宋天佑无机化学-第14章碳族元素ppt课件.ppt

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1、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2021/10/61元素符号CSiGeSnPb价电层结构2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2电负性2.251.902.01(Ⅳ)1.96(Ⅳ)1.80(Ⅱ)2.33(Ⅳ)1.87(Ⅱ)主氧化数+4(+2)+4(+2)+4,+2+4,+2(+4)+2晶体类型原子晶体金属晶体§14-1碳族元素的通性2021/10/621.惰性电子对效应：C，Si+Ⅳ氧化态稳定，Pb是+Ⅱ氧化态稳定。2.C-C,C-H,C-O键能很高,奠

2、定了有机化合物众多的基础。3.Si-Si键能低，所以硅链不会太长，硅化合物比碳化合物少得多。Si-O键能高，对应化合物多。4.本族元素单质易形成同素异形体。特点：2021/10/63碳原子的成键特征成键形式价键结构化合物举例sp3杂化4个单键－C－正四面体金刚石、CH4CCl4、C2H6sp2杂化，2个单键，一个双键＞C＝平面三角形石墨、COCl2C2H4、C6H6sp杂化，1个单键，一个叁键－C≡直线形C2H2、HCNsp杂化,一个叁键,1个孤电子对∶C≡直线形CO2021/10/64一、碳族元素在自然界的分布二、碳族元素的单质三、氧化物

3、四、含氧酸及其盐五、氢化物六、卤化物和硫化物§14-2碳族元素的单质及其化合物2021/10/65一、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、层状和立体状结构，构成各种岩石及其风化产物-土壤和泥砂。Ge、Sn、Pb主以硫化物形式存在。锡石SnO2方铅矿PbS无定形碳木炭活性炭炭黑：油漆、颜料焦炭：冶金还原剂吸附能力2021/10/66二、碳族元素的单质C60结构：60个碳原子构成近似于球形的32面体，即由12个正五边形和20个正六边形组成。每个碳

4、原子以sp2杂化轨道与相邻三个碳原子相连。剩余的P轨道在C60的外围和腔内形成大Π键。其形状酷似足球，故称作足球烯(Fluorene)。制备：用纯石墨做电极，在氦气氛中放电，电弧中产生的碳烟沉积在水冷反应器内壁，此碳烟中有C60、C70等碳原子簇。用途:超导体（嵌入碱金属）、有机软铁磁体、光学材料、功能高分子材料、生物活性材料等。2021/10/67碳纳米管2021/10/68在硅晶片表面或晶片被侵蚀的洞中垂直生长的纳米管。每一个茎状的结构都由成千上万个纳米管构成。阵列下面的黑色影斑是催化剂。看上去枯萎了的阵列是因为它们生长后被浸过液体，当

5、浸体蒸发后，纳米管便枯萎了。2021/10/69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。下图：分子内力(Intramolecularforces)使直径5-10nm的碳纳米管彼此粘在一起，随着纳米管的飞速生长，他们便会拉着邻居一起长。如果生长环境不理想，催化剂过多或过少，这种粘着力就使纳米管阵列长成出棱角、花饰、线条和其它结构2021/10/610Hart培植出了更复杂的结构，如图中的手指状结构。这些或

6、许可以用作传感器(sensingprobes)。密歇根大学(UniversityofMichigan)机械工程系研究员助理教授JohnHart采用SEM精心拍摄了这片神奇的碳纳米管森林2021/10/6112.冶金工业中碳的还原反应2CO+O2→2CO2（a)C+O2→CO2（b)2C+O2→2CO（c)-200-400-600△Gθ98312732273（T/K）2021/10/6122021/10/6133.金刚石的人工合成C(石墨）→（金刚石）△fGmθ/kJ·mol-102.9ρ/g·cm-32.2603.515△fHmθ/kJ·m

7、ol-1O1.897反应的特点？吸热、体积减小欲使反应正向进行，采取的措施？----高温、高压、催化剂。石墨转化为金刚石的机理：⑴溶剂说：石墨先溶解在溶剂（金属催化剂）中成为单个碳原子，然后在冷却时直接生成金刚石。⑵固相转化说：石墨的碳原子间的键不发生断裂，而是在催化剂的作用下，按一定方向位移直接转化为金刚石结构。2021/10/6144.硅、锗、锡、铅单质Si:原子晶体，灰黑色，硬、脆，能刻划玻璃。低温下稳定，只与强氧化剂和强碱作用，高温时可与许多物质反应。高纯硅可作半导体材料。*Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑Ge：原子晶

8、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。Sn：灰锡(α)←→白锡(β)←→脆锡(γ)白