第十四章-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
第十四章 羧酸衍生物 酰基碳上的亲核取代反应
第十四章羧酸衍生物酰基碳上的亲核取代反应1.羧酸衍生物的结构酰胺中的C-N键较胺中的C-N键短，原因是：①酰胺中C-N键的碳是用sp2杂化轨道与氮成键，而胺中C-N键的碳是用sp3杂化轨道与氮成键，由于C sp2杂化轨道中s成分较多，故键长较短②由于羰基与氨基的氮共轭，从而使C-N键具有某些双键的性质而造成的，因此酰胺的结构可表示如下：酯中的羰基亦可与烷基氧的孤电子对共轭，因此酯中C-O键也具有某些双肩的性质。
酰氯中C-Cl键却并不比氯代烷中的C-Cl键短，这是因为氯有较强的电负性，在酰氯中主要表现为强的吸电子诱导效应，而与羰基的共轭效应很弱。
酰胺、酯、酰氯的共振式如下：在酰胺中具有相反电荷的偶系结构是主要的，酯中次之，而在酰氯中这种偶极结构很少。
2.羧酸衍生物的物理性质低级酰氯与酸酐是有刺激气味的液体。
高级的为固体。
低级酯具有芳香的气味，存在于水果中，可用作香料。
十四碳以下的甲酯/乙酯均为液体。
酰胺除甲酰胺外，均是固体，只是因为分子中形成氢键，如果氮上的氢逐个被取代，则氢键缔合减少，因此脂肪族的N-取代酰胺常为液体。
酰氯和酯的沸点因分子中没有缔合，比相应的羧酸低，酸酐与酰胺的沸点，比相应的羧酸高。
（乙酰氯bp：51℃乙酸酐bp：140℃乙酸乙酯bp：77℃乙酰胺bp：222℃）酰氯和酸酐不溶于水，低级的遇水分解；酯在水中的溶解度很小；低级的酰胺可溶于水，N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺是很好的非质子性溶剂，可与水以任何比例混合。
乙酸乙酯是很好的有机溶剂，大量用于油漆工业。
3．羧酸衍生物的反应1）酰基碳上的亲核取代反应①酰基碳上的亲核取代反应概述基团离去能力的次序是：I- > Br- > Cl- > -OCOOR > -OR > -OH > -NH2（氨基的碱性比氢氧根强）不管是酸催化还是碱催化的机理，羧酸衍生物亲核取代反应性顺序都是：卤酐醛酮（活泼）酯酸胺腈（较稳定）②羧酸衍生物的水解——形成羧酸a）酰卤的水解在羧酸衍生物中，酰卤的水解速率很快，低分子酰卤水解很猛烈，如乙酰氯在湿空气中会发烟，这是因为乙酰氯水解产生盐酸。
碳族元素学习笔记无机化学
碳族元素预习笔记一、碳族元素通性1、原子结构性质⑴相似性：•外层电子构型:ns²np²气态氢化物的通式：RH4最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)4⑵递变性•+2价化合物主要氧化态稳定性：由上至下逐渐增强+4价化合物主要氧化态稳定性：由上至下逐渐减弱但铅（Ⅱ）化合物稳定性高于铅（Ⅳ），铅（Ⅳ）本身为强氧化剂。
•熔沸点降低（锡和铅反常），单质密度逐渐增大•金属性增强，非金属性减弱，（由于半径不断增大，原子核对外层电子引力变小所致）•最高价氧化物对应水化物的酸性减弱（最高价氧化物对应的酸举个例子解释：碳酸H2CO3。
(HO)2-CO连接一个氧原子，氧原子强吸电子作用导致碳原子电子云密度下降，对应的碳原子同样要从羟基上边多取电子，那么最终结果就是羟基氧原子再把和氢原子公用的电子对拉向自己。
那么此时氢原子是缺电子的，就会很容易电离。
氢原子越缺电子越容易电离；那么对应的中心原子越吸电子，氢原子就越缺电子。
所以从上到下，元素原子电负性减弱，吸电子能力减弱，自然氢离子电离能力减弱，酸性减弱。
）•氢化物的稳定性减弱•第一电离能:由碳至铅逐渐减小(同主族由上至下半径增大，更易失去最外层电子)特殊:锡<铅•熔沸点:由碳至铅逐渐减小(碳、硅为原子晶体，锗、锡、铅为金属晶体)二、元素的成键特性⒈碳:①共价键(sp:CO sp²:乙烯 sp³:甲烷):碳碳，碳氢，碳氧键键能大，稳定，因此碳氢氧可形成多种有机化合物。
②以碳酸盐的形式存在于自然界中2.硅:①硅氧四面体形式存在(石英，硅酸盐矿)②硅硅，硅氧，硅氢键较弱，可形成有机化合物但数量较少3.锡铅:①离子键(+2氧化态，SnO、PbO +4氧化态，SnCl4)②共价键(+4氧化态，SnO、PbO2)二、碳及其化合物1.单质(三种同素异形体)①金刚石:结构:sp³杂化，原子晶体，五个碳原子构成正四面体性质:硬度最大，熔沸点很高（由于其为空间网状结构），无色透明，不导电，化学惰性，但800°C以上与空气反应成CO2②石墨:结构:sp²杂化，层状原子晶体，每层上的碳原子各提供一个含成单电子的p轨道形成大π键层与层之间靠分子见作用力结合在一起。
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(碳硅锗锡铅)化学方程式总结
第14章碳族元素(碳硅锗锡铅) 碳 1. 甲酸分解:HCOOH浓H2SO4CO↑+H2O2. 碳酸根与铁离子:3CO32-+2Fe3++3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑3. 二氧化碳与氨气:CO2+H2O+NH3=NH4HCO34. 2CO2+[Sn(OH)6]2-=Sn(OH)4↓+2HCO3-5. 碳与氧化铅:C+PbO=Pb+CO↑6. 一氧化碳与氧化铅:CO+PbO=Pb+CO2↑7. 草酸分解:H2C2O浓硫酸△CO2↑+CO↑+H2O8. 碳酸钙与盐酸:CaCO3+2HCl=2CaCl2+H2O+CO2↑9. 一氧化碳与氯化亚铜:CO+CuCl+2H2O=Cu(CO)Cl·2H2O10. CO2+K2CO3+H2O=2KHCO311. 碳酸氢钾分解:2KHCO3= CO2↑+K2CO3+H2O12. 碳酸钾与二氧化硫:K2CO3+SO2=K2SO3+CO2↑13. 碳酸钾与硫化氢:K2CO3+H2S=K2S+H2O+CO2↑14. 碳酸钠与盐酸:Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑15. 二氧化碳与氢氧化钙:CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O16. CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)217. 碳与氧气:2C+O2=2CO18. 碳与氧气:C+O2=CO219. 一氧化碳与氧气:2CO+O2=2CO220. 碳与氧化锰:C+MnO=Mn+CO21. 一氧化碳与氧化锰:CO+MnO=Mn+CO222. 碳与氧化锌:C+ZnO高温Zn+CO23. 碳与水:C+H2O红热CO+H224. CO+PdCl2+H2O=CO2+2HCl+Pd↓25. CO+CuCl+2H2OH+Cu(CO)Cl·2H2O26. 一氧化碳与铁:5CO+Fe高温[Fe(CO)5]27. 碳酸钙分解:CaCO煅烧CaO+CO2↑28. 2CO32-+H2O+2Mg2+=Mg2(OH)2CO3↓+CO2↑29. HCO32-+Mg2+=MgCO3↓+H+30. 2C+SiO2+2Cl2△SiCl4+2CO31. 3C+3Cl2+B2O3△2BCl3+3CO32. 碳酸钠与二氧化硅:Na2CO3+SiO共融Na2SiO3+CO2↑33. 甲烷分解:CH41000℃C+2H234. 甲烷分解1500℃:2CH41500℃C2H2+3H2硅 1. 硅酸根与铵根:SiO32-+2NH4+=H2SiO3↓+2NH32. 二氧化硅与碳酸钠:SiO2+NaCO3共融Na2SiO3+CO2↑3. 二氧化硅与氟化氢:SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O4. 甲硅烷分解:SiH4500℃Si+2H2↑5. SiCl4+LiAlH4乙醚SiH4↑+LiCl+AlCl36. SiF4+4H2O=H4SiO4↓+4HFSiF4+2HF=2H++[SiF6]2-7. 甲硅烷自燃:SiH4+2O2自燃SiO2+2H2O8. 四氯化硅与锌:SiCl4+2Zn=Si+2ZnCl29. 硅与氟气:Si+2F2=SiF410. 硅与氢氧根:Si+4OH-=SiO44-+2H2↑11. 3Si+18HF(aq)+4HNO3(浓)=3H2[SiF6]+4NO↑+8H2O12. 二氧化硅与碳:SiO2+2C1800℃Si+2CO↑13. 硅与氯气:Si+2Cl2△SiCl414. 硅与盐酸:Si+3HCl△SiHCl3+H215. SiCl4+2Zn△Si+2ZnCl216. 四氯化硅与氢气:SiCl4+2H2>1100℃Si+4HCl17. SiHCl3+H21100℃Si+3HCl18. 二氧化硅与氟化氢:SiO2+4HF(aq)=SiF4↑+2H2O19. SiO2+6HF(aq)=H2SiF6+2H2O20. 二氧化硅与氢氧根:SiO2+2OH-△SiO32-+H2O21. SiO44-+4H+=H4SiO4↓22. 二氧化硅与镁:SiO2+4Mg高温Mg2Si+2MgO23. 硅化镁与盐酸:Mg2Si+4HCl(aq)=SiH4↑+2MgCl224. 甲硅烷分解:SiH4500℃Si+2H225. SiH4+2O2自燃SiO2+2H2O26. 甲硅烷水解:SiH4+(n+2)H2O=SiO2·nH2O↓+4H227. SiH4+2KMnO4(aq)=2MnO2↓+K2SiO3+H2O+H228. 四氯化硅与水:SiCl4+4H2O=H4SiO4↓+4HCl↑29. SiO2+2C+2Cl2△SiCl4+2CO30. SiF4+4H2O=H4SiO4↓+4HFSiF4+2HF=2H++[SiF6]2-锗 1. 锗与浓硝酸:Ge+4HNO3(浓)=GeO2·H2O↓+4NO2↑+H2O2. 锗与氢气:Ge+2H2700~800℃GeH43. 二硫化锗与硫化钠:GeS2+Na2S(aq)=Na2GeS34. 锗与氢气:Ge+2H高温GeH4锡 1. 锡与浓硝酸:Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3(β)↓+4NO2↑+H2O2. 锡与浓盐酸:Sn+2HCl(浓) △SnCl2+H2↑3. 3SnS2+6NaOH(aq)=Na2SnO3+2Na2SnS3+3H2O4. 3[Sn(OH)3]-+2Bi3++9OH-=3[Sn(OH)6]2-+2Bi↓5. 锡与氢氧根:Sn+2OH-+2H2O=[Sn(OH)4]2-+H2↑6. SnCl2+2HgCl2=SnCl4+Hg2Cl27. [Sn(OH)6]2-+2CO2=Sn(OH)4↓+2HCO3-8. 锡与氯气:Sn+2Cl2(g)=SnCl4(l)9. 四氯化锡与硫化钠:SnCl4+2Na2S=SnS2↓+4NaCl10. SnCl2+Na2S=SnS↓+2NaCl11. SnCl2+4NaOH=Na2[Sn(OH)4]+2NaCl12. 3[Sn(OH)4]2-+2Bi3++6OH-=2Bi↓+3[Sn(OH)6]2-13. Sn(OH)Cl+HCl=SnCl2+H2O14. 2Sn2++O2+4H+=2Sn4++2H2O15. Sn4++Sn=2Sn2+16. Na2SnS3+2HCl=SnS2↓+H2S↑+2NaCl17. 3Sn+8HNO3(极稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2O铅 1. 铅与浓硝酸:Pb+4HNO3(浓)=Pb(NO3)2+2NO2↑+2H2O2. 二氧化铅与盐酸:PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2↑+2H2O3. 5PbO2+2Mn2++4H+微热5Pb2++2MnO4-+2H2O4. PbCrO4+4NaOH=Na2[Pb(OH)4]+Na2CrO45. 硫化铅与氧气:2PbS+3O2=2PbO+2SO26. 氧化铅与氢氧化钠:PbO+2NaOH=Na2PbO2+H2O7. Na2PbO2+NaClO+H2O=PbO2+NaCl+2NaOH8. 氧化铅与碳:PbO+C=Pb+CO↑9. 氧化铅与一氧化碳:PbO+CO=Pb+CO2↑10. 铅与浓硫酸:Pb+3H2SO4(浓)=Pb(HSO4)2+SO2↑+2H2O11.. 铅与浓盐酸:Pb+3HCl(浓)=H[PbCl3]+H2↑12. 铅与硝酸:3Pb+8HNO3=3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O13. Pb2++CrO42-=PbCrO4↓14. 2PbCrO4+2H+=2Pb2++Cr2O72-+H2O15. PbCrO4+3OH-=CrO42-+[Pb(OH)3]-16. 铅与稀盐酸:Pb+2HCl(aq)=PbCl2+H2↑17. 铅与氢氧根:Pb+OH-+2H2O=[Pb(OH)3]-+H2↑18. 硫化铅与氧气:2PbS+3O焙烧2PbO+2SO219. 二氯化铅与氯离子:PbCl2+2Cl-=[PbCl4]2-打印下来更方便记忆！。
高中化学碳和硅的知识点介绍
高中化学碳和硅的知识点介绍(一)碳族元素1、组成和结构特点(1)碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素，位于元素周期表的IVA族。
(2)碳族元素原子最外层有4个电子，在化学反应中不易得到或失去电子，易形成共价键。
主要化合价有+2和+4价，其中碳和硅有负价。
碳族元素在化合物中多以+4价稳定，而铅在化合物中则以+2价稳定。
碳族元素中碳元素形成的单质(金刚石)硬度最大;碳元素形成的化合物种类最多;在所有非金属形成的气态氢化物中，CH4中氢元素的质量分数最大;12C是元素相对原子质量的标准原子;硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。
2、性质的递变规律随着原子序数的增大，碳族元素的原子半径依次增大，由非金属元素逐渐转变为金属元素，即金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱;最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强;气态氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强。
(二)碳及其化合物1、碳单质(1)碳的同素异形体金刚石石墨足球烯晶体类型原子晶体过渡性晶体分子晶体微粒间作用力共价键层内共价键，层间范德华力范德华力熔沸点很高很高低溶解性一般不溶难溶易溶于有机溶剂硬度最大质软很小导电性不导电导电不导电(2)碳的化学性质常温下碳的性质稳定，在加热、高温或点燃时常表现出还原性，做还原剂，温度越高，还原性越强，高温时的氧化产物一般为一氧化碳。
溶解性不同：一般情况下，所有的钾盐、钠盐和铵盐是可溶的，所有的酸式盐是可溶的，正盐的溶解度小于酸式盐的溶解度，但碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠的溶解度。
热稳定性不同：一般情况下，难溶的正盐和酸式盐受热易分解，可溶性碳酸盐稳定不易分解。
与酸反应的剧烈程度不同：两者都能与强酸(H+)反应产生CO2，但反应的剧烈程度不同，根据反应的剧烈程度可鉴别两者。
可溶性盐的水解程度不同：相同浓度的正盐溶液的pH值大于酸式盐溶液的pH值。
与碱反应不同：弱酸的酸式盐可与碱反应生成正盐。
与盐反应不同：碳酸钠可与氯化钙或氯化钡反应生成难溶性碳酸盐，但碳酸氢钠不反应。
无机化学教案 张祖德-chapter14
第十四章 碳族元素Chapter 14 The Carbon Family ElementsCarbon (C) Silicon (Si) Germanium (Ge) Stannum (Sn) Plumbum (Pb)§14-1 碳及其化合物 Carbon and its Compounds一、General Properties1．根据σ键的数目，碳可采取sp 、sp 2、sp 3杂化，其最大配位数为42．由于碳—碳单键的键能特别大，所以C －C 键非常稳定,具有形成均键(homochains)的倾向C －C N －N O －O F －F E (kJ·mol -1) 374 250 210 159 实 例H 3C －CH 3H 2N －NH 2HO －OH从碳到氮的单键键能的突减，是由于N 2分子中氮原子之间非键电子对排斥的缘故。
二、The Simple Substance1．在第二周期中，氟、氧和氮都以双原子分子存在：F 2、O 2和N 2；而碳存在多聚物，其理由为：O 2和N 2的多重键要比σ单键（均键）强得多如： ,E (kJ·mol -1) 494 ＞ 210 + 210 , 946 ＞ 250 + 250而：E (kJ·mol -1) 627 ＜ 374 + 374即C 2分子中的多重键比均链中的两个σ单键之和小，所以碳往往形成多原子均键，虽然在星际空间存在有C 2(g)分子。
2．Allotropes: diamond 、graphite 、fullerene (C 60、C 70)、carbin (carbon fibers) (1) 熵 S carbin ＞S graphite ＞S diamond(2) d C-C (nm): diamond ＞ graphite ＞ benzene ＞ ethylene ＞ carbin ＞ acethylene (3) C graphite → C diamond ∆r H m ＞0，∆r S m ＜0根据平衡，需要高压Pa 100.1106109⨯-⨯，(because of the insignificantreduction of volume)，升高温度不利于平衡的移动，但为了达到该过程可以接受的速率，反应温度大约在2000℃，近来已发明一种低压生产金刚石的方法：把金刚石晶种（seed ）放在气态碳氢化合物（甲烷methane ，ethane ）中，温度升高到1000℃，可以得到金刚石粉末或者crystal whiskers(4) C 60由12个正五边形和20个正六边形组成，每个碳原子以sp 3、sp 2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连，使∠CCC 小于120︒而大于109︒28'，形成曲面，剩余的p 轨道在C 60球壳的外围和内腔形成球面π键，从而具有芳香性。
第十四章-碳族
主要 氧化数
+4,(+2) +4,(+2) +4, +2 +4, +2 +4, +2
原子序数 6
14 32 50 82
C，Si IV>>II
+4
+2 Ge，Sn IV > II
Pb
II>>IV
第十四章 碳族元素
碳的特性
§14.1 通性
由于碳的原子半径最小，电负性最大，电离 能也最高，故共价键 C－C 键能非常大，又没有d 轨道。所以碳与本族其它元素之间的差异较大， 其主要表现为：
第十四章 碳族元素
在 C60 中碳原子 为 sp2 杂化，未参加 杂化的一个 p 轨道在 C60 球壳外围和内腔 形成大π键。
§14.2 单质及化合物
12个五边形 20个六边形
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
其结构与建筑学家富勒.布 基明斯特为1967年为蒙特利尔 设计的世博会建筑物相同， 故名叫富勒烯。人们在C60的 大量合成方法建立后两年内 发现了它的数十个反应，其 中许多与烯烃的金属有机化 学相类似。C60象一些配体那 样在富电子铂配合物中以两 个碳原子与金属键合。
（1）它的配位数仅限于4
（2）碳的成键能力最强
（3）原子间能形成多重键
碳原子在化合物中的成键特征: sp3, sp2, sp
键
键能
键
键能
C-C
346
C-H
411
Si-Si
222
Si-H
318
Ge-Ge
167
C-O
358
Sn-Sn
155
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Si + O2 = SiO2 Si + 2X2 = SiX4 Si + 2OH- + H2O = SiO32- + 2H2 3Si + 18HF + 4HNO3 = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
第十四章 碳族元素
3. Ge、Sn、Pb
§14.2 单质及化合物
Ge：灰白色脆性金属，金刚石型晶体结构。 m.p.，1210K，它略比Si活泼，高纯Ge也是一种良 好的半导体材料。
碳与硅的对比：
杂化态
C.N. max 键离解能
C
Si
sp
sp3
sp2
sp3
sp3d2
4
6
C-C 346 > Si-Si 222
/kJ·mol-1
C-H 411 > Si-H 318
∴C-C 链长，烷种类多； Si-Si 链短（≤15 个 Si），硅烷种类少。
C-O 358 < Si-O 452
（ + p→d 反馈 π 源自）（1） 金刚石 结构 • 典型的原子晶体 • sp3杂化 •空间构型
§14.2 单质及化合物
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
性质 • 熔 、沸点高，硬度大，不导电 • 室温下对所有化学试剂显惰性
第十四章 碳族元素
（2）石墨 结构 •层状晶体 • sp2杂化 • 空间构型
§14.2 单质及化合物
Sn + 2HCl SnCl2 + H2 Sn + OH- + 2H2O Sn(OH)42- + H2 Ge + 2KOH + 2H2O2 K2[Ge(OH)6] Pb + 2H2O + 2KOH K2[Pb(OH)4] + H2↑
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
性质 • 良好的导电性和导热性 • 质软，具有润滑性 • 化学性质较金刚石稍显活泼
（3）碳原子簇：Cn，n通常小于200。
Robert F Curl Jr Harold W Kroto Richard E Smalley
20世纪80年代，人们发现了第三种碳的同 素异形体——C60 。
C-F 485 < Si-F 565 Si 是亲 O、亲 F 元素。
成键特征
p-p π 键特征 p-pπ 非特征
§14-2 碳族元素的单质及其化合物
一、碳族元素在自然界中的分布
碳：石墨、金刚石、煤、石油、天然气、动植物、 石灰石、CO2等。
硅：SiO2； 锗：4Ag2S.GeS2 (硫银锗矿)、Cu2S.FeS.GeS2
第十四章 碳族元素
Chapter 14 The Carbon Family Elements
§14-1 碳族元素的通性
价层电子组态为ns2np2; 形成共价化合物是本族元素的特征;
第十四章 碳族元素
§14.1 通性
碳族元素的性质
元素符号 C
Si Ge Sn Pb
价电子层 结构
2s22p2
3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2
Sn：三种同素异形体。
286K
434K
灰锡
白锡
脆锡
α型
β型
γ型
Pb：软、强度不高的金属，密度很大
(11.35g.cm-3)，m.p. 601K，新鲜的Pb表面有金属光
泽，它受空气中的氧、水、CO2作用，迅速生成一 层致密的碱式碳酸盐保护层。
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
锡、锗、铅都是两性金属
第十四章 碳族元素
•冶金工业中的碳还原反应 参见书P437，图14-5
§14.2 单质及化合物
Ellingham图（△rGm -T图）
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
2、硅
Si: 的晶体结构类似于金刚石，熔点1683K，灰 黑色，有金属外貌，性硬碎。低温下，单质硅并不 活泼，与水、空气和酸均无作用。但能与强氧化剂 和强碱溶液作用。
主要 氧化数
+4,(+2) +4,(+2) +4, +2 +4, +2 +4, +2
原子序数 6
14 32 50 82
C，Si IV>>II
+4
+2 Ge，Sn IV > II
Pb
II>>IV
第十四章 碳族元素
碳的特性
§14.1 通性
由于碳的原子半径最小，电负性最大，电离 能也最高，故共价键 C－C 键能非常大，又没有d 轨道。所以碳与本族其它元素之间的差异较大， 其主要表现为：
第十四章 碳族元素
在 C60 中碳原子 为 sp2 杂化，未参加 杂化的一个 p 轨道在 C60 球壳外围和内腔 形成大π键。
§14.2 单质及化合物
12个五边形 20个六边形
第十四章 碳族元素
§14.2 单质及化合物
其结构与建筑学家富勒.布 基明斯特为1967年为蒙特利尔 设计的世博会建筑物相同， 故名叫富勒烯。人们在C60的 大量合成方法建立后两年内 发现了它的数十个反应，其 中许多与烯烃的金属有机化 学相类似。C60象一些配体那 样在富电子铂配合物中以两 个碳原子与金属键合。
K3C60
第十四章 碳族元素
性质
§14.2 单质及化合物
• C60分子具有球形的芳香性，可以合成C60Fn，作为超 级润滑剂。 • C60笼内可以填入金属原子而形成超原子分子，作为 新型催化剂或催化剂载体，具有超导性，掺K的C60， Tc = 18K，Rb3C60 Tc = 29K，它们是三维超导体。 • C60晶体有金属光泽，其微晶体粉末呈黄色，易溶于 苯，其苯溶液呈紫红色。C60分子特别稳定，进行化学 反应时，C60始终是一个整体。
(锗石矿)； 锡：SnO2 (锡石矿)； 铅：PbS (方铅矿)
第十四章 碳族元素
二、碳族元素单质
§14.2 单质及化合物
1. 碳的同素异形体
碳单质的同素异形体
碳单质的 同素异形体
杂化
晶体
金刚石
sp3 原子晶体
性质
硬度最大 熔点很高
石墨 C60
质软，有金属光
sp2 层状晶体 泽，有导电、导
热性
第十四章 碳族元素
（1）它的配位数仅限于4
（2）碳的成键能力最强
（3）原子间能形成多重键
碳原子在化合物中的成键特征: sp3, sp2, sp
键
键能
键
键能
C-C
346
C-H
411
Si-Si
222
Si-H
318
Ge-Ge
167
C-O
358
Sn-Sn
155
Si-O
452
Si-Si键能为222kJ.mol-1，C-C键能为346 kJ.mol1，决定了硅链不能太长，其硅的化合物必然比碳的 化合物要少得多。Si-O键能为452 kJ.mol-1，比C-O 键能357.7 kJ.mol-1要高得多，决定了硅的化合物中 存在Si-O键的占有很大的比例。