碳族元素讲解

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1、化一200900111143杨晓碳族元素碳族元素碳族元素位于元素周期表中ⅣA族，包括碳（C）、硅（Si）、锗（Ge，分散元素）、锡（Sn）、铅（Pb）五种元素。其中，碳、硅是非金属，其余三种是金属，由于硅、锗的金属性与非金属性均不强，也有人称其为准金属。一、碳族元素的通性1、碳族元素在自然界中的分布：碳在自然界中主要以煤、石油、天然气、动植物等有机物存在，无机物矿藏主要有石灰石CaCO3、大理石CaCO3、白云石CaCO3·MgCO3、菱镁矿MgCO3等，空气中存在约0.03%（体积比）的CO2。碳在地

2、壳中的质量含量为0.027%。碳主要有12C、13C、14C三种同位素，前两种的丰富度分别为98.892%和1.108%。硅在地壳中的质量分数为28.2%，主要以硅酸盐的形式存在于土壤和泥沙中，自然界中也存在石英矿。锗、锡、铅在地壳中的质量分数分别为0.0005%、0.0002%、0.0013%，主要以硫化物和氧化物的形式存在，其中锗、锡、以二氧化物存在，铅以硫化物居多。2、元素结构与性质：性质碳硅锗锡铅颜色、状态无色或黑色固体灰黑色固体灰白色固体银白色固体蓝白色固体相对原子质量12.0128.0972

3、.59118.7207.2外围原子构型2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2主要化合价+2、+4+4+2、+4+2、+4+2、+4主要氧化物CO、CO2SiO2GeO、GeO2SnO、SnO2PbO、PbO2最高价氧化物的水化物性质H2CO3H2SiO3Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4酸性递减碱性递增金属性、非金属性金属性递增非金属性递减氢化物的稳定性逐渐降低3、元素的成键特征：⑴碳的成键特征①采取等性sp3杂化，形成4个共价单键。如:CH4、金刚石等。②采取等性sp2杂

4、化，形成3个σ键和1个π键（或离域π键）。如：石墨，COCl2等。③采取等性sp杂化，形成2个σ键和2个π键（或离域π键）。如：CO2、C2H2等。④采取不等性sp杂化，形成1个σ键和2个π键。如：HCN、CO等。⑤形成配位键。如：CO中有π配位键；Fe（CO）5中有σ配位键。⑵硅的成键特征①采取等性sp3杂化，形成4个共价单键。如：Si4、SiCl4等。②采取sp3d2杂化，形成六个共价单键。如：SiF62-等。③形成配位键。如：SiF62-中有2个σ配位键。Si-Si、Si-H、Si-O键的键能分别

5、为197kJ·mol-1、320kJ·mol-1、368kJ·mol-1，除Si-O键外前两者的键能分别小于C-C键和C-H键，因此，Si、H、O可以形成一些类似于C、H、O形成的有机物，但数量有限。(3)锡铅的成键特征①以+2氧化态的形式存在于离子化合物中，如SnCl2、SnO、PbO、Pb(NO3)2等。②以+4氧化态的形式存在于共化合物和少量离子型化合物中，如SnCl4、PbO2、SnO2等，其中+4氧化态的铅，由于惰性电子对效应，具有强的氧化性。二、碳及其化合物1、单质物理性质：(1)金刚石：纯

6、金刚石无色透明，天然金刚石因含杂质而多带颜色。在所有物质中，金刚石硬度最大，为10。在所有单质中金刚石熔点最高，为3550℃,金刚石不导电，几乎对所有化学试剂都显惰性，但在空气中加热800℃以上，燃烧生成CO2。金刚石在工业上主要用于制造钻探用的钻头和消磨工具，形状完整的金刚石还用于制造首饰等高档装饰品，其价格十分昂贵。金刚石晶体结构(2)石墨：石墨质软，黑灰色；有油腻感，可污染纸张。石墨具有良好的导电性，常用作电极，硬度很小，熔点低于金刚石。石墨虽然对一般化学试剂也显惰性，但比金刚石活泼。石墨各层受力

7、时容易滑动，因此石墨可用作润滑剂。石墨晶体结构(3)球碳：是球形不饱和碳原子，是由几十个乃至上百个碳原子组成的球形封闭分子。目前主要有C60、C70、C84等，其中C60最早为人们合成，也是目前主要的研究对象。(4)无定形碳：是由石墨层形结构的分子碎片互相大致平行地无序堆积，而形成的无序结构。无定形碳的颗粒有大有小，有的形成分散度很大的颗粒，其直径只有几个到几十个纳米。焦炭、木炭、炭黑、碳纤维和玻璃态碳等都是无定形碳的主要存在形式。无定形碳具有大的比面积（1g物质所具有的总表面积），经过活化处理的无定形

8、碳，其比面积增大，有更高的吸附能力，称为活性炭。常用作吸附剂、净化空气、提纯物质、脱色和去臭等。活性炭活性炭雕碳纤维是一种人工制造的纤维状碳，可用含碳的有机高聚物纤维碳化得到。它是一种新型的结构材料，具有质轻、耐高温及很强的机械性能，可用作塑料的增强剂。碳纤维的强度比玻璃纤维高6倍，用碳纤维增强的塑料比玻璃钢更优越，是制造飞机和汽车的部件，火箭和导弹的推进器和发动机外壳等的重要材料。在外科医疗上做韧带和腱植入体内，它不仅可做代用器官，还能与