第七章碳族元素無機非金屬材料2020年10月2日1第一節(jié)碳族元素2020年10月2日2C60金剛石石墨碳的三種物質形態(tài)石墨金剛石C602020年10月2日31、原子結構碳族元素

(共4個要點)碳族元素在周期表中的位置第ⅣA族原子結構示意圖[

練

]推出CSiGeSnPb的原子序數，并畫出其結構示意圖。2020年10月2日46C14Si32Ge50Sn82Pb2020年10月2日5相同點最外層有4個電子，在化學反應中既不易得到電子，也不易失去電子，多數元素既表現金屬性，又表現非金屬性。遞變性從碳到鉛，隨著核電荷數增多，電子層數遞增，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，元素非金屬性減弱、金屬性增強，單質氧化性減弱、還原性增強。2020年10月2日6一、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)、最高價氧化物對應的水化物通式為H2RO3或R(OH)4原子結構單質物性單質化性核電荷數增大電子層增多原子半徑增大熔沸點降低單質密度增大非金屬性減弱、金屬性增強最高價氧化物對應水化物的酸性減弱氫化物的穩(wěn)定性減弱2020年10月2日7元素符號原子序數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式最高價氧化物的水化物的化學式及酸堿性強弱氫化物的化學式及穩(wěn)定性強弱CSiGeSnPb614325082逐漸增大非金屬性減弱、金屬性增強CO2SiO2GeO2SnO2PbO2

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

Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4或H4SiO4

CH4 SiH4 2020年10月2日8①我是碳族首領——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氫化合物；動植物中的脂肪、蛋白質、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。2020年10月2日9②作為碳族的第二位主人——硅，我是構成地球上礦物界的主要元素，在自然界中，我從不獨自一人，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，熔沸點高、硬度大、由于我的導電性介于導體和絕緣體之間、是良好的半導體材料，可以用來制造集成電路、晶體管等，用途可廣呢！2020年10月2日10③我叫鍺，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，我的化合物被應用的還不多，重要的是晶態(tài)鍺，那樣的我有金剛石般的結構，是重要的半導體材料。2020年10月2日11④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時轉變?yōu)榉勰畹幕义a，高于434K時，轉變?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。2020年10月2日12⑤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、化工方面的耐酸設備以及X射線，原子能工業(yè)用的防護材料等。2020年10月2日132、元素單質的各種性質

碳

硅

鍺

錫

鉛顏色金：無色墨：灰黑灰黑色銀灰色銀白色藍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高低較低更低密度

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

+2價PbO2+4HCl(濃)=PbCl2+Cl2↑+2H2O2020年10月2日143、單質的化學性質根據你已學的知識，回憶其化學性質。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?2020年10月2日154、碳的第三種同素異形體：足球烯(1)發(fā)現：1985年，科學家用激光束照射石墨得灰色氣體，用有機溶劑萃取得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，當兩根碳棒距離很小時，就會產生電弧放電導致短路，產生的碳煙中含有大量的C60,再用有機溶劑萃取碳煙。2020年10月2日16(3)結構：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2020年10月2日172020年10月2日182020年10月2日19(4)性質：C60

摻雜鉀、銣等有超導性，超導起始溫度達到18K。北大和科學院合作制得Rb3C60，超導起始溫度高達28K，領先于世界先進水平。(5)成果：最大的足球烯單晶的直徑僅為6mm，浙江大學的科學家制取直徑為1.3㎝的高品質單晶，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家，表彰他們有關富勒烯的發(fā)現、制備和性質研究。2020年10月2日20<鈉米碳管>(1)、發(fā)現：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，而日本科學家飯島澄男卻仔細觀察了放電后在陽極上產生的沉淀物，是他意外發(fā)現了鈉米碳管。2020年10月2日21(2)、什么是鈉米碳管？石墨有層狀結構，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，就是鈉米碳管。中科院解思深教授制得0.5nm碳管，麻省理工學院秦祿昌博士制得最小的鈉米碳管0.4nm。乘座電梯上太空(3)、應用前景廣泛2020年10月2日222020年10月2日23練習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，所以碳單質都是絕緣體B.硅的導電性介于金屬和絕緣體之間C.鍺的非金屬性比金屬性強D.鍺不存在氣態(tài)氫化物CBBD2020年10月2日244.在元素周期表中，下列有關碳族元素的遞變規(guī)律正確的是A．自上而下元素的金屬性逐漸增強B.自上而下元素的非金屬性逐漸增強C.自上而下元素單質顏色逐漸變淺D.自上而下元素單質溶、沸點逐漸升高A2020年10月2日255.最近科學家制得一種新的分子，它具有空心的類似足球狀結構，化學式為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720BD2020年10月2日266.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2020年10月2日278、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：金剛石＞石墨＞C60B沸點：金剛石=石墨＞C60C在一定條件下與O2反應生成CO2D在一定條件下它們可能相互轉化A2020年10月2日289.若發(fā)現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

BD2020年10月2日2910、下列敘述正確的是A、SiH4、CH4、NH3的熱穩(wěn)定性逐漸增強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、鍺是一種良好的導體11、下列各項比較中，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、C2020年10月2日30109o28'

金剛石是一種具有空間網狀結構的原子晶體，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個碳原子結合。成為正四面體結構，這些正四面體向空間發(fā)展，構成彼此聯(lián)結的立體網狀結構。金剛石的熔點（>3550℃）和沸點（4827℃）都很高,硬度很大。金剛石2020年10月2日31------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------120o共價鍵范德華力石墨是層狀結構，在每一層內，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合，形成平面的網狀結構；在層與層之間，是以分子間作用力結合的。由于同一層的碳原子以較強共價鍵結合，使石墨的熔點很高(比金剛石的還要高）,沸點與金剛石相同。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2020年10月2日32作業(yè)：寫出下列反應的化學方程式CCO2Na2CO3NaHCO3COCaCO3Ca(HCO3)2注：不能重復2020年10月2日331.C+O2====CO2點燃2.2C+O2====2CO點燃3.CO2+2Mg====C+2MgO點燃4.C+CO2====2CO高溫5.CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O6.CO2+Ca（OH）2==CaCO3↓+H2O7.2CO+O2====2CO2燃燒8.CO2+H