碳族
碳族元素
(二)碳的氧化物（CO2和CO）
1、CO2（1）物性：无色无味，密度比空气 大的气体，能溶于水，固体CO2称“干冰” （2）化学性质：a、具有酸性氧化物的通性 b、弱氧化性：CO2＋C＝2CO 点燃 CO2＋2Mg==2MgO+C （3）制取：工业上煅烧石灰石 : 高温 CaCO3==CaO+CO2 实验室：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O 固体＋液体－气（不加热）可启普发生器及 简易装置
练习：某无色溶液可能由Na2CO3 、MgCl2 、 NaHCO3 、BaCl2 中的一种或几种混合而成.往 溶液中加入烧碱溶液出现白色沉淀 ，加入稀 H2SO4 也出现白色沉淀，并放出气体，据此分 析，下述组合判断中正确的是 （ B ） ① 肯 定 有 BaCl2 ② 肯 定 有 MgCl2 ③ 肯 定 有 NaHCO3 ④肯定有Na2CO3 或NaHCO3 ⑤肯定 无MgCl2 A、① ② ⑤ B、① ③ C、② ④ D、① ③ ⑤
从左到右酸性减弱、碱性增强
CH4 SiH4
－
－
－
从左到右稳定性减弱
3、单质的物理性质（见P148）
思考1：根据元素周期律的知识，Pb的金属性比Sn强， 而在金属活动性顺序表中，Sn的活动性却比Pb强，这 是否矛盾？
不矛盾。在金属活动性顺序表中，是指金属单质在水溶液中失 去电子的能力；而元素周期表中指元素原子失电子能力强弱。
碳族元素性质递变规律
元素符号 原子半径的变化 金属性、非金属 性变化 最高正价 最高价氧化物化 学式 对应水化物化学 式及酸碱性强弱 氢化物化学式及 稳定性
C
Si
Ge
Sn
Pb
从左到右逐渐增加
高中化学关于炭族元素的知识点详解
高中化学关于炭族元素的知识点详解高中的高中会学习到很多的知识点，下面本人的本人将为大家带来关于碳族元素的知识点的介绍，希望能够帮助到大家。
高中化学关于炭族元素的知识点的介绍1. 碳族元素性质的相似性和递变性：(1)相似性① 碳族元素原子结构最外层都为4个电子，C、Si为非金属元素，Ge、Sn、Pb为金属元素。
② 最高正价为 4，负价为-4。
③ 非金属元素可形成气态氢化物RH4④ 非金属元素最高价氧化物对应的水化物为H2RO3，其水溶液呈酸性;金属元素低价氧化物对应水化物为、具两性偏碱性。
2. 碳单质(C)碳元素价态变化及重要物质：碳的同素异形体有金刚石和石墨两种。
(1)金刚石和石墨的晶体结构：金刚石晶体里，每个碳原子都处于四个碳原子的中心，以共价键跟四个碳原子结合成正四面体结构，正四面体结构向空间发展，构成一个空间网状晶体，为原子晶体。
石墨晶体是层状结构，每层内的碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面网状结构，同一层内，相邻的碳原子以非极性共价键结合，层与层以范德华力相结合，因层与层之间易滑动，质软。
石墨晶体为层状晶体(看作混合型晶体)。
(2)物理性质：金刚石和石墨物理性质有较大差异。
(3)化学性质：碳单质常温下性质很稳定，碳的性质随温度升高，活性增大。
碳的同素异形体化学性质相似。
① 可燃性：在充足空气中燃烧C O2(足) 2CO② 高温下，与氢、硫、硅等发生化合反应：C+2S CS2(C表现还原性)C+Si SiC(C表现弱氧化性)C+2H2 CH4(C表现弱氧化性)③ 高温下，与钙、铁、铝、硅的氧化物发生反应，生成碳化物或还原出金属单质。
CaO+3C CaC2+CO(电石)CuO+C Cu+COSiO2+2C Si+2COFe2O3+3C 2Fe+3CO④ 高温下，与水蒸汽发生反应，⑤ 与氧化性酸发生反应：C 4HNO3(浓) CO2↑ 2SO2↑ 2H2O3. 二氧化碳(CO2)属于酸性氧化物，即为碳酸酸酐。
碳族元素知识点总结
碳族元素知识点总结碳族元素是元素周期表中的第14组元素，包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)和铅(Pb)。
碳族元素具有许多重要的化学和物理性质，对于我们的日常生活和工业发展具有重要意义。
以下是关于碳族元素的几个主要知识点的总结：1.原子结构和电子配置：碳族元素位于周期表的p区，外层电子结构为ns2np2、碳原子的电子配置为1s2 2s2 2p2、在碳族元素中，碳和硅是典型的非金属，锗是半金属，锡是过渡金属，铅是主族金属。
2.原子半径和离子半径：碳族元素的原子半径有增大的趋势。
这是因为随着原子序数的增加，电子层的数量也增加，电子屏蔽效应增强，从而使得原子半径增加。
在同一族元素中，离子半径随着正电荷数的增加而减小。
3.化学反应性：碳族元素的化学反应性有较大差异。
碳和硅都是非金属，具有较高的电负性。
它们能够形成多种化合价的化合物，如碳的四价化合物和硅的四价和六价化合物。
锡和铅具有特殊的价态行为，可以形成多种化合价的化合物。
锡和铅通常表现出二郎功能。
4.晶体结构和物理性质：碳族元素的晶体结构和物理性质有明显的变化。
碳以钻石、石墨和富勒烯等多种晶体结构存在。
钻石具有非常高的硬度，石墨具有良好的导电性和润滑性，富勒烯则具有独特的球形结构。
硅具有金刚石样的晶体结构，可以形成多种晶体相。
锡和铅以金属晶体结构存在，具有良好的导电性和可塑性。
5.化合物和应用：碳族元素形成了众多的化合物，具有重要的应用价值。
最重要的化合物是碳的氧化物，如二氧化碳和一氧化碳。
二氧化碳在大气中起到重要的温室效应，一氧化碳是一种有毒气体。
锗和硅的氧化物是重要的半导体材料。
锡和铅的氧化物具有良好的导电性和光学性能，常用于制备导电玻璃和陶瓷材料。
此外，锡和铅还广泛用于合金制备和防腐剂。
6.生物学意义：碳族元素在生物学中具有重要的意义。
生命体中含有大量的碳和硅。
碳是有机物的组成要素，是地球上生物多样性的基础。
硅在植物细胞壁和一些动物骨骼中起到结构支持的作用。
[实用参考]无机化学-碳族元素.ppt
![[实用参考]无机化学-碳族元素.ppt](https://img.taocdn.com/s3/m/b8f4c5919ec3d5bbfc0a744d.png)
直线形 直线形
C2H2、HCN CO
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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
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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
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Pb: 质软、密度大（11.35g·cm-3),纯铅在空气中不稳定 →Pb（OH）2或Pb2（OH）2CO3
C(石墨）→（金刚石）石理墨：转化为金刚石的机
△fGmθ/kJ·mol-1 0
ρ/g·cm-3
2.260
2.9 ⑴ 溶剂说：石墨先溶解 3.515 在溶剂（金属催化剂）
△fHmθ/kJ·mol-1
O
1.897 中成为单个碳原子，然 后在冷却时直接生成金
反应的特点？ 吸热、体积减小 刚石。
欲使反应正向进行，采取的措施？⑵ 固相转化说：石墨的
第十四章 碳族元素
§14-1 碳族元素的通性 §14-2 碳族元素的单质及其化合物 §14-3 无机化合物的水解性
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元素符号 C Si Ge Sn
Pb
价电层结构 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2
6s26p2
电负性
2.01 1.96(Ⅳ) 2.33 (Ⅳ) 2.25 1.90 (Ⅳ) 1.80(Ⅱ) 1.87 (Ⅱ)
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上图：纳米管在预先做 好阵列的硅晶片上催化 生长的结果。把Si晶片 置于一个充满乙烯容器 内,在特定的晶面上涂上 催化剂，加热后，高纯 的碳管以惊人的速度生 长，其速度可以达到每 小时500英里。
碳族化学知识点总结
碳族化学知识点总结
1.碳的化学性质
碳是自然界中广泛存在的元素，常见的存在形式有石墨、金刚石和富勒烯等。
在化合价态上，碳可以形成C4+、C3+、C2+和C-4等多种氧化态，这使得碳能够形成多种不同的化合物。
碳最为重要的化合物就是有机物，通过碳的共价键形成了许多复杂的有机分子，包括烃类、醇类、醛酮类、酸类等等。
因此有机化学是碳化学的一个重要分支，对于探索碳的化学性质和应用具有极为重要的意义。
2.硅的化学性质
硅是地壳中第二丰富的元素，它也拥有和碳相似的化学性质。
在自然界中，硅以SiO2的形式存在，它是一种常见的无机化合物，常用来制备其他硅化合物。
硅也能够形成C4+、C3+、C2+甚至C-4的氧化态，因此和碳一样，硅也能够形成多种化合物，比如硅烷、硅醇、硅酸等。
此外，硅还可以与氧形成硅-氧链或硅-氧环，从而形成无机硅化合物。
硅的这些性质使得它在材料科学、半导体行业以及生物医学领域具有广泛的应用。
3.锗、锡和铅的化学性质
锗、锡和铅在地壳中的含量逐渐递减，它们的化学性质也逐渐向金属方向发展。
锗和硅相似，它可以形成多种氧化态的化合物，并且能够与氧、氮、硫等元素形成多种化合物。
锡和铅则更具有金属特性，它们都能够形成阳离子，并且和其他元素形成多种化合物，比如氧化物、硫化物、氯化物等。
锡和铅也广泛应用于材料科学、化工、医学等领域。
总而言之，碳族元素拥有丰富的化合价态和多样的化学性质，这使得它们在自然界和工业生产中都具有广泛的应用价值。
希望上述知识点能够对学习碳族化学的同学有所帮助。
碳族元素
硅酸盐工业
三、硅单质及其化合物
硅酸盐 硅酸盐的表示方法
三、硅单质及其化合物
重要的硅酸盐—Na2SiO3 硅酸钠俗称泡花碱，其水溶液又叫水玻璃 因为水解而成碱性，是一种建筑粘合剂。
硅、磷、硫、氯气态氢化物的 稳定性比较
三、硅酸盐与无机非金属材料
玻璃 纯碱、石灰石、 原料 石英 CaCO3+SiO2高温 反应 CaSiO3+CO2↑ 高温 原理 NaCO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑ 反应 高温 条件 强热 冷却 生产 原料→熔体→玻璃 过程 水泥 粘土、 石灰石 陶瓷 粘土
要领：两边原子个数守恒， 格式：金属氧化物、二氧化硅、水 顺序：金属按活动顺序表
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碳 族 元 素 碳 及 其 化 合 物
2．阅读下列材料，回答有关问题： 锡、铅两种元素的主要化合价分别是+2价、+4 价，其中+2价锡元素和+4价铅元素的化合物均 是不稳定的，+2价锡离子有强还原性，+4价铅 元素的化合物有强氧化性。例如：Sn2+ 还原性 比Fe2+还原性强；PbO2 的氧化性比Cl2 氧化性强。 （1）写出下列反应的化学方程式： ①氯气跟锡共热
2NaHCO3
== SiO3 2- +H2O
(4)不与酸反应
(4)与氢氟酸反应 SiO2+4HF==SiF4+2H2O (腐蚀玻璃）
(1)化工原料：制纯碱、 尿素；高温 (2)灭火
天然存在：石英 水晶 硅藻土 (1)水晶用于制造电子
用
(3)干冰用人工降雨；
途 (4)制碳酸饮料等
仪器的重要部件、光
学仪器、工艺品
化学仪器、光 学仪器、运动 用途 器材、通讯器 材、窗玻璃、 玻璃瓶、杯
碳族元素
碳族元素一、碳族元素碳族元素位于元素周期表第IV A 族,包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)五种元素.最外层电子数均为4个,易形成共价化合物,主要化合价为+2、+4价.碳族元素比同周期的氮族元素的金属性强.由碳→硅→锗→锡→铅,核电核数递增,电子层数增多,原子半径增大,元素单质的非金属性递减,金属性增强;C 、Si 的氢化物RH 4稳定性逐渐减弱,而Ge 、Sn 、Pb 不存在严栺意义上的氢化物.最高价氧化物的水化物酸性递减,碱性增强,酸性H 2CO 3>H 2SiO 3,碱性Ge(OH)4<Sn(OH)4<Pb(OH)4,且后三者均有两性;Pb 以+2价的化合态较为稳定,其他4种元素通常状态下以+4价的化合态较为稳定.锗是一种灰白色的脆性金属,它的晶体结构是金刚石型,熔点为1210 K.在化学性质上,它略比硅活泼些.在400 K 左右,就能被氯化成GeCl 4.若锗呈细粉状,则瞬间燃烧.它能溶于浓H 2SO 4和浓HNO 3中,但不溶于NaOH 溶液中,除非有H 2O 2存在,高纯锗是一种良好的半导体材料.二、碳及其化合物(一)碳的同素异形体不活泼 比金刚石稍活泼 石墨比金刚石稳定碳,表面积大,吸附能力强,称为活性炭.C 60是一种以新的单质形态存在的碳,由60个碳原子构成的分子,形似足球,故又称为足球烯或富勒烯.(二)碳的化学性质1.与非金属反应2C+O 22CO(O 2不足) C+O 2CO 2(O 2充足)C+H 2CH 42.与氧化物反应C+H 2OCO+H 2C+2CuO =====△2Cu +CO 2↑2C+Fe 2O 33Fe+2CO 2↑3.与某些强氧化性酸反应C+2H 2SO 4(浓)=====△CO 2↑+2SO 2↑+2H 2OC+4HNO 3(浓)=====△CO 2↑+4NO 2↑+2H 2O(三)碳的氧化物1.一氧化碳(CO)CO 是无色、无味、剧毒气体;熔点-196℃,沸点-191.5℃;难溶于水,通常1体积水约溶解0.02体积的CO;密度比空气略小;可燃,在高温下有较强的还原性.CO 是一种配体,能与一些有空轨道的金属原子或离子形成配合物.例如同VI B 、VII B 、VIII 族的过渡金属形成 羰基配合物:Fe(CO)5、Ni(CO)4和Cr(CO)6等.(1)CO 是较好的还原剂它在高温下可以从许多金属氧化物中夺取氧,使金属还原,如Fe 2O 3、CuO 或PbO.CO 还能使一些化合物中的金 点燃点燃属离子还原.如:3CO+Fe 2O 32Fe+3CO 2CO+CuO =====△Cu +CO 2CO+H 2O+PdCl 2=Pd↓+2HCl+CO 2(该反应可以作为CO 的检验,反应十分灵敏)以上这些反应都可以用于检测微量CO 的存在.(2)CO 与其他非金属的作用 与卤素反应:CO 与F 2、Cl 2、Br 2反应可得到碳酰卤化物,如CO+Cl 2−−→−光照COCl 2 碳酰氯又名“光气”.目前工业上是用活性炭作催化剂,在200℃时,等体积的一氧化碳和氯气作用制取.碳酰氯在室温时为带有甜味的无色气体,沸点为8.2℃,熔点为-118℃,相对密度1.432,易溶于苯以及甲苯.碳酰氯毒性很强,对人和动物的黏膜以及呼吸道有强烈刺激的作用,具有窒息性,侵入组织则产生盐酸.在第一次世界大战时曾被用作毒气.碳酰氯具有酰氯的一般特性,可収生水解、醇解、氨解等反应,是一种比较活泼的试剂,是有机合成上的一个重要原料.(3)CO 与碱的作用CO 显非常微弱的酸性,在473 K 以及1.01×103kPa 压力下能与粉末状的NaOH 反应生成甲酸钠:CO+NaOH −−−−−→−⨯kPa 1001.1,3活性炭HCOONa2.二氧化碳(CO 2)CO 2是无色无味的气体,比空气重,能溶于水(1:1),易液化,固体CO 2俗称“干冰”,属于分子晶体,能升华,汽化时吸热,常作制冷剂.CO 2一般情况下不能燃烧,也不能助燃,但在与C 、Mg 等物质的反应中体现出氧化性.如 CO 2+2Mg 2MgO+C CO 2是碳酸的酸酐,具有酸酐的通性.与水反应:CO 2+H 2O H 2CO 3与碱的反应:CO 2(不足)+2NaOH=Na 2CO 3+H 2OCO 2(足)+NaOH=NaHCO 3与碱性氧化物反应:CO 2+Na 2O=Na 2CO 3与盐反应:CO 2+Na 2CO 3+H 2O=2NaHCO 3实验室常用石灰石(CaCO 3)与稀盐酸或稀硝酸反应制取CO 2,反应方程式如下:CaCO 3+2HCl=CaCl 2+CO 2+H 2O CaCO 3+2HNO 3=Ca(NO 3)2+CO 2+H 2O知识拓展:碳的其他化合物(1)碳为-4价的化合物(CH 4、Al 4C 3、TiC 、ZrC 、Mo 2C 、W 2C 等)水解性(或与水反应):Al 4C 3+12H 2O=4Al(OH)3↓+3CH 4↑ CaC 2+2H 2O=Ca(OH)2+C 2H 2↑20%HfC 和80%TaC 组成的合金是已知物质中熔点最高的(4400℃).(2)CS 2CS 2是易挥収、易燃的无色有机溶剂,明显水解:CS 2+2H 2O=CO 2↑+2H 2S↑与碱性硫化物的反应:CS 2+Na 2S=Na 2CS 3(四)碳酸(H 2CO 3)和碳酸盐1.碳酸碳酸是CO 2的水溶液,只存在稀溶液中,很不稳定,是一种二元弱酸,具有酸的通性.碳酸的酸性比H 2S 、HClO 、苯酚的酸性强,比CH 3COOH 弱.2.碳酸盐的特征铵盐和碱金属的碳酸盐易溶于水,但其酸式盐的溶解度较低.在饱和Na 2CO 3溶液中通入CO 2会有NaHCO 3晶体析出:CO 2+Na 2CO 3+H 2O=2NaHCO 3↓;而其他金属离子的碳酸盐难溶于水,但其酸式盐却有较大的溶解度. 地表层中的CaCO 3和MgCO 3在CO 2和水的长期侵蚀下部分转变为Ca(HCO 3)2和Mg(HCO 3)2而溶解,所以天然水中含有Ca 2+、HCO 3-等离子.由于长期的自然分解,又会析出沉淀即反应如下:Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓+CO 2↑+H 2O Mg(HCO 3)2=====△MgCO 3↓+CO 2↑+H 2O通过以上反应表明了自然界中钟乳石和石笋的形成原因.易溶于水的碳酸盐,其水溶液显碱性:CO 32-+H 2O HCO 3-+OH -碱金属的碳酸盐加热难以分解,其他金属的碳酸盐高温下分解为金属氧化物和CO 2.3.碳酸氢盐的特征碳酸氢盐都溶于水.一般来说,HCO 3-的水解程度大于其电离程度,所以其水溶液呈碱性:HCO 3-+H 2O H 2CO 3+OH -因为CO 32-的水解程度大于HCO 3-的水解程度,所以相同浓度的Na 2CO 3溶液的碱性大于NaHCO 3溶液的碱性.碳酸氢盐受热不稳定,存在下面的热稳定性规律:CO 2>>相应的碳酸盐>酸式碳酸盐>碳酸 点燃4.金属离子与可溶性碳酸盐的反应特点碳酸盐的重要特点是CO 32-易水解,向CO 32-加入金属离子,有三种情况:(1)金属M 电荷高,极易水解:Al 3+、Fe 3+、Cr 3+加入CO 32-,収生双水解反应,相互促迚,产物为M(OH)3+CO 2↑.(2)金属M 可以水解,其氢氧化物的溶解度与碳酸盐差不多,结果形成碱式盐沉淀,如Be 2+、Mg 2+、Cu 2+. Mg(OH)2的溶解度S=2.4×10-4 g,MgCO 3的溶解度S=3.2×10-3g,则Mg 2+与CO 32-的反应为2Mg 2++CO 32-+H 2O=CO 2↑+Mg 2(OH)2CO 3↓.(3)碳酸盐溶解度较小,M 离子水解程度不大,则生成碳酸盐沉淀,如Ca 2+、Sr 2+、Ba 2+.Ba 2++CO 32-=BaCO 3↓三、硅及其化合物(一)硅硅是自然界中分布很广的一种元素,在地壳中,它的含量仅次于氧.单质硅存在同素异形体,有晶体硅和无定形硅.1.物理性质单质硅的晶体是原子晶体,具有四面体型空间网状结构.晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,熔沸点高,硬度大,是一种良好的半导体材料.硅只能以化合物形式存在于自然界中,主要存在形式为SiO 2以及硅酸盐、铝硅酸盐等.2.化学性质硅原子最外层电子数为4,不易得到电子也不易失去电子,通常形成共价化合物.常温下,单质硅的化学性质不活泼,只与F 2、HF 和强碱溶液収生反应:Si+2F 2=SiF 4 Si+4HF=SiF 4↑+2H 2↑加热条件下,Si 能同O 2、Cl 2、Br 2、C 化合,但难与H 2直接化合生成SiH 4,且SiH 4很不稳定,在空气中自燃.Si+2X 2=====△SiX 4(X=Cl 、Br 、I)Si+O 2=====△SiO 2(研细的Si 能在O 2中燃烧)硅在高温下与水蒸气反应:Si+H 2O(g)H 2SiO 3+2H 2硅在具有氧化性的酸中収生钝化,它可以溶于HF —HNO 3的混合酸中:3Si+4HNO 3+18HF=4NO↑+8H 2O+3H 2SiF 6 知识拓展:硅的制备SiCl 4+Zn=Si+2ZnCl 2SiO 2和C 混合,在电炉中加热:SiO 2 + 2CSi + 2CO↑ SiO 2+CaC 2=Si+Ca+2CO↑硅烷的分解:SiH 4=====△Si+2H 2↑用作半导体的超纯硅,需用区域熔融的方法提纯.(二)二氧化硅(SiO 2)和硅酸二氧化硅又叫硅石,是石英和水晶的主要成分.SiO 2是原子晶体,且Si —O 键键能很大,因此具有很高的熔沸点,硬度大,不溶于水,不导电.纯净的SiO 2晶体叫做水晶,它是六方柱状的透明晶体,是较贵重的宝石.水晶或石英在受压时能产生一定的电场,这种现象被称为“压电效应”.这种“压电效应”被应用在电子工业以及钟表工业和超声技术上. SiO 2是酸性氧化物,但由于Si 的+4价是其最稳定的价态,故SiO 2只能在高温下収生一些反应.与碱的反应:SiO 2＋2NaOH=Na 2SiO 3＋H 2O与碱性氧化物反应:SiO 2＋CaO CaSiO 3弱氧化性:SiO 2 + 2C Si + 2CO↑与氢氟酸反应:4HF(g)+SiO 2=SiF 4+2H 2O(腐蚀玻璃) 6HF(aq)+SiO 2=H 2SiF 6+2H 2O与某些盐的反应:SiO 2+Na 2CO 3Na 2SiO 3+CO 2↑SiO 2用于制备光导纤维、光学仪器、精密仪器轴承、化学仪器等.硅酸是SiO 2对应的水化物,为白色粉末状固体,不溶于水,酸性比碳酸弱,在水溶液中是H 4SiO 4(原硅酸)白色沉淀,失水后为H 2SiO 3.可溶性硅酸盐与H 2O 和CO 2生成H 2SiO 3:Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓易错提示:1.认为Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓与SiO 2+Na 2CO 3Na 2SiO 3+CO 2↑两个方程式有矛盾:原因是没有注意到两个反应的条件不同:第一个反应符合一般复分解反应収生的条件,即用较强酸制取较弱的酸;第二个反应由于生成气体CO 2,可以用平衡的观点加以解释,由于CO 2随反应的迚行不断逸出,使上述平衡正向移动,所以反应得以迚行.2.为何碱性溶液可盛装在玻璃瓶中,而不能使用玻璃塞:原因在于SiO 2是普通玻璃的成分之一,其为酸性氧化物,它可与碱性溶液反应,但反应受外界条件(如温度、浓度、接触面积等)影响.瓶口处沾附的氢氧化钠溶液易挥収水分,使其浓度增大,同时因瓶塞是磨口的,表面凹凸不平增大了与碱性溶液的接触面积,反应易迚行,且生成的硅酸钠是一种矿物胶,时间一长可使瓶塞与瓶体黏合在一起;而瓶内瓶壁光滑,氢氧化钠溶液与瓶体接触面积小,反映量微小.(三)硅化物I A 、II A 族硅化物:Ca 2Si 、CaSi 、CaSi 2等,不稳定,与水反应.副族元素硅化物:Mo 3Si 、Mo 5Si 3、MoSi 、MoSi 2等,熔沸点较高,不溶于氢氟酸和王水,仅仅溶于HF —HNO 3的混合酸或碱液中.SiCl 4、SiO 2、Si 3N 4、SiC 和SiH 4为正四面体结构单元.SiF 4的制备:4HF(g)+SiO 2=SiF 4+2H 2OSiCl 4的制备:SiO 2+2C+2Cl 2=2CO+SiCl 4SiH 4在纯水和微酸性溶液中不水解,但用微量碱作催化剂时,迅速水解:SiH 4+(n +2)H 2O −−→−-OH SiO 2∙n H 2O+4H 2↑(四)无机非金属材料1.传统硅酸盐材料以含有硅物质为原料经加热制成硅酸盐产品的工业叫做硅酸盐工业.如水泥、玻璃、陶瓷产品的生产.(1)水泥水泥主要作为建筑材料,其生产的原料、设备、流程以及产品主要成分如下:主要原料:石灰石、黏土、石膏(辅助原料,用于调节水泥的水硬性).主要设备:回转窑.生产流程:原料(石灰石、黏土一定配比)→粉碎成生料→回转窑中高温烧结→熟料→粉碎加辅助材料得到成品水泥.主要成分:硅酸三钙(3CaO∙SiO 2)、硅酸二钙(2CaO∙SiO 2)、铝酸三钙(3CaO∙Al 2O 3).主要特性:水硬性.(2)玻璃玻璃用途广泛,通常用作建筑材料、光学材料等.普通玻璃的生产是硅酸盐工业的重要组成部分.其主要原料、设备、反应原料、产品成分和种类如下:主要原料:石英、纯碱、石灰石等.主要设备:玻璃熔炉等.反应原理:SiO 2+Na 2CO 3Na 2SiO 3+CO 2↑SiO 2+CaCO 3CaSiO 3+CO 2↑主要成分:Na 2SiO 3、CaSiO 3、SiO 2.玻璃种类:普通玻璃、石英玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃等.(3)传统陶瓷传统陶瓷主要以黏土为原料,制备流程通常是:混合→成型→干燥→烧结→冷却.陶瓷根据原料和烧成温度通常可分为:土器(如砖、瓦等)、陶器(较瓷器要求低、较粗糙)、炻器(介于陶器与瓷器之间,如水缸、砂锅)、瓷器(瓷器较陶器瓷体白净、质地致密)等.陶瓷具有抗氧化性好、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘性好等特性.2.新型无机非金属材料新型无机非金属材料主要指半导体、超硬耐高温材料、収光材料、超导材料等.新型无机非金属材料具有耐高温、超硬性,常用来制作轴承、永久模具等;具有优越的电学性能,常用来制作绝缘体、半导体、导体、超导体等;具有良好的光学性能,可用于通讯、信息处理以及医疗等;具有生物功能,用于生物体替代组织或器官,如骨骼、血管等.新型陶瓷主要有高温结构陶瓷、半导体陶瓷、生物陶瓷等.高温结构陶瓷,如氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷,均具有熔点高、硬度大等优点;半导体陶瓷有氧化锡陶瓷;生物陶瓷有氧化铝、磷酸钙陶瓷等.这些新型陶瓷材料除具有传统陶瓷的耐腐蚀性、耐高温的性能外增添了质硬等许多优良个性.从高纯度的SiO 2或石英玻璃熔融体中,拉出直径约100µm 的细丝,称为石英玻璃纤维,这种纤维称为光导纤维.光纤通信是一种新技术,它将光信号在光导纤维中迚行全反射传播,取代了电信号在铜线中的传播,达到两地通信的目的.光纤通信优点:信息传输量大,每根光缆可同时通过10亿路电话;原料来源广;质量轻,每千米27 g;不怕腐蚀,铺设方便;抗电磁干扰,保密性好.知识拓展:传统无机非金属材料的特征:(1)抗腐蚀、耐高温(2)质脆、经不起热冲击新型无机非金属材料的特征:(1)耐高温、高强度(2)具有光学特征(3)具有电学特征(4)具有生物功能。
碳族元素
铅(Pb)
碳族元素及单质的一些性质
原子半径 nm 主要 化合价 颜色、状态 密度 g/cm3 熔点 ℃ 沸点 ℃
0.077
+2,+4
金刚石：无色固体 石墨：灰黑色固体 晶体硅：灰黑色 固体
3.51 2.25 2.32 ~2.34
3550 3652
4827 4827
0.117
+2,+4
1410
2355
0.122
+2,+4
银灰色固体
5.35
937.4
2830
0.141
+2,+4
银白色固体
7.28
231.9
2260
0.175
+2,+4
蓝白色固体
11.34
327.5
1740
碳族元素性质的特殊性
碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)的+4价化合物是稳定 的, 如CO2、SiO2、GeO2、SnO2的氧化性较弱
Si
Ge Sn Pb
SiH4
GeH4 SnH4
(SiO)
GeO SnO PbO
SiO2
GeO2 SnO2 PbO2
元素符号
C 6
Si 14
Ge 32
Sn 50
Pb 82
原子序数
原子半径的变化趋势
随着原子序数的递增，原子半径增大
金属性与非金属性的变化 金属性逐渐增强，非金属性减弱 趋势 最高正价
最高价氧化物化学式 +4 +4 +4 +4 +4
CO2
SiO2
GeO2
SnO2 PbO2
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第十五章碳族本章摘要碳单质氧化物碳酸及其盐其它含碳化合物硅单质硅烷硅的卤化物硅的含氧化合物锗锡铅单质锗锡铅的含氧化合物卤化物和硫化物§0.概述存在C碳：单质: 石墨、金刚石, C60, C70无机物: CO2，石灰石、大理石CaCO3，白云石MgCa(CO3)2；有机物: 动植物体，煤(s)，石油(l)，天然气(g). 排第13位.S硅：以Si-O-Si键存在，水晶、石英(SiO2)，及其它硅酸盐矿物，居第2位。
Ge锗：锗石矿Cu2S·FeS·GeS2Sn锡：锡石矿SnO2云南个旧, 锡都Pb铅：方铅矿PbS§1.碳一.单质1. 同素异形体石墨: 硬度小，熔点极高。
混合晶体，层状结构, C：sp2杂化，剩余的p1轨道，在层内有πn n键，有离域电子, 所以导电；层间分子间作用力小，易滑动，有润滑性。
金刚石：原子晶体，硬度最大、熔点最高的晶体。
C：sp3杂化，四面体网状结构，无自由电子，不导电。
碳簇: 以C60为最常见。
20个六边形，12个正五边形，60个顶点。
又称足球烯、富勒烯或巴基球。
2. 碳的还原性冶金工业上，用碳还原金属氧化物制备金属，如:MgO + C ===Mg + CO (2000K)所以碳在冶金工业上被广泛用为还原剂.二氧化物2. CO 无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小.1°制备向热浓硫酸中滴加甲酸:草酸与浓硫酸共热:H2C2O4(s) === CO + CO2 + H2O (CO2和H2O 用固体NaOH柱吸收)制纯的CO, 可用分解羰基化合物法:工业上将空气和水蒸气交替通入红热碳层:得到的气体含CO 25％，CO2 4％，N2 70％（体积比）,称为发生炉煤气。
另一反应：得到含CO 40％，CO2 5％，H2 50％为水煤气。
生成的发生炉煤气和水煤气都是工业上的燃料气。
2°CO的化学反应CO + Cl2 === COCl2光气CO + NaOH === HCOONa (高压)CO + H2 === 多种C、H有机化合物(催化剂)微量的CO通入PdCl2溶液中，可使溶液变黑CO + PdCl2 + 2H2O === Pd + CO2 + HCl 鉴定CO三碳酸及其盐1、结构2. 可溶性碳酸盐Na2CO3, K2CO3和(NH4)2CO3等均易溶于水。
但NaHCO3、KHCO3和NH4HCO3的溶解度相对小些。
原因是HCO3-有分子间氢键，发生缔合，形成双聚酸根。
CaCO3难溶，而Ca(HCO3)2的溶解度比它大些。
原因是CaCO3是电荷高(2:2)，引力大, 不易溶解; 但Ca2+和是＋2对－1，引力相对小些, 易于溶解。
3. 碳酸盐的生成由于水解，Na2CO3溶液中，有OH-和两种离子. Na2CO3总浓度 C =1.0时，将有[] = 8.6 X, [OH-] = 1.4 X.在含有金属离子溶液中加Na2CO3，则产生沉淀情况要视M(CO3)n和M(OH)n的溶解度而定。
1°若M(CO3)m 溶解度<< M(OH)n溶解度, 则加入Na2CO3时只生成M(CO3)n沉淀。
如。
2 °若M(OH)n 溶解度极小，则只生成M(OH)n. 如3 °两种物质的溶解度不属于以上这两种情况，而是介于中间，则生成碱式盐。
如:4 °改变沉淀剂的情况，加入NaHCO3溶液，则[OH-]小了，有些生成碱式盐的，如等, 可以生成碳酸盐。
5 °若加入的沉淀剂是被CO2饱和了的NaHCO3溶液，则[OH-]更少些，可使沉淀出正盐，但由于[]也少了，致使溶度积大的MgCO3不能沉淀。
但是, CuCO3 , HgCO3由于水解强，尚未制得。
4. 碳酸盐的热分解Na2CO3 === Na2O + CO2(850C°)MgCO3 === MgO + CO2(540C°)NaHCO3 === Na2CO3 + H2O + CO2(270C°)H2CO3 === H2O + CO2 (常温)均产生CO2气体，阳离子的极化作用越大, 越易分解。
四其它含碳化合物1、四氯化碳CCl4CCl4是无色液体，重要非水非极性溶剂，不水解，是灭火剂，阻燃剂。
(隔绝空气)制备: CH4 + 4Cl2 ===CCl4 + 4HCl (713K)CS2 + 3Cl2 === CCl4 + S2Cl2 (FeCl3, 300K)分馏, 先蒸出为CCl4 (b.p. 76.8℃)2. 二硫化碳CS2CS2无色液体，重要的非水溶剂。
性质:CS2 + 3O2 === CO2 +2SO2 (点燃)CS2是酸性硫化物，可以与K2S反应K2S + CS2 ===K2CS3硫代碳酸钾制备: 硫蒸气通过红热木炭C + 2S === CS2 (炽热)§2.硅一.单质灰黑色，高硬度，m.p.较高。
结晶硅是重要电子工业材料。
1. 制备SiO2 + 2C ===Si(粗) + 2CO (电炉)粗硅提纯Si + 2Cl2=== SiCl4(l)蒸馏得纯SiCl4 , 用H2还原纯SiCl4SiCl4 + 2H2=== Si(纯) + 4HCl (电炉, 催化)2. 化学反应Si在常温下不活泼，而在高温下可以和O2、Cl2、N2反应.单一的酸不能和Si反应，要用HF－HNO3混酸:3Si + 18HF + 4HNO3 === 3H2SiF6 + 4NO(气体)+ 8H2O相当于王水的作用，其实的很小。
和强碱的作用: 类似于硼Si + 2NaOH + H2O === Na2SiO3 + 2H2（气体）二硅烷Si-Si键不如C－C键强，因为Si的半径比C大. 硅烷的种类比烷烃少得多。
n≤6。
最典型的是甲硅烷，n = 1,SiH4 : 无色无臭气体。
1. 制备SiO2与金属一同灼烧: SiO2 + 4Mg === Mg2Si + 2MgO (灼烧)在酸中水解: Mg2Si + 4HCl === SiH4 + 2MgCl2这样制得的SiH4中含有Si2H6, Si3H8等杂质纯的SiH4 : SiCl4 + LiAlH4===SiH4 + LiCl + AlCl32. 化学性质（与CCl4对比）1°稳定性比CH4差。
SiH4 === Si + 2H2(气体) 773K 对于甲烷分解: 1773K2 °还原性在空气中自燃3 °水解对于甲烷, 无此反应三硅的卤化物SiF4(g), SiCl4(l), SiBr4(l), SiI4(s) 均无色1. 水解性SiX4 + 4H2O ===H4SiO4 + 4HX此为共性，SiCl4,无色液体，刺激性，空气中潮解发烟.关键是Si有空的d 轨道，可以形成sp3d五配位的中间体，故SiX4易水解，而CCl4无空轨道，不易水解。
SiF4 + 4H2O=== H4SiO4 + 4HFSiF4 + 2HF ===H2SiF6 (氟硅酸，比H2SO4酸性还强)H2SiF6是强酸，和H2SO4相当，但纯的H2SiF6尚未制得，其盐Na2SiF6, K2SiF6较难溶，但PbSiF6易溶。
2、制备四硅的含氧化合物1. 二氧化硅SiO2不溶于水，但它是硅酸的酸酐; 加热溶于强碱水溶液或溶于熔融态NaCO3, 形成可溶性硅酸盐（Na2SiO3）SiO2和HF有特殊反应:2. 硅酸可溶性硅酸盐与酸的反应可得正硅酸硅酸根之间易缩合，使硅酸的存在形式很复杂，经常用XSiO2·YH2O表示，如:X=1, Y=1, H2SiO3偏硅酸X=1, Y=2, H4SiO4正硅酸、原硅酸X=2, Y=1, H2Si2O5二偏硅酸X=2, Y=3, H6Si2O7焦硅酸(相当于2个正硅酸脱1个水分子) 正硅酸放置时，生成多硅酸胶体溶液。
3. 硅胶在单体可溶性硅酸盐(NaSiO3)中, 加H+, 至pH＝7～8时, 硅酸根缩聚形成大分子量的胶体溶液. 当分子量达到一定程度时, 变成凝胶. 用水洗去掉阳离子, 烘干(333-343K), 加热(573K)活化, 得到多孔硅胶, 可用为干燥剂.4. 硅酸盐硅酸盐种类极多，其结构可分为链状、片状和三维网络状，但基本单元都是硅氧四面体。
§3.锗锡铅一.单质1. 物理性质锗: 银白色，硬金属；铅: 暗灰色，软金属，密度大；锡: 有三种同素异形体:灰锡呈灰色粉末状，白锡在286K下变成灰锡，自行毁坏，从一点变灰, 蔓延开来, 称为锡疫。
所以锡制品不宜冬季放在室外.白锡是的单质, 银白色(带蓝色), 有延展性2. 与酸碱的反应1°与盐酸反应2°与氧化性酸的反应3 °与碱的反应碱性溶液中Ge, Sn, Pb全部溶解，只有Ge不溶解于HCl。
二锗锡铅的含氧化合物1. 酸碱性Ge, Sn, Pb 都有两种氧化物MO, MO2. MO两性偏碱, MO2两性偏酸, 均不溶于水. 氧化物的水合物也不同程度的具有两性.在水溶液中有两种电离方式:碱性最强的是Pb(OH)2，酸性最强的是Ge(OH)42. 氧化还原性1°Pb(IV)的氧化性PbO2要在碱性条件下制备。
PbO2棕黑色，强氧化剂:不易失去。
一旦失去，夺回的倾向很强，同样，Tl(III)也有这种效应，Hg(II)也有。
为惰性电子对效应, 镧系收缩的结果.2°Sn(II)的还原性不论在酸碱中, 还原能力都比较强在空气中被氧气氧化:要加入单质Sn保护:最典型的还原反应是还原:过量时进一步得单质Hg:在碱中, 亚锡酸的还原性更强:3. 其它主要含氧化合物1°黄丹和红丹黄丹, PbO，又名密陀僧，溶于HNO3或HAc中成可溶性Pb(II)盐，药材，制铅玻璃、陶瓷。
红丹, Pb3O4，又名铅丹，可以认为是铅酸铅Pb(II)2Pb(IV)O4，其组成可由下面的实验加以说明过滤将产物分离. Pb(NO3)2通过生成PbCrO4黄色沉淀得以证实; PbO2可由反应得以证实.2 °α-锡酸和β-锡酸α-锡酸性质活泼，能溶于酸和碱. SnCl4溶于碱得α-锡酸，或Sn(IV)低温水解也可得到α-锡酸。
β-锡酸性质不活泼，不溶于酸，几乎不溶于碱，锡和浓硝酸反应, 或SnCl4高温水解, 或α-锡酸在溶液中静置或加热得β-锡酸三卤化物和硫化物1、卤化物MX2一般属离子型化合物，MX4属共价型化合物。
Pb(IV)氧化性强，与还原性离子I-不易形成PbI4，PbBr4也很难形成，正如Bi2S5不常见一样.易成络离子:易水解:配制SnCl2溶液要使用盐酸配制，抑制水解2. 硫化物SnS2是金黄色金粉涂料的主要成份。