碳、硅、硼
碳硅硼——精选推荐
第十七章碳，硅，硼基本要求：1、掌握碳的单质，氧化物，碳酸，碳酸盐的结构和性质。
2、掌握单质硅，氧化物与硅酸的性质和结构。
3、掌握硼的单质，氢化物，含氧化合物的结构和性质，掌握缺电子原子的结构特点。
我们对卤素元素作了较系统的讨论，对ⅥA，ⅤA族阐述的重点只是本周期的一些常见元素——氧，硫，氮，磷。
本章包括ⅥA碳，硅，锗，锡，铅组成及ⅢA硼，铅，镓，铟，铊组成。
对这两族，在本章只重点学习碳，硅，硼这三个非金属元素，对其它金属放在以后学习。
碳是第二周期元素，我们仍应注意它在族中的特殊表现，硼的价电子数（3个）少于价电子层轨道数（4个），它是具有这种特征的唯一非金属元素，常称为缺电子原子，由此带来一系列性质表现。
学习时应注意。
我们一再指出，学习元素知识应注意运用对比方法，寻找知识间的异同点。
本章里，碳和硅虽然是同族元素，我们不妨找它们间的相同点。
相反，硼和硅虽非同族元素，我们力求寻找它们间的相似处，便于学习，掌握。
§17-1 概述对ⅥA—ⅤA一些元素的性质及其递变规律总结如下：1-1、形成原子晶体从ⅥA—ⅤA族，非金属但是多为双原子或多原子的有限分子，组成分子晶体，而C，Si，B都能形成原子间共价结合的庞大分子，组成原子晶体。
金刚石是碳的同素异形体之一，具有典型的原子晶体结构，其中每个C原子以共价键（sp3）和其他4个C原子键合，构成坚固的，连续的网状骨架结构。
碳的另一种同素异形体石墨，它的性质和金刚石有很大差别，石墨很软，能导电；而金刚石很硬，不导电截然相反。
石墨的这些性质完全由它的晶体结构所决定，石墨晶体中，C原子的4个价电子轨道仅3个参与了杂化，形成的3个sp2杂化轨道与相邻3个C原子的相应轨道构成σ单键，排列在一个平面，再引伸开去便成六角平面的网状结构，整个晶体中这种互相平行的许多平面，构成了层状结构。
另外，C原子还剩有一个未杂化的P电子，这些P轨道垂直分布于平面上下，并可以象金属晶体中的自由电子那样，自由表示，而层间地在层间宽广范围内流动，构成极多个C原子间相互重叠的离域ヰ键，用ヰxx作用力是范德华力。
实验碳硅硼实验报告
一、实验目的1. 了解碳、硅、硼三种元素的基本性质。
2. 掌握碳、硅、硼的化学反应规律。
3. 学习实验操作技能，提高实验分析能力。
二、实验原理碳、硅、硼是化学元素周期表中相邻的三种元素，它们在自然界中广泛存在，具有不同的物理和化学性质。
本实验通过观察碳、硅、硼的燃烧、反应等现象，了解它们的性质。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：碳（石墨）、硅（石英砂）、硼（硼砂）、氧气、酒精灯、试管、镊子、烧杯、试管夹等。
2. 实验仪器：分析天平、电子显微镜、光谱仪等。
四、实验步骤1. 碳的燃烧实验（1）将少量碳（石墨）放入试管中，用酒精灯点燃。
（2）观察燃烧现象，记录燃烧温度、火焰颜色、燃烧产物等。
（3）将燃烧后的产物放入烧杯中，加入适量水，观察溶解情况。
2. 硅的燃烧实验（1）将少量硅（石英砂）放入试管中，用酒精灯点燃。
（2）观察燃烧现象，记录燃烧温度、火焰颜色、燃烧产物等。
（3）将燃烧后的产物放入烧杯中，加入适量水，观察溶解情况。
3. 硼的燃烧实验（1）将少量硼（硼砂）放入试管中，用酒精灯点燃。
（2）观察燃烧现象，记录燃烧温度、火焰颜色、燃烧产物等。
（3）将燃烧后的产物放入烧杯中，加入适量水，观察溶解情况。
4. 碳、硅、硼的反应实验（1）将碳、硅、硼分别与氧气反应，观察反应现象。
（2）将反应产物进行光谱分析，确定反应产物。
五、实验结果与分析1. 碳的燃烧实验结果：（1）燃烧温度：约3000℃；（2）火焰颜色：蓝色；（3）燃烧产物：二氧化碳。
2. 硅的燃烧实验结果：（1）燃烧温度：约1700℃；（2）火焰颜色：无色；（3）燃烧产物：二氧化硅。
3. 硼的燃烧实验结果：（1）燃烧温度：约300℃；（2）火焰颜色：无色；（3）燃烧产物：三氧化二硼。
4. 碳、硅、硼的反应实验结果：（1）碳与氧气反应：生成二氧化碳；（2）硅与氧气反应：生成二氧化硅；（3）硼与氧气反应：生成三氧化二硼。
六、实验结论1. 碳、硅、硼在燃烧过程中分别生成二氧化碳、二氧化硅、三氧化二硼；2. 碳、硅、硼在氧气中燃烧时，燃烧温度、火焰颜色、燃烧产物均有所不同；3. 本实验通过观察碳、硅、硼的燃烧现象，了解了它们的基本性质。
第十七章 碳 硅 硼
强度：为一般共价键强度的一半 硼烷的性质比烷烃活泼
第十七章
碳 硅 硼
§17.4 硼
硼烷的化学性质
水解性 配合性 B2H6(g)＋6H2O(l)= 2H3BO3(s)＋6H2(g) B2H6＋2LiH = 2LiBH4 万能还原剂
17.4.3 硼的卤化物
BF3＋3H2O = H3BO3＋3HF BF3＋HF = H[BF4]
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。
12个五边形 20个六边形
第十七章
碳 硅 硼
§17.2 碳
17.2.2 碳的氧化物、含氧酸及其盐 1. CO N2和CO为等电子体
性质一：还原性
CO＋PdCl2＋H2O = Pd＋CO2＋2HCl
硼砂珠实验
此反应可用于定性分析中，用来
鉴定金属离子。
第十七章
碳 硅 硼
H
§17.4 硼
2 硼酸
性质一：溶解性
H3BO3是白色片状晶
O
H
O B H
O
硼酸 H3BO3 结构单元
体，微溶于水。
性质二：弱酸性
H3BO3＋H2O
B(OH)4+H+
Ka=7.3×10-10
第十七章
碳 硅 硼
§17.4 硼
第十七章
此反应可用于鉴定微量的一氧化碳
2. CO2 3. 碳酸及碳酸盐
第十七章
碳 硅 硼
§17.2 碳
性质一：溶解性
（1）铵和碱金属（除锂）的碳酸盐易溶
于水，其它金属碳酸盐难溶于水。 （2）对于难溶的碳酸盐，其相应的碳酸
氢盐有较大的溶解度。
碳硅硼实验报告
碳硅硼实验报告实验目的通过碳硅硼实验，探索碳、硅、硼元素在化学实验中的性质和用途。
实验材料1.碳元素样本2.硅元素样本3.硼元素样本4.化学实验器材：试管、试剂瓶等5.实验平台和工具实验步骤1.准备工作–检查所需材料和器材的完整性和可用性。
–穿戴实验室所需的安全防护用品，如实验室服、手套和护目镜。
2.实验准备–将碳元素样本放置在试管中，并加热。
–观察并记录碳元素在加热过程中的变化。
3.实验观察–观察碳元素在加热过程中的变化，如颜色、形态等。
–记录观察结果并进行分析。
4.实验准备–将硅元素样本放置在试管中，并加入酸性溶液。
–观察并记录硅元素在酸性溶液中的反应。
5.实验观察–观察硅元素在酸性溶液中的反应情况，如气体产生、颜色变化等。
–记录观察结果并进行分析。
6.实验准备–将硼元素样本放置在试管中，并加入氧化剂。
–观察并记录硼元素在氧化剂中的反应。
7.实验观察–观察硼元素在氧化剂中的反应情况，如火焰颜色、气体产生等。
–记录观察结果并进行分析。
实验结果与分析碳元素实验结果与分析在加热过程中，碳元素发生燃烧反应，产生火焰和黑色烟雾。
这是因为碳在高温下与氧气反应，生成二氧化碳。
由于燃烧反应需要足够的氧气供应，所以需加热较长时间碳样本才能完全燃烧。
硅元素实验结果与分析硅元素与酸性溶液反应生成硅酸，同时会释放出气体，通常是二氧化硅气体。
酸性溶液的反应可以用来检测硅的存在，并用于工业和实验室中的硅分析。
硼元素实验结果与分析在氧化剂的作用下，硼元素会生成独特的绿色火焰。
这种火焰颜色可以用来检测硼的存在，并在实验室中用于硼的定性和定量分析。
结论通过碳硅硼实验，我们发现了碳、硅、硼元素在化学实验中的性质和用途。
碳元素在加热时会发生燃烧反应，硅元素与酸性溶液反应生成硅酸，硼元素在氧化剂的作用下会生成独特的绿色火焰。
注意事项1.在实验过程中要严格遵守实验室安全规定，做好安全防护措施。
2.实验结束后要对实验器材进行清洁，并按照相关规定进行废弃物处理。
碳硅硼的实验报告
碳硅硼的实验报告
《碳硅硼实验报告》
实验目的：通过实验观察碳、硅和硼在不同条件下的性质和反应，探究它们在
化学反应中的作用。
实验材料：碳粉、硅粉、硼粉、试管、酒精灯、试管夹、试管架、磁力搅拌器、酒精灯、试管架、试管夹、试管刷、滤纸、蒸馏水。
实验步骤：
1. 将碳粉、硅粉和硼粉分别放入不同的试管中。
2. 在每个试管中加入少量蒸馏水，并用试管架夹住试管。
3. 将试管放置在酒精灯上加热，观察试管中物质的变化。
4. 用磁力搅拌器搅拌试管中的物质，观察其反应情况。
实验结果：
1. 碳粉在加热后产生气体，放置在试管口会发生明亮的火花，表明碳粉具有易
燃性。
2. 硅粉在加热后没有明显变化，但在加热后与氧气反应会产生硅酸盐。
3. 硼粉在加热后产生明亮的火花，表明硼粉也具有易燃性。
实验结论：
1. 碳在加热条件下具有易燃性，可与氧气反应产生二氧化碳。
2. 硅在加热条件下与氧气反应产生硅酸盐，具有一定的化学活性。
3. 硼在加热条件下也具有易燃性，产生明亮的火花。
通过本次实验，我们对碳、硅和硼在不同条件下的性质和反应有了更深入的了解，这对我们进一步研究它们在化学反应中的作用具有重要意义。
希望通过不
断的实验探究，我们能够更好地理解和应用这些化学元素。
硼的基本性质
碳硅硼14-1 通性一、碳、硅、硼的基本性质碳、硅、硼的基本性质性质碳硅硼元素符号原子序数原子量价电子构型常见氧化态共价半径/pm离子半径/pm M 4+M 3+第一电离能/(kJ/mol) 第一电子亲合能/(kJ/mol) 电负性(Pauling 标度)C612.012s22p 2+2 ，+477151086.5121.92.5Si1428.093s23p20 ，+411741786.6133.61.8B510.812s22p 10 ，+320800.726.732.0二、电子构型和成键特征碳在元素周期表中位于非金属性最强的卤素元素和金属性最强的碱金属之间。
它的价电子层结构为2s 2 2p2，在化学反应中它既不容易失去电子，也不容易得到电子，难以形成离子键，而是形成特有的共价键，它的最高共价数显然为 4 。
碳原子以sp 3 杂化，可以生成 4 个δ键，形成正四面体构型。
例如金刚石、甲烷CH4等；碳原子以sp 2 杂化，生成 3 个δ键， 1 个π键，平面三角形构型。
例如石墨、C2H4等；碳原子以sp 杂化，生成 2 个δ键、2 个π键，直线形构型。
例如CO 2、HCN 、C2H2等；碳原子以sp 杂化，生成 1 个δ键， 1 个π键，1 个配位π键和 1 对孤对电子对，直线型构型。
例如CO 。
碳原子不仅仅可以形成单键、双键和叁键，碳原子之间还可以形成长长的直链、环形链、支链等等。
纵横交错，变幻无穷，再配合上氢、氧、硫、磷、和金属原子，就构成了种类繁多的碳化合物。
硅通常以sp3杂化，生成4 个δ键，但由于其原子半径较大，不易形成π键，但可用3d 价轨道，以sp3d2 杂化形成配位数为 6 的δ键，如SiF62- 。
或与PO43-类似形成d-p π键，如SiO42-。
B 原子的价电子结构是2s22p1 ，它能提供成键的电子是2s 1 2p x1 2p y1，还有一个P 轨道是空的。
B 原子的价电子数少于价层轨道数，在成键时，价电子未被充满，所以 B 原子是缺电子原子，容易形成多中心键。
硼碳硅-工科分析化学
硼砂
Na 2 B4O7 10H 2O Na 2 B4O5 (OH) 4 8H 2O
硼酸根的结构：
Na2B4O7+CoO→Co (BO2)2.2NaBO2(蓝色) Na2B4O7+NiO→Ni (BO2)2.2NaBO2(棕色)
碳硅为IVA族元素，价电子构型为ns2np2。碳族元素能生成氧化 值为+4和+2的化合物，碳有时生成氧化值为-4的化合物。
四、注意问题 1.试管的加热
盛液体的试管加热
盛固体的试管加热
2.水中花园 3.硼酸酯实验
谢谢！
硼是硼族元素。硼为第二周期IIIA族元素，价电子构型为2s22p1。 从硼元素的成键特征看，硼的化合物有四种类型，与电负性比它大的
元素形成共价型化合物，如BF3和BCl3；通过配位键形成4配位化合物 ，如 [BF4]-;硼与氢形成含三中心键的缺电子化合物，如B2H6B4H10等 ；硼与活泼金属形成氧化值为+3的化合物，如Mg3B2等。
H2CO3<MHCO3<M2CO3 同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加
Be Mg Ca
Sr
Ba
分解T/℃
100 540 900 1290 1360
硅酸钠的水解及硅酸凝胶的生成
实验内容 1.碳酸盐及其性质 2.硼酸的制备及性质 3.硼砂珠实验 4.硅酸钠的水解和硅酸凝胶的形成
四、注意问题 1.试管的加热 2.酒精灯的使用 3.水中花园
无机化学实验
硼碳硅
2019-09
• 实验目的 • 实验原理 • 实验内容 • 注意事项
一、实验目的
1. 掌握二氧化碳、碳酸盐和酸式碳酸盐在水溶液中互相转化的条件； 2. 掌握硼、硅的相似相异性，进一步理解元素的对角线关系； 3. 掌握硅酸盐及硼酸盐的性质。
碳硅硼实验报告
碳硅硼实验报告引言最近，我们进行了一项关于碳硅硼的实验，在本实验中，我们研究了这三种元素在不同条件下的特性和应用。
以下是实验的过程、结果和相关讨论。
实验目的本实验的目的是比较碳、硅和硼在不同环境中的性质和反应，以深入理解它们的化学行为和可能的应用。
我们将通过分析实例来评估它们在生活和工业中的潜力。
实验步骤和结果1. 实验一：燃烧测试我们使用一小块纯碳、硅和硼制成的样本进行了燃烧测试。
结果显示，碳燃烧形成CO2气体，硅燃烧生成SiO2气体，而硼燃烧则形成B2O3气体。
这些结果反映了它们不同的化学性质和氧化能力。
2. 实验二：溶解性测试我们将碳、硅和硼分别加入酸性溶液中，并观察它们的溶解情况。
结果显示，碳在酸性环境中不溶解，而硅和硼却与酸反应产生相应的化合物。
这表明碳与硅、硼的化学性质有所不同，也证实了硅和硼的应用潜力。
3. 实验三：导电性测试我们使用实验仪器测试了碳、硅和硼的导电性。
结果显示，碳是一个良好的导体，可以传导电流。
而硅和硼则具有较差的导电性，表明它们更适合作为绝缘材料使用。
这揭示了碳和硅、硼在电子学领域的不同应用。
讨论和应用根据实验结果，我们可以得出以下结论和应用建议：1. 碳的化学性质稳定，能够燃烧并生成二氧化碳。
它是生物体的基本组成部分之一，也用于制作材料和燃料。
2. 硅具有良好的耐热性和耐腐蚀性。
它在电子行业中被广泛应用于制造半导体和太阳能电池板。
3. 硼具有很高的硬度，可以广泛用于制造陶瓷材料、金属合金和防护材料。
总结通过这项实验，我们深入了解了碳、硅和硼在不同条件下的化学行为和应用潜力。
这些元素在生活和工业中扮演着重要角色，并且有望在未来的研究和应用中继续发挥重要作用。
进一步的实验和研究将有助于揭示碳硅硼的更多特性和用途，为科学发展提供更多的可能性。
参考资料：- “Introduction to Carbon,” Royal Society of Chemistry.- “Silicon,” Jefferson Lab.- “Boron,” University of Waterloo.。
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X-H键能都较大,它们都有一系列 的氢化物。
三、电子构型和成键特征
1、电子构型
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电子构型 常见氧化态
C [He]2s22p2 -2,-4,0,+2,+4
碳(Carbon) 是有机世界的主角，由于 碳自相成链的能力最强，因此碳的化合物是 最多的。
硅(Silicon) 贝采利乌斯1823年发现，
西 是无机世界的主角，二氧化硅是构成地壳的
主要成分。
昌
硼(Boron) 是戴维等发现的。硼化学
学 的研究仅是最近五十年的历史，它可以与碳
媲美。
院
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第一节 引 言
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第十四章 碳、硅、硼
碳、硅属于同一族，有相似 性。而硼和硅在周期表中处于对 角线位置，也有相似性，所以本 章将它们放在一起讨论。
基本要求
1．掌握碳的单质、氧化物、碳酸、 碳酸盐的结构和性质。
2．掌握硅的单质、氧化物与硅酸、 西 硅酸盐的性质和结构。
昌
学
院
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3．掌握硼的单质、氢化物、含氧化 合物的结构和性质，掌握缺电子、 等电子及多电子原子的结构特点和 性质。
Si [Ne]3s23p2 -4,0,+2,+4
B
[He]2s22p1
0,+3
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2、成键特征
碳与硅的价电子构型为ns2np2,价电子 数目与价电子轨道数相等,它们被称为等电 子原子。
碳和硅可以用sp、sp2和sp3杂化轨道 形成2到4个s键。碳的原子半径小，还能 形成pp-pp键，所以碳能形成多重键(双键 或叁键)，硅的半径大，不易形成pp-pp键， 所以Si的sp和sp2态不稳定，很难形成多重 键(双键或叁键)。
硅在地壳中的含量居第二位，主要以硅酸 盐矿和石英矿形式存在。
硼在自然界的含量较低，主要以氧化物矿 石形式存在。
二、元素的一些性质
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原子共价半径/pm 熔点/K
第一电离势/(kJ·mol-1) 单健离解能/(kJ·mol-1) X-O 离解能/(kJ·mol-1) X-H 离解能/(kJ·mol-1) X-F 离解能/(kJ·mol-1)
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s、碳、硅、硼在自然界的存在
碳在自然界的含量并不高，在地壳中的含 量为0.023％，然而分布却十分广泛，在自然界 除有金刚石、石墨等碳的单质外，还以化合态 形式存在于煤、石油、天然气、植物、动物、 石灰石、白云石、水和空气中，它是地球上构 成化合物最多的元素之一，是构成生物界的主 要元素。
(1)它的最高配位数为4， (2)碳的成链能力最强； (3)不但碳原子间易形成多重键，而且 能与其它元素如氮、氧、硫和磷形成多重 键。 后二点是碳化合物特别多的原因。
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三、碳的同素异性体
1、金刚石 金刚石的外观是无色透明的固体，
为原子晶体，每个碳原了都以sp3杂化 轨道和其它四个原子形成共价键，形成 一种网状的巨形分子,再由于C一C键的 键能相当高,使得金刚石的硬度非常大, 分子中没有自由电子,不导电;在工业上 可用于刀具来切割金属及制造高档装饰 品。
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电子在这个大 键中可以自由移 动，即石墨能导电。 在层与层之间是分 子间作用力，因此 层与层之间就能滑 动，石墨粉可以做 润滑剂，再加上它 的颜色是黑色的， 它又可做颜料和铅 笔芯。
3、碳的新单质
C60球碳：
1985年9月初美国Rice大学Smalley、
Koroto和Curl在氦气流里用激光气化石
金刚石 CH4
sp2 平面三角形 石墨 CO32- C6H6
sp 直线形
CO2 CS2 C2H2
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二、碳的特性
碳在同族元素中，由于它的原子半径 最小，电负性最大，电离能也最高，又没 有d轨道，所以它与本族其它元素之间的 差异较大（p区第二周期的元素都有此特 点）。这差异主要表现在：
合成金刚石的新方法。
20世纪50年代高温高压石墨转化为金刚石。
20世纪80年代微波炉中烃分解为 西 金刚石。
昌
20世纪90年代CCl4+Na得到金刚石 微晶。
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2、石墨
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石墨分子结构是层形结构，每层 是由无限个碳六元环所形成的平面， 其中的碳原子取sp2杂化，与苯的结构 类似，每个碳原子尚余一个未参与杂 化的p轨道，垂直于分子平面而相互平 行。平行的n个p轨道共n个电子在一 起形成了弥散在整个层的n个碳原子上 下形成了一个p-p大键。
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硼的价电子构型为2s22p1,价电 子数少于价电子轨道数，所以它是 缺电子原子。
硼用sp2或sp3杂化轨道成键时， 除了能形成一般的s键以外，还能 形成多中心键。例如3个原子共用2 个电子所成的键就叫做三中心两电 子键。
第二节 碳
一、碳的杂化类型
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sp3 四面体
西 管”和“螺管”三大类，按管口是否封闭可分为
“封口管”和“开口管”，按管壁层数可分为单层
昌 管（SWNT）和多层管（MWNT）。管碳的长度
通常只达到纳米级（1nm=10-9m）。
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4、碳的氧化物
墨，发现了像足球一样的碳分子—C60，
西 后来发现，它只是一个碳的一大类新同素
异形体——C60球碳大家族里一员。
昌
其它球碳
学
C20球碳 C24球碳 C36球碳 C80球碳
院
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C60球碳可与氢发生加成反应。
管碳(碳纳米管)：
1991年日本Sumio Iijima用电弧放电法制备C60 得到的碳炱中发现管状的碳管碳的壁为类石墨二维 结构，基本上由六元并环构成，按管壁上的碳碳键 与管轴的几何关系可分为“扶手椅管”、“锯齿状
电负性（鲍林）
碳 77 3823 1086 345.6 357.7 4117 485 2.55
硅 117 1683 786.1 222 452 318 565 1.90
硼 88 2573 792.4 29321 561-690 389 61353 2.04
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碳、硅、硼三种元素晶体的熔点 和沸点很高，除石墨外硬度也大。