈對應(yīng)碳酸鹽金屬氫氧化物<對應(yīng)碳酸鹽溶解度金屬氫氧化物>對應(yīng)碳酸鹽Ba2++CO3

→BaCO32Ag++CO3→Ag2CO3如2-2-2Cu2++

2CO3+H2O→Cu2(OH)2CO3

+

CO2

2Mg2++

2CO3+H2O→Mg2(OH)2CO3

+

CO2如2-2-2Fe3++3CO3+3H2O→2Fe(OH)3+3CO2

2Al3++3CO3+3H2O→2Al(OH)3+3CO22-2-如2/7/202313課件解釋——根據(jù)離子極化概念2.熱穩(wěn)定性1.堿金屬鹽>堿土金屬鹽>過渡金屬鹽>銨鹽2.碳酸鹽>碳酸氫鹽>碳酸一般規(guī)律:熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性差，易分解MⅡCO3→

MⅡO+CO22MⅠHCO3→

MⅠ2CO3+H2O+CO2(3)熱穩(wěn)定性金屬離子極化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_2/7/202314課件解釋——根據(jù)離子極化概念2.熱穩(wěn)定性(1)堿金屬鹽>堿土金屬鹽>過渡金屬鹽>銨鹽(2)碳酸鹽>碳酸氫鹽>碳酸一般規(guī)律熱穩(wěn)定性差，易分解MCO3→

MO+CO2MHCO3→

M2CO3+H2O+CO2H+極化力強(qiáng)，反極化作用大3.熱穩(wěn)定性金屬離子極化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_1.當(dāng)無外電場時(shí)，CO3中三個(gè)O2-被C4+極化而變形2.金屬離子相當(dāng)于外電場，對鄰近的一個(gè)

O2-產(chǎn)生反極化作用.當(dāng)反極化作用強(qiáng)烈,可導(dǎo)致CO3破裂，碳酸鹽分解3.金屬離子的極化力越強(qiáng)，其反極化作用越強(qiáng)，碳酸鹽越不穩(wěn)定2-2-2/7/202315課件Mn+Li+Na+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+r(Mn+)/pm60956599113135Mn+電子構(gòu)型

288888分解溫度/℃11001800402814109812772.碳酸鹽:堿土金屬比堿金屬不穩(wěn)定金屬離子極化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_同一周期電荷半徑反極化作用穩(wěn)定性堿金屬∧∨∧

∨堿土金屬(3)熱穩(wěn)定性2/7/202317課件Mn+Li+Na+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+r(Mn+)/pm60956599113135Mn+電子構(gòu)型

288888分解溫度/℃11001800402814109812773.堿土金屬碳酸鹽從Mg到Ba穩(wěn)定性增強(qiáng)半徑,反極化作用金屬離子極化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_2/7/202318課件Mn+Fe2+Cd2+Pb2+Ag+r(Mn+)/pm7497120126Mn+電子構(gòu)型

9～17

1818+218分解溫度/℃2823603152184.過渡金屬碳酸鹽穩(wěn)定性較差金屬離子極化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_過渡金屬離子具有非8電子構(gòu)型,極化力強(qiáng),反極化作用強(qiáng)(3)熱穩(wěn)定性2/7/202319課件12-3-3碳化硼和碳化硅12-2-3碳化硼和碳化硅碳化硼(B4C)

用焦炭和氧化硼在電爐中反應(yīng)制得2B2O3+7C→B4C+6CO有光澤的黑色晶體難熔，硬度大，是重要的工業(yè)磨料2/7/202321課件12-2-3碳化硼和碳化硅碳化硅(SiC)用石英和焦碳在電爐中反應(yīng)制得SiO2+3C→SiC+2CO俗稱金剛砂熔點(diǎn)高，硬度大，可用作工業(yè)磨料化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度大，熱膨脹率低，可做高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料2/7/202322課件12-3-4硅及其重要化合物12-2-4硅及其重要化合物鹵化物通式為SiX4,均為無色常溫SiF4SiCl4SiBr4SiI4

氣體液體液體固體

制取2CaF2+SiO2+2H2SO4

2CaSO4+SiF4+2H2O

硫酸與螢石和石英砂的混合物作用2/7/202323課件鹵化物通式為SiX4,均為無色常溫SiF4SiCl4SiBr4SiI4

氣體液體液體固體

制取1.加熱硅與氯Si+2Cl2SiCl42.將二氧化硅、氯、碳直接加熱

SiO2+2C+2Cl2SiCl4+2CO

12-2-4硅及其重要化合物2/7/202325課件鹵化物通式為SiX4,均為無色常溫SiF4SiCl4SiBr4SiI4

氣體液體液體固體

性質(zhì)1.刺激性無色液體

12-2-4硅及其重要化合物2.易水解，在潮濕空氣中產(chǎn)生濃煙

SiCl4+3H2O→H2SiO3+4HCl若NH3與SiCl4同時(shí)蒸發(fā)，因生成NH4Cl，煙霧更濃2/7/202326課件二氧化硅(硅石)有兩種形態(tài)無定形晶體如

硅藻土

石英與一般酸不起反應(yīng)，與氫氟酸反應(yīng)SiO2+4HF→SiF4+2H2OSiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2

與氫氧化鈉或純堿共熔

SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O12-2-4硅及其重要化合物2/7/202329課件硅酸形式很多，組成常以xSiO2·yH2O表示隨形成條件而異

硅酸名稱化學(xué)式xy備注正硅酸H4SiO412偏硅酸H2SiO311二偏硅酸H2Si2O521x≥2多硅酸三偏硅酸H4Si3O832焦硅酸H6Si2O723通常以H2SiO3表示

12-2-4硅及其重要化合物2/7/202330課件二元弱酸

開始生成可溶于水的單硅酸以后逐步縮合脫水成硅酸溶膠

H2SiO3HSiO3+H+K

=2.5×10-10

a(1)HSiO3SiO3+

H+K=1.6×10-12a(2)--2-OHOHOHOHOHSiOH+OHSiOHHOSiOSiOH+H2OOHOHOHOH溶解度小

SiO3

+2H+→

H2SiO3

2-硅酸12-2-4硅及其重要化合物2/7/202331課件溶液溶膠懸浮液顆粒大小/pm<103103~105>105分散相

分散介質(zhì)溶膠固

水凝膠

水固硅酸12-2-4硅及其重要化合物在稀硅酸溶膠中加入電解質(zhì)在適當(dāng)濃度硅酸鹽溶液中加酸

凝膠演示2/7/202332課件溶液溶膠懸浮液顆粒大小/pm<103103~105>105分散相

分散介質(zhì)溶膠固

水凝膠

水固硅酸12-2-4硅及其重要化合物在稀硅酸溶膠中加入電解質(zhì)在適當(dāng)濃度硅酸鹽溶液中加酸

凝膠演示2/7/202333課件硅酸鹽*

制?。篠iO2與堿性氧化物共熔

SiO2+M2O→M2SiO3SiO2+2M2O→M4SiO4性質(zhì)：1.除堿金屬硅酸鹽外，一般難溶

過渡金屬硅酸鹽難溶于水,并具有特征顏色

CuSiO3藍(lán)綠色

MnSiO3淺紅色

NiSiO3翠綠色Al2(SiO3)3無色透明

CoSiO3紫色

Fe2(SiO3)3紅棕色硅花園——“水中花園”(演示)2/7/202334課件制?。篠iO2與堿性氧化物共熔

性質(zhì)：1.除堿金屬硅酸鹽外，一般難溶

2.硅酸鈉強(qiáng)烈水解,水溶液呈堿性

硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃,又稱“泡花堿”市售水玻璃為粘稠狀液體

M(Na2O):M(SiO2)=1:3.3SiO3

的鑒定——加入NH4Cl

2-2NH3+2H2OSiO3+2NH4+2H2O→H2SiO3+2NH3·H2O2-+硅酸鹽*

2/7/202335課件12-2-5錫、鉛重要化合物12-2-5錫、鉛重要化合物氧化物和氫氧化物氧化數(shù)+2SnO(黑色)PbO(黃或黃紅色)+4SnO2(白色

)PbO2(棕黑色

)混合氧化物

Pb3O4(鉛丹)

鮮紅色

相當(dāng)于Pb2[PbO4]或2PbO·PbO2

Pb2O3橙色

PbO·PbO2

PbPbO3+2HNO3→

Pb(NO3)2+PbO2+H2OPb2[PbO4]+4HNO3→2Pb(NO3)2+

PbO2+2H2O

2/7/202336課件氧化數(shù)+2SnO(黑色)Sn(OH)2(白色)兩性偏堿PbO(黃或黃紅色)Pb(OH)2(白色)兩性偏堿+4SnO2(白色

)Sn(OH)4(白色)兩性偏酸PbO2(棕黑色

)Pb(OH)4(棕色)兩性偏酸酸性減弱、堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)堿性減弱、Sn(OH)2+2H+

→Sn2++2H2OSn(OH)2+2OH-

→[Sn(OH)4]2-

Pb(OH)2+2H+

→Pb2++2H2OPb(OH)2+2OH-

→[Pb(OH)4]2-氧化物和氫氧化物2/7/202337課件酸性減弱、堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)堿性減弱、氧化數(shù)+2SnO(黑色)Sn(OH)2(白色)兩性偏堿PbO(黃或黃紅色)Pb(OH)2(白色)兩性偏堿+4SnO2(白色

)Sn(OH)4(白色)兩性偏酸PbO2(棕黑色

)Pb(OH)4(棕色)兩性偏酸-H2OSn(OH)4H2SnO3

正錫酸偏錫酸-H2SnO3-H2SnO3

制取Na2SnO3+HClSn+濃HNO3性質(zhì)無定形粉末白色粉末溶于過量濃HCl和堿難溶于酸和堿氧化物和氫氧化物2/7/202338課件鹽類1.錫(Ⅱ)在堿性、酸性介質(zhì)中均有的還原性(黑色)堿性介質(zhì)：

此為鑒定鉍鹽的方法2Bi3++6OH-+3[Sn(OH)4]2-→2Bi+3[Sn(OH)6]2-酸性介質(zhì)：

2HgCl2+SnCl2

→

Hg2Cl2+SnCl4

(白色)Hg2Cl2+SnCl2→

2Hg

+SnCl4

(黑色)SnCl2過量

鑒定Sn2+的方法2/7/202339課件1.錫(Ⅱ)在堿性、酸性介質(zhì)中均有的還原性2.Pb(IV)的氧化性:PbO2是強(qiáng)氧化劑3.錫(Ⅱ)易水解,SnCl4在潮濕空氣中冒白煙

鹽類2Mn2++5PbO2+4H+→2MnO4+5Pb2++2H2O(紫紅色)PbO2+4HCl(濃)

→

PbCl2+Cl2+2H2O

(白色)-SnCl2+H2O→Sn(OH)Cl

+HCl(白色)配制SnCl2，需加入：1.濃HCl,防水解2.錫粒，防氧化SnO2

+2H2O→Sn(OH)2+2OH-(白色)2-2/7/202340課件1.錫(Ⅱ)在堿性、酸性介質(zhì)中均有的還原性2.Pb(IV)的氧化性:PbO2是強(qiáng)氧化劑4.鉛(Ⅱ)鹽:絕大多數(shù)難溶于水PbI2+2KI

→K2[PbI4]PbI2(金黃色)溶解度小,溶于沸水和KI溶液3.錫(Ⅱ)易水解,SnCl4在潮濕空氣中冒白煙

PbCl2難溶于冷水，溶于熱水和濃HClPbCl2+2HCl(濃)

→H2[PbCl4]

PbSO4難溶于水,溶于濃H2SO4和飽和NH4OAc

鹽類PbSO4+H2SO4(濃)

→Pb(HSO4)2PbSO4+2OAc-(濃)

→Pb(OAc)2+SO4

2-2/7/202341課件1.錫(Ⅱ)在堿性、酸性介質(zhì)中均有的還原性2.Pb(IV)的氧化性:PbO2是強(qiáng)氧化劑4.絕大多數(shù)鉛鹽難溶于水

3.錫(Ⅱ)易水解,SnCl4在潮濕空氣中冒白煙

5.硝酸鉛與碳酸鈉反應(yīng)

2Pb2++2CO3+H2O→Pb2(OH)2CO3+CO2(俗稱鉛白)2-6.Pb2+的鑒定Pb2++CrO4

→

PbCrO4(黃色）為黃色顏料，俗稱鉻黃2-鹽類2/7/202342課件硫化物+2SnS(棕色)PbS(黑色)+4SnS2(黃色)—堿性堿性酸性PbS不溶于水、稀鹽酸、堿金屬硫化物溶于濃鹽酸和稀硝酸SnS溶于Na2S2

SnS+S2

SnS3

H+(H2SnS3)SnS2+H2S

2-2-PbS+4HCl(濃)→[PbCl4]2-+H2S+2H+

3PbS+8H++2NO3→3Pb2++3S+2NO+4H2O-2/7/202343課件+2SnS(棕色)PbS(黑色)+4SnS2(黃色)/////堿性堿性酸性PbS不溶于水、稀鹽酸、堿金屬硫化物溶于濃鹽酸和稀硝酸SnS2易溶于堿金屬硫化物或硫化銨SnS2+S2-→SnS3(H2SnS3)→SnS2+H2S

H+2-注意：這兩組反應(yīng)不同硫化物SnS溶于Na2S2

SnS+S2

SnS3

H+(H2SnS3)SnS2+H2S

2-2-2/7/202344課件第二節(jié)結(jié)束第十二章氮族、碳族和硼族元素?zé)o機(jī)化學(xué)多媒體電子教案第二節(jié)結(jié)束2/7/202345課件碳酸解離常數(shù)的計(jì)算碳酸解離常數(shù)的計(jì)算以上的解離常數(shù)值是按溶于水的CO2全部轉(zhuǎn)為H2CO3計(jì)算的實(shí)際大部分CO2以水合分子(CO2·H2O)形式存在H2CO3HCO3+H+K=4.5×10-7

a(1)HCO3

CO3+

H+K=4.7×10-11a(2)--2-2/7/202346課件碳酸解離常數(shù)的計(jì)算k1(正)k1(逆)(1)

CO2+H2OH2CO3===1.7Ⅹ10-3k1(正)3.9×10-2k1(逆)23

K

12/7/202347課件碳酸解離常數(shù)的計(jì)算(1)

CO2+H2OH2CO3=1.7×10-3K

1k2(逆)2.2×10-4K===4.3×107k2(正)9.4×103

2(2)

CO2+OH-HCO3

k2(正)k2(逆)-2/7/202348課件碳酸解離常數(shù)的計(jì)算(1)

CO2+H2OH2CO3=1.7×10-3K

1K2=4.3×107(2)

CO2+OH-HCO3

-K

K

1

2

(1)-(2)得

HCO3+H2OH2CO3+OH-K3===4.0×10-11

1.7×10-3

4.3×107

-a(1)

K

=2.5×10-4

K3=[c(H2CO3)/c][c(OH-)/c][c(H+)/c][c(HCO3)/c][c(H+)/c]×K

a(1)

K

a(1)

Kw1.0×10-14===4.0×10-11－2/7/202349課件碳酸解離常數(shù)的計(jì)算a(1)

K

=2.5×10-4

即H2CO3H++HCO3

-K2=4.3×107(2)

CO2+OH-HCO3

-(1)

CO2+H2OH2CO3=1.7×10-3K

12/7/202350課件碳酸解離常數(shù)的計(jì)算返回a(1)K=2.5×10-4

a(1)K

為H2CO3真正的K

a(1)a(1)K

即為一般書所指的Ka(1)K

=K1K=(1.7×10-3)(2.5×10-4)=4.2×10-7

a(1)(1)+(3)CO2+H2OH++

HCO3

-(3)H2CO3H++HCO3

-(1)

CO2+H2OH2CO3=1.7×10-3K

1K2=4.3×107(2)

CO2+OH-HCO3

-2/7/202351課件返回講述完畢