17.碳族元素化合物
碳族元素及其化合物
碳族元素及其化合物碳族元素通性1、原子结构性质相似性：最外层电子构型: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)4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)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。
性质: 灰黑色，硬度小，熔沸点低于金刚石；化学惰性，500°C可被空气氧化成CO2，也可被浓热HClO4氧化成CO27C+4HClO4=2H2O+2Cl2↑+7CO2↑良好导电性（因为每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动）润滑剂（同一层晶面上碳原子间通过共价键结合，层与层之间以分子间作用力结合，由于层与层之间的作用力很小，故很容易在层间发生相对滑动。
碳及其化合物课件(共45张)
炔烃
芳香烃
含有碳碳三键的烃类化合物，分子式通式 为CnH2n-2。
分子结构中具有环状结构的烃类化合物， 具有特殊芳香性气味。
烃的衍生物
01
02
03
04
醇类
烃分子中的氢原子被羟基取代 后的化合物，如乙醇、甲醇等
。
醚类
烃分子中的氢原子被氧原子取 代后的化合物，如乙醚、甲醚
等。
醛类
烃分子中的氢原子被醛基取代 后的化合物，如甲醛、乙醛等
化工领域的应用
有机合成
碳化合物是有机合成的基 础，可用于生产各种化学 品、塑料和纤维等。
药物制造
许多药物都含有碳元素， 通过合成特定的碳化合物 ，可以生产出治疗各种疾 病的药品。
农药制造
碳化合物也可用于制造各 种农药，以控制农作物病 虫害。
材料领域的应用
金属材料
碳化合物中的石墨可用于制造各 种金属材料，如碳钢和合金钢等
碳具有较低的熔点和沸点，不溶于水 ，可导电和传热。
碳的化学性质
碳的非金属性较弱， 在常温下不易与其它 元素发生化学反应。
碳的化合物种类繁多 ，包括一氧化碳、二 氧化碳、碳酸、碳酸 盐等。
碳具有还原性，能够 还原金属氧化物和其 它含氧化合物。
碳的同位素
碳存在多种同位素，如C、C、C 等，其中最常见的是C。
05
碳化合物应用
燃料领域的应用
01
02
03
燃料
碳化合物是燃料的主要来 源，如煤、石油和天然气 等，它们在能源生产和生 活中发挥着重要作用。
燃烧效率
碳化合物在燃烧过程中能 够释放大量的热能，为各 种工业生产和家庭生活提 供所需的热量。
污染控制
随着环保意识的提高，人 们正在寻找更加清洁的燃 料，如生物质能和氢能等 ，以减少对环境的污染。
碳族元素化合物及有关矿石
碳族元素碳 C 单质石墨，金刚石，无机化合物一氧化碳CO 二氧化碳CO2白云石MgCa (CO3)2 C60，C70碳酸钙CaCO3 石灰石、大理石、方解石碳酸氨(NH4)2CO3碳酸氢钠NaHCO3 碳酸氢铵NH4HCO3 五一氧化碳合铁Fe(CO)5 碳酸氢钙Ca(HCO3)2碳酸钠Na2CO3碳酸氢氧化镁Mg2(OH)2CO3碳酸镁MgCO3有机化合物动植物体，煤，石油，天然气草酸H2C2O4甲酸HCOOH碳酸H2CO3甲烷CH4乙烷C2H2硅Si 水晶、石英、SiO2二氧化硅四氟化硅SiF4六弗硅酸H2SiF6 四氯化硅SiCl4甲硅烷SiH4H2SiO3偏硅酸H4SiO4正硅酸H2Si2O5二偏硅酸H6Si2O7焦硅酸硅酸钠Na2SiO3水玻璃、泡花碱钪硅石Sc2Si2O7云母KMg3(OH)2Si3AlO10硅化镁Mg2Si硅酸钾K2SiO3四溴化硅SiBr4四碘化硅SiI4锗Ge锗石矿Cu2S·FeS·GeS2 GeO2·H2O硫化亚锗GeS硫化锗GeS2锡Sn锡石矿SnO2二氧化锡氢氧化锡Sn(OH)2灰锡α白锡β脆锡γ氯化锡SnCl2硝酸锡S n(NO3)2 氧化亚锡SnOSn(OH)Cl锡酸α-H2SnO3β -H2SnO3六氯合锡酸H2SnCl6一氯氢氧化亚锡四氯化锡SnCl4硫化亚锡SnS 硫化锡SnS2锡酸钠Na2SnO3铅Pb 方铅矿PbS 硫化铅硝酸铅Pb(NO3)2氯化铅PbCl2三氯铅酸HPbCl3氧化铅PbO又名密陀僧三氧化二铅Pb2O3可看作：PbO·PbO2四氯合铅酸H2[PbCl4]四氧化三铅Pb3O4又名铅丹，可看作：2PbO·PbO2二氧化铅PbO2 铬酸铅PbCrO4氢氧化铅Pb(OH)2碘化铅PbI2硫化铅PbS。
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
返回
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
有机化合物
由于碳原子形成的键都比较稳定，有 机化合物中碳的个数、排列以及取代基 的种类、位置都具有高度的随意性，因 此造成了有机物数量极其繁多这一现象， 目前人类发现的化合物中有机物占绝大 多数。 有机物一般难溶于水，易溶于有机溶 剂，熔点较低。绝大多数有机物受热容 易分解、容易燃烧。有机物的反应一般 比较缓慢，并常伴有副反应发生。
1 、可燃性：
a. 在氧气中或空气中完全燃烧：生成二氧化碳并放出大量的热。 b.空气不足，燃烧不完全：除生成二氧化碳外，还会产生一氧化 碳，并放热。
2、 还原性：
a.干燥木炭粉和氧化铜均匀Fra bibliotek合，加强热。b.炽热的碳可使二氧化碳还原成一氧化碳。
c.炽热的碳可使水蒸汽还原。碳和碳的氧化物
碳的单质
• 石墨、金刚石、 C60
• 金刚石和石墨的化学成分都是碳(C)，但是它们的结构和 性能却完全不同。金刚石是目前最硬的物质，而石墨却是 最软的物质之一。大家都知道铅笔芯就是用石墨粉和粘土 配制而成的，石墨粉含量多笔芯就软，用“B“表示，粘土 掺多了则硬，用“H”表示。矿物学家用摩氏硬度来表示相 对硬度，金刚石为10，而石墨的摩氏硬度只有1。它们的 硬度差别之所以这么大，关键在于它们的内部结构存在很 大差异。
石墨
石墨内部的碳原子呈层状排列，一个碳原子周围只有3 个碳原子与其相连，碳与碳组成了六边形的环状，无限 多的六边形组成了一层。层与层之间联系力非常弱，而 层内三个碳原子联系很牢，因此受力后层间就很容易滑 动，这就是石墨很软能写字的原因。石墨可用于制造电 极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等， 也可以用作坩埚以及合成金刚石的原料。
C60
• 富勒烯C60 • 1985年，美国化学家史莫利与英国化学家科尔托利用激光 照射石墨，使其蒸发而成碳灰。质谱分析发现，这些碳灰 中含有两种不明物质，其分子量分别为碳的60倍与70倍， 故将它们分别命名为 C60与C70。C60中20个正六边形和12个 正五边形构成圆球形结构，共有60个顶点，分别由60个碳 原子所占有，经证实它们属于碳的第三种同素异形体，命 名为富勒烯(Fullerene）。
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
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
碳族元素碳及其化合物
碳族元素碳及其化合物碳族元素是指位于元素周期表第14族的元素，包括碳(C)，硅(Si)，锗(Ge)，锡(Sn)和铅(Pb)。
碳族元素在自然界中广泛存在，具有重要的地球化学和生物化学意义。
碳是最为重要的碳族元素，因为它是生命的基础，能形成无数种具有复杂结构的有机化合物。
1.碳的性质碳是一种非金属元素，具有原子序数6和相对原子质量12.01、它的外层电子构型为2s22p2，因此能形成四个共价键。
碳具有非常高的熔点和沸点，以及很高的硬度。
它可以形成纯净的晶体结构，比如钻石和石墨。
2.碳的化合物碳可以与其他元素形成大量的化合物，包括有机化合物和无机化合物。
有机化合物是以碳为主要成分的化合物，它们在自然界和生命体系中广泛存在。
有机化合物包括烷烃、烯烃、炔烃、醇、酮、酸、酯等等。
无机化合物则是碳与非金属元素和金属元素形成的化合物，比如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和碳酸盐。
3.碳的地球化学意义碳是地球上最常见的元素之一，它在地壳中的储量很大。
地球上大部分的有机物质也含有碳，包括化石燃料、生物质和土壤有机质。
碳的循环在地球上起着重要的作用，包括碳的释放和吸收过程。
人类活动导致大量的碳排放，加速了全球变暖和气候变化。
4.碳在生物化学中的作用碳是生命体系中最为重要的元素，它构成了所有有机化合物，包括蛋白质、核酸、脂质和碳水化合物。
这些化合物在生物机体的结构和功能中起着重要的作用。
碳还参与能量代谢过程中的碳循环，包括光合作用和细胞呼吸。
5.碳的应用由于碳形成的有机化合物种类繁多，碳化合物在工业和生活中有广泛的应用。
有机化合物被用于制造塑料、橡胶、纤维和药物等。
碳纳米管和石墨烯等碳材料也具有重要的应用潜力，可用于电子器件、储能材料和生物传感器等。
此外，碳的同位素碳-14也被广泛应用于射击物体的定年和环境探测。
总结：碳族元素是地球上最重要的元素之一，在地球化学和生物化学中起着关键的作用。
碳的化合物形式多样，有机化合物是生命体系中的基本组成部分。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
元素化合物
第七节碳族
一、单质
1、碳单质：金刚石、石墨、焦炭、炭黑、C60……
2、单晶硅的制备（自然界中无游离态单质）
应用：Si——芯片、半导体、太阳能电池板
SiO2——光导纤维、水泥、陶瓷、玻璃
Na2SiO3——黏合剂、木材防火剂
【小结】一步反应无法实现转化
二、CO、CO2
1、制备
（1）CO2
（2）CO
2、CO的检验
（1）CuO法
（2）湿润的氯化钯试纸
（3）银氨溶液
【小结】碳的变价规律
3、CO2、SO2与BaCl2
（1）CO2通入BaCl2中
（2）SO2通入BaCl2中
【练习】
（2013上海理7）将X气体通入BaCl2溶液，未见沉淀生成，然后通入Y气体，有沉淀生成，X、Y不可能是（）
A．X：SO2；Y：H2S
B．X：Cl2；Y：CO2
C．X：NH3；Y：CO2
D．X：SO2；Y：Cl2
（模考题）将下列选项中的气体X和Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中（如图装置），无沉淀产生的是（）
A．铜跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟浓硝酸反应产生的气体Y B．碳跟浓硫酸共热产生的气体X和石英跟焦炭高温下反应产生的气体Y
C．MnO2跟浓盐酸共热产生的气体X和碳跟浓硫酸共热产生的气体Y
D．铜跟浓硫酸共热产生的气体X和氨水受热产生的气体Y
三、SiO2
1、主要成分总结：
水晶、石英、云母、沙土、玛瑙——
红宝石、蓝宝石、人造刚玉——
2、方程式书写：
（1）盛装NaOH的磨口玻璃瓶不能用玻璃塞/熔融NaOH固体时不可使用石英坩埚：______________________________________ （2）雕刻玻璃的原理/HF不可使用玻璃瓶盛装：
______________________________________
______________________________________
例：SiO2可以与HF和NaOH反应，因此是两性氧化物（）
（3）制玻璃时加入石灰石形成炉渣：_________________________ （4）SiO2与焦炭混合后通入氮气，高温煅烧生成耐高温陶瓷材料和一种可燃性气体：_________________________________________
耐高温陶瓷材料常含有的元素：
例：（2015 海南理14）单质Z 是一种常见的半导体材料，可由X 通过如下图所示的路线制备，其中X 为Z 的氧化物，Y 为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：
X
Y
Z Mg 2Z
Mg 加热
盐酸
加热
（1）能与X 发生化学反应的酸是________；由X 制备Mg 2Z 的化学方程式为________．
（2）由Mg 2Z 生成Y 的化学反应方程式为________，Y 分子的电子式为________．
（3）Z 、X 中共价键的类型分别是________．
四、常见阴离子的检验 Cl -： SO 42-： CO 32- SO 32- Br -： I -：
NO 3-： NO 2-：
【练习】某研究性学习小组通过实验探究草酸晶体受热分解的产物。
Ⅰ查阅资料
经查阅，草酸晶体在175℃时受热分解，熔融时易挥发，相关信息如下表：
分子式水溶性熔点/℃
草酸晶体H2C2O2·2H2O 易溶于水101.5
草酸钙CaC2O4 难溶于水——
Ⅱ猜测产物
经小组讨论，认为草酸晶体受热分解产物中一定有H2O，除此之外可能还有CO2、CO和H2。
Ⅲ实验探究
⑴为了检验产物中是否有CO2气体，两同学分别设计了甲、乙两套装置（如图所示）。
①对比甲、乙装置，乙装置的优点有
a．
b．
②利用乙装置进行实验，观察到澄清石灰水变浑浊。
⑵为了检验其它气体产物，丙同学设计了如下装置
①请在虚线框中画出所缺装置并注明仪器中所盛药品的名称。
②装置D所盛药品为，其作用
为；装置E所盛药品为，其作用为。
③按上图装置进行实验，观察到C中黑色粉末变为红色，D中无明显现象，E中溶液变浑浊。
Ⅳ实验结论
根据Ⅲ中（1）、（2）的实验现象，草酸晶体（H2C2O4·2H2O）受热分解的化学方程式为。
（2015 全国新课标Ⅰ理26）草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其
K1=5.4×10-2，K2=5.4×10-5．草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水．草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解．回答下列问题：
（1）甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物．装置C中可观察到的现象是________，由此可知草酸晶体分解的产物中有
________．装置B的主要作用是________．
（2）乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验．
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________．装置H反应管中盛有的物质是________．
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是________．
（2014 江苏理8）下列各组物质中，不满足组内任意两种物质在一定条件下均能发生反应的是（ ）
物质 甲
乙 丙
A Al
HCl
NaOH
B 3NH 2O
3HNO
C 2SiO
NaOH
HF D
2SO
2Ca OH （）
3NaHCO
（2014海南理9）下列关于物质应用的说法错误的是（ ） A ．玻璃容器可长期盛放各种酸 B ．纯碱可用于清洗油污 C ．浓氨水可检验氯气管道漏气 D ．Na 2S 可除去污水中的Cu 2+
（2014福建理9）常温下，下列各组物质中，Y 既能与X 反应又能与Z 反应的是（ ）
X Y Z ① NaOH 溶液 Al(OH)3 稀硫酸 ② KOH 溶液
SiO 2 浓盐酸 ③ O 2 N 2 H 2 ④ FeCl 3溶液
Cu
浓硝酸 A ．①③
B ．①④
C ．②④
D ． ②③。