化学竞赛无机化学绝密课件 碳族元素.ppt

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1、碳C单质石墨金刚石第十三章碳族元素无机化合物CO2石灰石、大理石、方解石CaCO3白云石MgCaCO32（）碳在地壳中的质量含量为0.048%列第15位煤，石油，天然气动植物体有机化合物硅Si以Si－O－Si键的化合态存在：水晶、石英、SiO2其他硅酸盐矿物硅在地壳中的质量含量为27.7%列第2位（曾用矽）锗Ge锗在地壳中的质量含量为1.510－4%锗石矿Cu5Cu，Fe6AsGeS12（）锡Sn锡石矿SnO2锡在地壳中的质量含量为2.210－4%铅Pb方铅矿PbS铅在地壳中的质量含量为1.410－3%13.1碳单质13.1.1同素异形

2、体碳主要有三种同素异形体石墨、金刚石和碳簇石墨硬度小，熔点极高，具有层状结构。石墨中碳原子sp2杂化每个碳原子与层内相邻的三个碳原子成键，形成分子平面。有离域电子，所以石墨导电。各碳原子的pz轨道互相平行，均垂直于分子平面，在层内形成键。nn木炭和焦炭基本属于石墨类型，但是晶形不完整。层间的分子间作用力小，易滑动，故石墨有润滑性。金刚石硬度最大，熔点极高。由于无自由电子，故金刚石不导电。金刚石中碳原子sp3等性杂化，每个碳原子与相邻四个碳原子成键碳簇以C60为代表的碳单质的第三种同素异形体——碳簇，是20世纪80年代被人们发现的。可以

3、从正二十面体出发去理解C60的几何构型。正二十面体：共二十个面，每个面都是正三角形；每个面角都是五面角，共十二个顶点。正二十面体有多少条棱？将12个顶角都截掉，截口处产生12个正五边形。原来20个正三角形的面都变成了正六边形。C60的几何构型就是这种截角正二十面体，共有20个正六边形，12个正五边形冶金工业上，用碳还原氧化物矿制备单质，如：SiO2+2C——Si+2CO（1）13.1.2碳的还原性上述反应可以由以下二个反应2C+O2——2CO（2）Si+O2——SiO2（3）SiO2+2C——Si+2CO（1）（2）－（3）得到我们关心反应（

4、1）进行的温度。首先考察相关反应的△rGm随温度T变化的情况。可以从反应（2）和（3）入手去研究。因为由关系式△rGm＝△rHm－T△rSm可知：△rGm对温度T作图，图像是直线，而其斜率是－△rSm。（a）2CO（g）+O2（g）——2CO2（g）碳作为还原剂，涉及如下三个反应（b）C（s）+O2（g）——CO2（g）（c）2C（s）+O2（g）——2CO（g）（a）2CO（g）+O2（g）——2CO2（g）（b）C（s）+O2（g）——CO2（g）（c）2C（s）+O2（g）——2CO（g）△rSm＝△rSm＝3J•mol－1•K－1△r

5、Sm＝179J•mol－1•K－1－173J•mol－1•K－1根据关系式△rGm＝△rHm－T△rSm作△rGm－T图。图中有反应（a），（b）和（c）的△rGm－T线－800△rGm/（kJ·mol－1）2731273T/K－200－400－600（a）（b）（c）反应的△rSm为正，其斜率为负。（c）2C（s）+O2（g）——2CO（g）－800△rGm/（kJ·mol－1）2731273T/K－200－400－600（a）（b）（c）反应的△rSm为负，其斜率为正。（a）2CO（g）+O2（g）——2CO2（g）－8002731273

6、T/K－200－400－600（a）（b）（c）△rGm/（kJ·mol－1）反应的△rSm约等于零，与横轴平行。－8002731273T/K－200－400－600（a）（b）（c）△rGm/（kJ·mol－1）（b）C（s）+O2（g）——CO2（g）（d）－80010002000T/K－200－400－600（a）（b）（c）△rGm/（kJ·mol－1）再把反应Si+O2——SiO2（d）的△rGm~T线，画入图中Si+O2——SiO2（d）的图象斜率为正（d）－80010002000T/K－200－400－600（a）（b）（c）△

7、rGm/（kJ·mol－1）Ty当温度为Ty时，（c）（d）两线相交，即该温度时两个反应的rGm相等。Ty（d）－80010002000T/K－200－400－600（a）（b）（c）△rGm/（kJ·mol－1）－）——————————————————SiO2+2C——Si+2CO（e）两个反应（c）和（d）相减，得到反应（e）2C（s）+O2（g）——2CO（g）（c）Si+O2（g）——SiO2（d）当T＝Ty时，△rGm＝0当T>Ty时，反应（e）＝（c）－（d）的rGm<0TyTy（d）－80010002000T/K－200－4

8、00－600（a）（b）（c）△rGm/（kJ·mol－1）当T>Ty时，rGm<0，碳可以将SiO2还原，且产物是CO。SiO2+2C——Si+2CO（e）正是