第14 章碳族元素
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
硅酸盐的水解
无水CoCl2
CoCl2· 6 H2O
14－2－2
2
硅酸和硅酸盐
硅的含氧化合物
硅酸溶解度小，是二元弱酸： K1θ＝ 2.51×10–10， K2θ＝ 1.55×10–12 硅酸（ x SiO2 y H2O )
14－1－2
3
碳酸和碳酸盐
碳的含氧化合物
HCO3－ + OH－
CO32－ + H2O
（ 1 ） Ca2+ 、 Sr2+ 、 Ba2+ 等，其碳酸盐的溶度积远小于其 氢氧化物的溶度积，与上述沉淀剂相遇时生成碳酸盐，例 如： Ca2+ + CO32－ CaCO3 （2）Al3+、Fe3+、Cr3+ 等，其氢氧化物的溶度积远小于其 碳酸盐的溶度积，与上述沉淀剂相遇时生成氢氧化物，例 如： 2 Fe3+ + 3 CO32－ + 3 H2O 2 Fe(OH)3 + 3 CO2
14－1－1
1
（2）石墨
碳元素的单质
碳的同素异形体
硬度较小，熔点较高，表 现出一定程度的化学活性。
碳原子以 sp2 杂化，形成 片层结构 。 每个碳原子的未参与杂化的 p 电子，形成大 n 键。这 n 些离域电子使得石墨具有良好导电性。层间的分子间力很 弱，所以层间易于滑动，故石墨质软具有润滑性。可制作 电极、热电偶、坩锅、铅笔芯等。
2
碳单质的还原性
碳元素的单质
当 T > T2 时，产物为 CO2，而不是 CO。
△rGmθ / kJ· mol－1
14－1－2
1
一氧化碳
碳的含氧化合物
（1）实验室制备： 方法一：将甲酸滴加到热浓硫酸中， HCOOH CO + H2O
[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
2019/8/9 4
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
2019/8/9 5
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
2019/8/9 15
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
2019/8/9 1
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)
2019/8/9 9
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。
第18讲：碳族元素
高三化学一轮复习精品教辅第18讲：碳族元素【考纲要求】1.掌握碳族元素在元素周期表中的特殊位置导致性质上的特殊性。
2.能熟练运用碳族元素原子结构的递变规律解释其性质的递变规律3.掌握CO 2与CO 、CO 2与SiO 2、NaHCO 3与Na 2CO 3这三组物质在物理性质、化学性质、制法、用途等方面的不同。
4．自主建立碳族元素的知识网络。
教与学方案一、碳族元素 1．碳族元素：包括碳（C ）、硅（Si ）、锗（Ge ）、锡（Sn ）、铅（Pb ），为第IV A 族元素；最外层均有四个电子，决定了碳族元素性质具有相似性，容易形成共价化合物（特别是碳和硅），其化合价主要有+4和+2；但电子层数不同，又导致了性质具有递变性：从碳→铅，非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强，有着明显的递变规律。
种类最多的元素。
二、碳、硅元素的单质及重要化合物的主要性质、制法及应用的比较1．碳单质：（1）物理性质：碳元素形成的同素异形体由于碳原子的排列方式不同，导致物理性质有较大的差别。
（见表18—2）（2）化学性质：①C + O 2 ＝ CO 2 ②2C + O 2 ＝ 2CO ③C+4HNO 3（浓）＝CO 2↑+ 4NO 2↑+ 2H 2O ④ C + 2CuO ＝ 2Cu + CO 2↑⑤ C + CO 2 ＝ 2CO ⑥ 2C + SiO 2 ＝ Si + 2CO ↑2点燃 点燃 △高温 高温4．二氧化硅与二氧化碳的对比：（表18—5）【例题解析】[例1] 门捷列夫在19世纪中叶，曾根据他所发现的周期律，预言过第四周期第ⅣA族元素X（当时称为类硅）。
下列有关类硅的元素性质，不正确的是（CD）A.XH4不稳定，但有强还原性B．可用焦炭在高温下从XO2中冶炼XC．X单质的熔点比硅高 D.X(OH)4的酸性比H2SiO3强[例2] 最近，科学家研制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，分子式为C60，下列说法正确的是（BC）A．C60是一种新型的化合物B．C60和石墨都是碳的同素异形体C．与C60结构类似的还有C60分子D．C60的相对分子质量是720g/mol【针对训练】基础训练1.质量相等的石墨与足球烯（C60）所含质子数（B）A．前者多 B. 相等 C. 后者多 D. 无法确定2.下列各组物质中，不属于同素异形体的是(B)A.金刚石、石墨B.水、重水C.氧气、臭氧D.晶体硅、无定形硅3.下列物质中，能直接用作半导体材料的是(C)A.金刚石B.石墨C.晶体硅D.水晶4.下列叙述能确定是ⅣA族元素的是(D)A.原子核外有4个电子B.有+2和+4两种化合价C.易形成共价化合物D.原子最外层有4个电子5.下列元素的最高氧化物对应水化物中酸性最弱的是(A)A. SiB. PC. SD. Br6.不能通过化合反应来制取的物质是(B)A. SiCl4B. H2SiO3C. Na2O2D. CaSiO37.下列变化属于氧化还原反应的是(CD)A.石灰石煅烧生成CO2和CaOB.纯碱、石灰石、石英共熔制玻璃C.硅与氢氧化钠溶液反应D.过氧化钠吸收CO2放出氧气8.下列大气污染物中，能跟人体血红蛋白结合而引起中毒的气体(C)A. SO2B. CO2C. COD. H2S9.除去下列物质中的杂质（括号内为杂质）。
无机化学 武大 第五版 第一章 绪论
第二十一章 铬副族元素和锰副族元素 (4学时)
第二十二章 铁系族元素和铂系族元素 (4学时)
第二十三章 镧系和锕系元素
(2学时)
如何学好无机化学
1）注重理解基本概念、基本理论。 2）学会自学—— 积极预习，及时复习。积极思考，带
着问题学习。 3）积极实践—— 查阅资料，按时完成作业，做好无机
化学实验。 4）处理好博与精的关系，处理好教材与参考书的关系。 5）分清主次、新旧联系、归纳对比、寻求相关问题间的
学
次极为重大的理论综合。
革
命
约翰·道尔顿, John Dalton
(1766-1844, 英国)
元素是由非常微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既不能 创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性 质；同一种元素的原子其形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的 形状、质量及各种性质则不相同，原子的质量(而不是形状)是元素最基本的 特征；不同元素的原子以简单的数目比例相结合，形成化合物。化合物的原 子称为复杂原子，它的质量等于其组合原子质量的和。1807年道尔顿发表 “化学哲学新体系”，全面阐述了化学原子论的思想。
波义耳极为崇尚实验。“空谈毫无用途，一切来自实验”。 他把严密的实验方法引入化学研究，使化学成为一门实验科学。
第 二 次 化 学 革 命
安托万-劳伦·德·拉瓦锡 Antoine-Laurent de Lavoisier 1743-1794, 法国
拉瓦锡在做实验，夫人做记录
1777年发表《燃烧概论》，提出燃烧的氧化学说；揭开了 困惑人类几千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的“燃 素说”为标志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛 顿”。 1789年出版《初等化学概论》，拉瓦锡列出了第一张元 素一览表 。
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 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。
(1)分子组成和结构：二氧化碳分子是由两个氧原子和一个碳原子通过极性共价键结合成直线型的非极性分子;固态时为分子晶体。
(2)物理性质：二氧化碳是无色、无嗅的气体，密度比空气大，加压和降温下变为雪状固体叫干冰，若在压强为101帕，温度℃时，干冰可升华成气体;CO2可溶于水(通常状况下1:1)。
武汉大学、吉林大学《无机化学》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解-碳族元素(圣才出品)
十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
第 15 章 碳族元素
15.1 复习笔记
碳族元素包括碳、硅、锗、锡和铅 5 种元素，价电子层结构为 ns2np2。其碳和硅是非 金属元素，其余三种是金属元素。
一、碳族元素通性
1．惰性电子对效应：C、Si ＋4 氧化态稳定，Pb 是＋2 氧化态稳定。
2．碳族元素的单质 （1）碳的同素异形体 ①金刚石属立方晶系，是典型的原子晶体，其中 C 以 sp3 杂化轨道与其它原子相连，形 成了牢固的 C-C 键。金刚石晶体透明、折光、耐腐蚀且不导电，室温下，金刚石对所有的化 学试剂都显惰性。其硬度是所有物质中最大的，可达 10000 kg/mm2，俗称钻石，除用作 装饰品外，还用于制造钻探用的钻头和磨削工具。 ②石墨很软，呈灰黑色，密度较金刚石小，熔点比金刚石略低，具有层向的良好导电导 热性，容易沿层方向滑动裂开，常用来制作电极、润滑剂、铅笔等。 （2）硅、锗、锡、铅单质
③锡有三种同素异形体：
灰锡(α) ⎯286⎯K→白锡(β) ⎯434⎯K→脆锡(γ)
性质活泼， Sn ＋ 2HCl（热、浓） ＝ SnCl2 ＋ H2↑
3Sn ＋ 8HNO3（冷、稀） ＝ 3Sn（NO3）2 ＋ 2NO↑＋ 4H2O Sn ＋ 4HNO3（浓） ＝ H2SnO3（SnO2·H2O）↓＋ 4NO2↑＋ H2O
2 / 23
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
①单质硅的晶体结构类似于金刚石，熔点 1683 K，呈灰黑色，有金属外貌，性硬脆； 低温下稳定，不与水、空气和酸作用，但与强氧化剂和强碱溶液作用。
②锗是灰白色的脆性金属，结构为金刚石型，原子晶体，比 Si 活泼，能溶于氧化性酸 得到 Ge（Ⅳ），难溶于 NaOH，不与空气中的 O2、H2O、非氧化性酸作用。高纯锗也是较 好的半导体材料。
无机化学第十五章碳族元素
05 碳族元素生物效应及环境 影响评价
碳族元素在生物体内作用机制
1
碳族元素在生物体内主要以有机化合物的形式存 在，如蛋白质、脂肪、碳水化合物等，是构成生 命体的基本要素。
2
碳族元素参与生物体内多种代谢过程，如葡萄糖 代谢、脂肪代谢等，对维持生物体正常生理功能 具有重要作用。
3
一些碳族元素如硅、锗等还具有特殊的生物活性， 对生物体的生长、发育和免疫等方面产生影响。
特点
碳族元素具有相似的最外层电子 构型，主要呈现+2、+4价态；随 着原子序数的增加，金属性逐渐 增强，非金属性逐渐减弱。
碳族元素在周期表中位置
01
碳和硅位于第二周期和第三周期 ，锗、锡、铅则位于第四周期及 其以后。
02
碳族元素在周期表中的位置反映 了它们的电子构型和化学性质的 递变规律。
碳族元素重要性及应用
锗、锡、铅单质性质简介
锗
锗是一种化学元素，具有半导体性质。它在电子工业中有一定的应 用，如制造高频器件等。
锡
锡是一种银白色、柔软的金属，具有良好的延展性和可塑性。它广 泛用于制造合金、焊料、涂料等。
铅
铅是一种蓝灰色、质软的金属，密度大，熔点低。它具有一定的耐腐 蚀性，可用于制造蓄电池、电缆等。但铅对人体有害，应注意防护。
配位化合物形成与稳定性
配位化合物概念
01
碳族元素可与多种配体形成配位化合物，如与氨、水、卤素离
子等形成的配合物。
配位化合物稳定性
02
碳族元素配位化合物的稳定性受多种因素影响，如中心原子电
荷、配体性质、空间构型等。
配位化合物应用
03
碳族元素配位化合物在催化、材料科学、生物医药等领域具有