无机化学课件碳族

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1、无机化学课件碳族无机化学课件碳族本章重点：碳的氧化物、碳酸盐；碳的氧化物、碳酸盐；锡和铅的化合物；锡和铅的化合物；无机盐的水解性。无机盐的水解性。第1页/共46页价电子构型：价电子构型：ns2np2CS iG eS nP b-4+ 2+ 4(+ 2 )+ 2+ 2+ 4+ 4+ 4(+ 4 )46666 氧化值氧化值最大最大配位数配位数单质可形成原子晶体单质可形成原子晶体 金属晶体金属晶体碳族碳族(IVA)：C, Si, Ge, Sn, Pb成键第2页/共46页成键情况成键情况：1、C半径小、电负性大、无半径小、电负性大、无d 轨道，表现较大差异：轨道，表现较大差异： 最高配位数为最高配位数为

2、4；成键能力强；成键能力强； CC、CC、CC、CH、CO、 形式多，键能高，使碳化合物种类逾百万形式多，键能高，使碳化合物种类逾百万2、SiSi （222KJmol-1）CC（345.6） 硅化合物种类远少于碳；硅化合物种类远少于碳； SiO（ 452KJmol-1 ）CO（ 357.7 ） 为亲氧元素，为亲氧元素，SiOSi链构成矿物界。链构成矿物界。3、锗分族、锗分族Ge、Sn、Pb随随Z，+4化合态稳定性化合态稳定性 +2化合态稳定性化合态稳定性惰性电子对效应惰性电子对效应明显。明显。存在存在第3页/共46页第4页/共46页碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气； 碳酸盐；动植物； CO2

3、 。构成生物界硅：SiO2和各种硅酸盐。构成矿物界锗：硫银锗矿 4Ag2SGeS2 ， 硫铅锗矿2PbS GeS2 。锡：锡石 SnO2 。铅：方铅矿 PbS，白铅矿 PbCO3 。图第5页/共46页锡石SnO2方铅矿 PbS 单质第6页/共46页第7页/共46页金刚石：金刚石：原子晶体原子晶体,硬度最大硬度最大,熔点最高。熔点最高。石墨：石墨：层状晶体层状晶体 ，质软，有金属光泽。，质软，有金属光泽。足球烯或富勒烯：足球烯或富勒烯： C60， C70 等。等。 C60 是是1985年用激光轰击石墨作碳的气化实验时发现的。年用激光轰击石墨作碳的气化实验时发现的。 C60 是由是由12个五边形个

4、五边形和和20个六边形组成的个六边形组成的32面体。面体。碳纤维碳纤维无定形碳：木炭、焦炭、炭黑（活性炭）无定形碳：木炭、焦炭、炭黑（活性炭）图第8页/共46页石墨(sp2杂化)金刚石(sp3杂化)C60第9页/共46页足球烯，富勒烯，C60 (sp2杂化)性质第10页/共46页硅单质：硅单质：无定形体和晶体，晶体类似金刚石。熔点高硬度大，具金属光泽。能导电，随无定形体和晶体，晶体类似金刚石。熔点高硬度大，具金属光泽。能导电，随T导电性导电性，作，作半导体半导体材料。材料。锗单质：锗单质：灰白色金属，硬而脆，结构类似于金刚石。高纯锗为良好灰白色金属，硬而脆，结构类似于金刚石。高纯锗为良好半导体

5、半导体材料。材料。锡单质：锡单质：有三种同素异形体：有三种同素异形体：铅单质铅单质：质软，密度大，能阻挡：质软，密度大，能阻挡X X射线。可作电射线。可作电缆的包皮，核反应堆的防护屏。缆的包皮，核反应堆的防护屏。13.2161灰锡灰锡(锡锡) ) 白锡白锡( (锡锡) ) 脆锡脆锡锡疫？锡疫？第11页/共46页化学性质化学性质：22COOC碳碳42CFFC2CSS2CCOCaCCaOC32电炉COPbPbOC)(C)(C金刚石石墨 硅硅42SiFFSi常温下高温下22SiOOSi42SiClClSiOH8NO4SiFHF12HNO4Si32432322HSiONaOHNaOH2Si第12页/共

6、46页OH4NO2)NO(Sn3HNO8Sn3223,3极稀冷OHNO4SnOH)(HNO4Sn22323浓OHSnO22锡酸与碱作用与碱作用)(H2)OH(SnOH2OH2Sn2242缓慢22SnOOSn42SnClClSn锡锡：无毒、耐腐蚀，马口铁无毒、耐腐蚀，马口铁镀锡铁，制罐头盒镀锡铁，制罐头盒 焊锡（焊锡（Sn-Pb），青铜（），青铜（Cu-Sn）。）。)(HSnCl)(HClSn22缓慢稀)(HSnClH)(HClSn242迅速浓热与酸作用第13页/共46页22PbClClPb有氧时溶于有氧时溶于HAcPbO2OPb22OH)COOCH(PbCOOHCH2PbO2233溶于浓碱溶于

7、浓碱232H)OH(PbOH2OHPb23HPbClH)(HClPb浓22442H)HSO(Pb%)79(SOHPbOHNO)NO(Pb)(HNOPb2233稀 铅铅不与水作用，但222)OH(PbOH2OPb2与酸作用22HPbCl)(HClPb稀442PbSOSOH中止反应，作衬里或输酸管道第14页/共46页问题：1、为什么、为什么CO2为气体，为气体，SiO2为固体？为固体？2、为什么、为什么C的化合物种类远比的化合物种类远比Si的化合物多？的化合物多？3、什么是变色硅胶？有何用途？变色原理？、什么是变色硅胶？有何用途？变色原理？4、比较、比较Sn（II）Pb（II）Sn（IV）Pb（I

8、V）氧化物）氧化物 及其水合物的酸碱性、氧化性和还原性。及其水合物的酸碱性、氧化性和还原性。5、比较、比较Na2CO3和和NaHCO3的溶解性和热稳定性。的溶解性和热稳定性。6、如何用实验证明、如何用实验证明Pb3O4和和Pb2O3的组成？的组成？7、比较、比较SnCl4与与SnCl2的熔点高低？的熔点高低？第15页/共46页8、比较热稳定性：、比较热稳定性： Na2CO3 MgCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 Na2CO3和和NaHCO39、举例说明、举例说明Sn（）的还原性？）的还原性？10、举例说明、举例说明Pb（）的氧化性？）的氧化性？ ？11、铅的可溶必性盐？难

9、溶盐？、铅的可溶必性盐？难溶盐？12、如何鉴定、如何鉴定Sn2+、Pb2+？13、SnCl2的水解反应？的水解反应？第16页/共46页1.碳的氧化物碳的氧化物一氧化碳一氧化碳(CO)CO)(OC2不足实验室：实验室：OHCOCOOCH22422 浓浓H2SO4OHCOHCOOH2 浓H2SO4制取：制取：工业制水煤气（CO和H2）：由空气和水蒸气交替 通入赤热碳层？122molKJ30.131H)g(CO)g(H)g(OH) s (C122molKJ51.393H)g(CO)g(O) s (C12molKJ47.173H)g(CO2)g(CO) s (C12molKJ04.221H)g(CO2

10、)g(O) s (C2第17页/共46页性质：性质：作配位体，形成羰基配合物作配位体，形成羰基配合物 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8 其中其中C是配位原子。是配位原子。 还原剂：还原剂：(g)CO(g)O21CO(g)22(g)3CO2Fe(s)3CO(g)(s)OFe232剧毒：剧毒：结构：结构： CO(6+8=14e-)与与 N2（27=14e-） 是是等电子体等电子体, 结构相似。结构相似。一个键两个键:C O: :C O:PdHCl2COOHPdClCO222OHAg2NH4COOH)NH(Ag 2CO23223检 CO第18页/共46页43 ：O C O ：经典

11、的分子结构：O=C=OOC=O双键键长124pm (在CH3-C-CH3中)C O叁键键长113pmCO2中，碳、氧之间键长中，碳、氧之间键长116pmC：sp杂化非极性分子，加压液化非极性分子，加压液化得固体二氧化碳得固体二氧化碳干冰干冰第19页/共46页OOC43 43 第20页/共46页 CO2溶于水，大部分溶于水，大部分CO2H2O，极小部分，极小部分H2CO3CO32-的结构：的结构：CO32-(6+38+2=32e-)与BF3(5+39=32e-)为等电子体。C：sp2杂化COOO2-64 -71-332104.4 HCOH COHK11-2-23-3104.7 COH HCOK第

12、21页/共46页 H2CO3MHCO3M2CO3 (g)COOMCOMCOOHCOMHCO2M(g)COOHCOH2II3II223I23I2232同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3分解T/ 100 540 900 1290 1360第22页/共46页过渡金属碳酸盐稳定性差过渡金属碳酸盐稳定性差 CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解T / 900 315 350 282价电子构型 8e_ (18+2)e_ 18e_ (9-17)e_离子极化观点：离子极化观点：COOO2-M2+MC

13、O3 MO + CO2 r(M2+) 愈小愈小，M2+ 极化力愈大，MCO3 愈不稳定； M2+ 为18e_，(18+2)e_ ，(9-17)e_ 构型相对于 8e_构型的极化力大， 其 MCO3 相对不稳定。第23页/共46页 易溶盐：Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3100溶解度 45 16 156 60(g/100g H2O)COOOHOOHOC2-COOOCOOOHOCOOHH- 其它金属其它金属(含含Li)碳酸盐难溶于水，且酸式盐溶解度大于正盐。碳酸盐难溶于水，且酸式盐溶解度大于正盐。氢键存在，形成二聚物或多聚物第24页/共46页水溶液中存在碳酸盐的水解：水溶液中存在

14、碳酸盐的水解： )( OHHCO OHCO-32-23强碱性 OHCOHOHHCO-322-3 氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应生成氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应生成碳酸盐沉淀碳酸盐沉淀。 例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等。 金属离子加入可溶性碳酸盐时，生成沉淀的类型：金属离子加入可溶性碳酸盐时，生成沉淀的类型：(s)BaCOCOBa3-232氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生成氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生成碳酸羟盐碳酸羟盐(碱式碳酸盐碱式碳酸盐)沉淀沉淀。 例如：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+ 和Mg2+等。第25页

15、/共46页 水解性强、两性的金属离子与之反应生成水解性强、两性的金属离子与之反应生成氢氧化物沉淀氢氧化物沉淀。例如：Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+和Sb3+等。(g)3CO(s)Al(OH)2O3H3COAl2232-233(g)CO(s)CO(OH)MgOH2CO2Mg23222-232(g)CO(s)CO(OH)CuOH2CO2Cu23222-232碳酸钠的制备：碳酸钠的制备： 索尔维（索尔维（Solvay）氨碱法？）氨碱法？ 侯德榜联合制碱法？侯德榜联合制碱法？?第26页/共46页1.硅的氧化物硅的氧化物无定型体：石英玻璃、硅藻土、燧石无定型体：石英玻璃、硅藻土、燧石晶

16、体：天然晶体为晶体：天然晶体为石英石英，属于，属于原子晶体原子晶体纯石英：纯石英：水晶水晶含有杂质的石英：含有杂质的石英：玛瑙玛瑙，紫晶紫晶，碧玉碧玉混有杂质的石英细粒：混有杂质的石英细粒：砂粒砂粒石英石英 粘稠液体粘稠液体 石英玻璃石英玻璃 （过冷液体）（过冷液体）1600急剧冷却具有特殊性能第27页/共46页水晶水晶石英盐石英盐黑曜石黑曜石紫晶紫晶缟玛瑙缟玛瑙玛瑙玛瑙(yao)第28页/共46页Si采用采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体杂化轨道与氧形成硅氧四面体硅氧四面体硅氧四面体二氧化硅二氧化硅 结构：结构：性质：性质：(g)COSiONaCONaSiOOHSiONa2NaOHSiO2

17、323222322 与碱作用与碱作用O2H(g)SiF4HFSiO242 与与HF作用作用SiFHHF2SiF624第29页/共46页 H4SiO4 原硅酸硅酸 H2SiO3 偏硅酸 xSiO2yH2O 多硅酸性质：性质：H2SiO3溶解度小，是二元弱酸溶解度小，是二元弱酸制备：制备：浸透过浸透过CoCl2的硅胶为的硅胶为变色硅胶变色硅胶,作干燥剂。作干燥剂。胶冻状硅酸胶冻状硅酸硅胶硅胶-H2O1210106 . 1K107 . 1K21NaCl2SiOHHCl2SiONa3232332432NH2NaCl2SiOHClNH2SiONa第30页/共46页可溶性：可溶性：Na2SiO3 (水玻璃

18、) 、K2SiO3不溶性：不溶性：大部分难溶于水且有特征颜色。硅酸盐硅酸盐水中花园33332333NiSiOMnSiO)SiO(FeCoSiOCuSiOZnSiO白 蓝 紫 红棕 肉 翠绿第31页/共46页242HSiC500SiHOH2SiOO2SiH22242232244HOHSiOK2MnO2KMnOSiH222244HOnHSiOO2)H(nSiH性质：性质：最简单的硅烷：最简单的硅烷：SiH4(甲硅烷甲硅烷)自燃自燃水解：水解：强还原性：强还原性：热稳定性差：热稳定性差：322348HNOSiO8AgOH28AgNOSiH2HSiMgO2SiMgMg4SiO22242MgCl2SiH

19、HCl4SiMg制取：制取：3444AlClLiClSiHLiAlHSiCl第32页/共46页 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4聚集态 g l l s（氟硅酸）4HClSiOHO3HSiCl3224水解：水解：熔沸点 低 高SiFH 2HFSiF6244HFSiOH O3HSiF3224OH2SiFHF4SiO242 分子量 小 大OHCaSOSiF)(SOHCaFSiO2444222浓42SiClCl2SiCO2SiClCl2C2SiO422制取：制取：刻蚀玻璃第33页/共46页1.锡、铅的氧化物和氢氧化物锡、铅的氧化物和氢氧化物HNO3或HAcH+放置H+-26Sn(OH)32)

20、(s,SnOH-白4Sn过量OH-适量OH-3Pb(OH)2)(s,Pb(OH) 白2Pb适量OH-过量OH-24Sn(OH) 2)(s,Sn(OH)白2Sn过量OH-适量OH-浓HNO3 )(s,SnOH- Sn 32不溶于酸或碱不溶于酸或碱白OH4NOSnOH)(4HNOSn22323浓 -第34页/共46页-26-2432432-26-222-2622-223Sn(OH)2Bi(s,3Sn(OH)2Bi(OH)2FeSnFe2SnSnCl)2Hg(l,4ClClHgSnSnCl)(s,ClHg4Cl2HgClSn黑黑白沉淀白沉淀白灰灰黑黑Sn2+,Hg2+的相互鉴定的相互鉴定鉴定鉴定Bi

21、3+的反应的反应Sn0.136Sn 0.154 Sn/V24AESn0.79Sn(OH)0.96Sn(OH)/V24-26BE24Sn2SnSn如何配制和保存如何配制和保存SnCl2溶液？溶液？OHSn2H4OSn22422第35页/共46页Pb0.58PbO0.25PbO /VPb0.126Pb1.45PbO /V2B22AEEOHNaClPbONaClOPb(OH)22222-422O2H5Pb2MnO4H2Mn5PbO2222O2HClPbCl)4HCl(PbO浓2224422O2HO)2Pb(HSOSO4H2PbO224422O2HO2PbSOSO2H2PbO第36页/共46页四氧化三

22、铅四氧化三铅(Pb3O4)-铅丹：铅丹：鲜红色鲜红色 可看作：可看作：24IVII2PbO2PbO: OPbPb即4HNOPbOPb342O2H)(PbO)2Pb(NO2223褐色三氧化二铅三氧化二铅(Pb2O3)：橙色橙色 可看作：可看作：PbOPbO2氧化铅：氧化铅：(PbO)：橙黄色橙黄色2432OOPbPbOPbO2受热分解：)OPb(Pb3IVII第37页/共46页氧化性减弱，酸性增强碱性增强，还原性减弱碱性增强酸性增强Sn(OH)4Pb(OH)4PbO2Sn(OH)2Pb(OH)2第38页/共46页9 . 32210KH)OH(SnOHSn1 . 72210KH)OH(PbOHPb

23、HCl)(Cl)OH(SnOHSnCl22白水解：水解：铅白无色液体，共价化合物，不导电，溶沸点低；强烈水解无色液体，共价化合物，不导电，溶沸点低；强烈水解HCl4)OH(SnHOH6SnCl62242322232COCO)OH(PbOHCO2Pb2 少数可溶：Pb(NO3)2, Pb(Ac)2(弱电解质，有甜味，俗称铅糖)，铅的可溶性化合物都有毒。 多数难溶：溶解性：溶解性：等。4PbCrO，3422PbCOPbSOPbIPbCl第39页/共46页Pb2+ Pb(OH) 3- PbCl2(白) PbSO4(白) PbI2(黄) PbCrO4 (黄) PbCl42- Pb(HSO4)2 PbI

24、42- Pb2+Cr2O72-浓HCl浓H2SO4I-HNO3OH- PbCrO4溶于过量的碱，此点与黄色溶于过量的碱，此点与黄色BaCrO4有有别，别，SrCrO4溶于溶于HAcHAc，不溶于碱。，不溶于碱。Pb2+的鉴定：的鉴定：)(PbCrOCrOPb4242黄第40页/共46页SnS(棕) SnS2(黄) PbS(黑) SnS + 4HCl H2SnCl4 + H2SPbS + 4HCl H2PbCl4 + H2SSnS2 + 6HCl H2SnCl6 +2H2SPbS2均不溶于稀盐酸均不溶于稀盐酸配位溶解配位溶解(浓浓HCl)碱溶碱溶 (SnS, PbS不溶不溶)-232222323

25、2SnSSSnSO3H2SnSSnO6OH3SnSSH)(s,SnS2HSnS22-23黄氧化碱溶氧化碱溶 (SnS2,PbS不溶不溶)2322SnSSSSnPbS与与HNO3作用作用OH4S3NO2)NO(Pb3HNO8PbS32233（硫代锡酸盐，不稳定，遇酸分解）第41页/共46页 17.6 无机化合物的水解性无机化合物的水解性盐的水解盐的水解: 盐溶于水后发生水合作用，若离子极化作用盐溶于水后发生水合作用，若离子极化作用强烈足以使水分子中强烈足以使水分子中O-H键断裂，则阳离子夺取键断裂，则阳离子夺取OH-而释放出而释放出H+，或阴离子夺取，或阴离子夺取H+而释放而释放OH-从从而破坏

26、水的电离平衡，直到建立新的平衡。而破坏水的电离平衡，直到建立新的平衡。)OH(A)OH(MOH)yx(AMy2x22强酸的阴离子不水解弱酸的阴离子明显水解阳离子水解能力与极化作用有关。43ClONO2323SiOCO影响第42页/共46页1、影响因素：、影响因素：电荷和半径：电荷和半径：HCl3SiOHOHSiCl4424HCl3)OH(AlOH3AlCl323电子层结构电子层结构：23Sn,Fe222Ba,Sr,Ca8e构型不水解222Hg,Cd,Zn18e构型易水解非稀有气体构型易水解NF3不水解，不水解，PF3水解；水解；CF4、CCl4不水解，不水解，SiCl4水解；水解； BX3水解

27、水解HF3POHOH3PF3323HCl3POHOH3PCl3323HCl3BOHOH3BCl3323空轨道：空轨道：Zr的阳离子极化作用强，易水解。的阳离子极化作用强，易水解。外因第43页/共46页外界因素：外界因素：温度、酸度温度、酸度OH5HClCl)OH(MgOH6MgCl222HClMgOOH)OH)(OH(FeOH)OH(Fe32522362)OH()OH(Fe3232、水解产物的类型：、水解产物的类型：（1）碱式盐HClCl)OH(SnOHSnCl22HClSbOClOHSbCl2333233HNOBiONOOH)NO(Bi（2）第44页/共46页（2）氢氧化物氢氧化物HCl3)OH(AlOH3AlCl323HCl3)OH(FeOH3FeCl323HCl3)OH(CrOH3CrCl323（3）含氧酸或水合氧化物HCl3SiOHOHSiCl4424HF3POHOH3PF3323HCl3POHOH3PCl3323HCl3BOHOH3BCl3323小结小结 ： 阳离子的阳离子的极化极化作用愈强，愈容易水解；作用愈强，愈容易水解； 共价型化合物中电正性原子必须有空轨道共价型化合物中电正性原子必须有空轨道 才可能水解；才可能水解； 升高温度，促进水解。升高温度，促进水解。END第45页/共46页