12p区元素碳硼族.ppt

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1、第十二章p区元素(碳族、硼族)Carbon(C)Silicon(Si)Germanium(Ge)Stannum(Sn)Plumbum(Pb)，MOTORCYCLE主要内容碳单质的性质及制备方法2碳的化合物（氧化物、含氧酸、氢化物、卤化物）3硅的化合物（氧化物、卤化物等）5锗、锡、铅简介6碳族元素通性及存在形式1硅单质的性质及制备方法4基本性质CSiGeSnPb价电子构型ns2np2主要氧化态稳定性+2小大+4大小原子半径小大I1大小~（相近）EA1/kJ·mol-1122>120>116<121>1

2、00（电子亲和能）电负性2.51.81.81.81.8碳族元素通性成键特征C的成键形式：C半径小、电负性大主要形成共价化合物；sp3sp2sp正四面体平面三角直线形例：金刚石，CH4；石墨，C2H4；C2H2，CO通性从上述键能比较可以看出：C-C、C-H在M-M、M-H中键能最大，所形成氢化物等稳定，这是碳能形成百万种有机化合物的原因；Si-O键具有特殊的稳定性，Si为亲氧元素；Si-H、Si-Si键键能与C-H、C-C键相比均较小，因而Si与B一样也很难像C一样形成稳定的氢化物，并且难以形成长链

3、。某些键的键能键B-HC-HSi-HB-OC-OSi-OB-BC-CSi-Si键能/kJmol-1389411318561358452293346222C是生物体的重要元素，Si、O形成的化合物构成地壳岩石圈的主体。C与O、H形成的化合物构成生物圈的主体。C以单质存在，其余大多以矿物形式存在，甚至是“稀散元素(分散元素)”。IVA族一些元素的重要矿物元素重要矿物较陌生的制备方法煤、烃类化合物、石墨石英砂SiO2散在于锌矿锡石SnO2方铅矿PbS热解法制备碳GeO2+2H2→Ge+2H2O碳硅锗锡铅

4、存在富勒烯中以C60最稳定，其笼状结构酷似足球，相当于一个由二十面体截顶而得的三十二面体。32个面中包括12个五边形面和20个六边形面，每个五边形均与5个六边形共边，而六边形则将12个五边形彼此隔开。与石墨相似，C60分子中每个C原子与周围三个C原子形成3σ键，剩余的轨道和电子共同组成离域π键。碳单质的同素异形体性质C原子构型C-C-C键角/(°)杂化轨道形式密度/g·cm-3C-C键长/pm金刚石四面体109.5sp33.514154.4石墨三角形平面120sp22.266141.8C60近似球面

5、116(平均)sp2.281.678139.1(6/6);145.5(6/5)碳的同素异形体的性质金刚石石墨石墨烯最薄的材料，仅有一个原子厚，是１个分子大小的单电子晶体管；具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性。2010诺贝尔物理学奖。高温、高压、催化剂合成～1950年1.5分钟，FeS（熔剂，催化剂）5×106Pa~10×106Pa，1500~2500℃DGmq=2.866kJ·mol-1金刚石的合成CH4H2混合气C微波（频率2.45×106s-1，功率400W）33.7kP

6、a,<1273K～1980年金刚石的化学性质极稳定、硬度最高，莫氏硬度为10（Cr为9，Fe为4.5，Pb为1.5，Na为0.4）。为面心立方结构的原子晶体，C的所有价电子均参与成键，且C－C键键能较大，因而是所有单质中熔点最高的（3823K）。金刚石不导电。石墨质软，熔点比金刚石略低，导电、导热，为层状结构，层间由范德华力结合，有解离性，化学性质总体看来比较稳定，能形成类似K+C8-这类化合物。C60室温下为分子晶体（面心立方结构），能隙为1.5eV，是优良的半导体。C60的活泼性与分子中存在双键

7、有关。用纯石墨作电极，在Ne中放电，电弧中产生的碳烟沉积在水冷反应器的内壁上，这种碳烟中存在着C60、C70等碳原子簇。K+C8-金刚石炭黑（年产超过8×106t，94%用于橡胶制品的填料）活性炭（高比表面积：400~2500m2·g-1)，用于脱色、除杂质碳纤维（每架波音-767飞机需用1t碳纤维材料）碳黑的结构碳-碳复合材料（隐形飞机）低结晶度碳管碳1991年日本SumioIijima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

8、管轴的几何关系可分为“扶手椅管”、“锯齿状管”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管（SWNT）和多层管（MWNT）。管碳的长度通常只达到纳米级。HCOOHCO+H2OH2C2O4CO+CO2+H2O△，浓硫酸△,浓硫酸实验室CH4+H2OCO+3H2C+H2OCO+H2650～1000℃,10×105PaNiO催化925～1375℃1×105Pa～30×105Pa（水蒸气转化法）（水煤气反应法）制备工业碳的氧化物CO&C