第五章碳族元素（IVA族）.docVIP

第五章 碳族元素（IVA族） Carbon Family Elements 元素周期表中IV族包括碳（C，carbon）、硅（Si，silicon）、锗（Ge，germanium）、锡（Sn，tin）、铅（Pb，lead）五种元素，统称碳族元素，其中锗是分散元素，本章主要讨论碳、硅、锡、铅及其化合物. §5—1 IVA族元素的通性 1—1 价电子结构及氧化数 P区 IVA族， 价电子层结构.ns2np2 显然特征氧化数为+2、+4（C可存在-4氧化数的离子化合物，Be2C）Pb 6s26p2.由于6s2的惰性s电子对效应.+2氧化数的化合物稳定性高.+4氧化数的化合物要么难以稳定存在（PbI4、PbS2难以存在），要么存在易分解（PbCl4黄色液体，低温可存在，室温可爆炸性分解），要么具有强氧化性（PbO2是很强的氧化剂）.C存在从-4到+4的一系列的氧化数. 1—2 IVA族元素的成键特征 （C、Si） C的成键特征 由于价电子层结构2s22p2，第二周期元素存在4个价轨道 〈1〉形成多重键，如：CO、CN- 〈2〉成链能力 因为C为等电子原子，价电子间排斥作用小且C—C、C—H的键能(键能分别为：331、415、343kJ·mol-1)较大，因而具有强烈的成链能力，这在有机化学方面表现的尤为突出.注：有机化合物中，C的键级总为4. 〈3〉杂化轨道成键： sp杂化成键 CH≡CH 、CO2、HCN、、OCN- etc sp2杂化成键 CO32-、COCl2、H2CO3、HCO3-、CH2＝CH2 etc sp3杂化成键 CH4 、CCl4、CF4 etc 〈4〉形成配位键 CO、CN-对应的配合物.注：几乎全部羰基化合物，CN-的配合物均为内轨型，低自旋配合物. 〈5〉最大的配位数为4. 2. Si的成键特征 〈1〉形成（p—p）π键的能力，由于Si是第三周期的p区元素，因此难以形成（p—p）π键，往往形成稳定的σ键，这是p区元素的共性. 〈2〉成链能力.由于Si 3s23p23d0 价电子高的排斥作用较大，重要的是Si—Si及Si—H的键能(键能分别为197、320 kJ·mol-1)远小于C. 〈3〉杂化轨道成键：sp3杂化成键 SiH4、SiX4、H4SiO4 etc sp3d2 杂化成键 SiF62- 但难以存在SiCl62-、SiBr62-，相反可存在SnCl62-、SnBr62-为什么？［问题1］ 〈4〉最大的配位数为6 〈5〉Si是亲氧元素，Si—O键能很大(368kJ·mol-1) 主要以SiO4四面体结构单元存在 〈6〉 pπ—dπ反馈配键的能力 Si形成这种键的能力较弱，因此H4SiO4是弱酸，易聚合. 1—3 元素电势图（Sn、Pb）φθA/V 显然： 〈1〉Sn2+是强还原剂，且Sn2+＞＞Pb2+，还原性Sn2+≥Pb2+活泼性， 但稳定性Pb2+＞＞Sn2+ 〈2〉PbO2是强氧化剂，尤其是在H2SO4介质中，为什么？［问题2］ §5-2 IVA族元素的单质及化合物 2-1自然界中的分布： C占十六,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1%(体积比)的CO2. 碳在地壳中的质量百分含量为0.35%.碳主要有12C、13C、14C三种同位素，前两种的丰度分别为98.892%和1.108%. Si占2位、 硅在地壳中的质量百分比为26.0%，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SiO2矿. 锗、锡、铅在地壳中的质量百分比分别为1×10-4、0.008%、0.0016%，主要以友化物和氧化物的形式存在，如硫银锗矿4Ag2S·GeS2，锡石矿SnO2，方铅矿PbS等.我国云南的个旧锡矿是世界上最大的锡矿之一. 2-2 IVA族元素的单质 1、C的同素异形体、主要有三种 C（金刚石） C（石墨） C60（富勒稀） （碳炔） 金刚石是每个碳原子均以sp3杂化状态与相邻的四个碳原子结合成键，构成原子型晶体.纯金刚石无色透明，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(Moh硬度为10)，在所有单质中金刚石熔点最高(3550℃)，金刚石不导电，几乎对所有的化学试剂都显惰性，但在空气中加热800℃以上时，燃烧生成CO2. 石墨是每个碳原子以sp2杂化状态与相邻的三个碳原结合成键，构成层状原子晶体，每层上的原子各提供一个含成单电子的P轨道形成一个(mm大π键，层与层之间靠分子间作用