元素6主族元碳族简析.doc

元素讲义 主族元素碳族ns2np2 C、Si、Ge、Sn、Pb 　碳及其化合物 、1． 石墨晶胞 2． C60、C70 ： (1) C60 ：由12个正五边形和20个正六边形组成，每个碳原子以sp3、sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连，使∠CCC小于120(而大于109(28(，形成曲面，剩余的p轨道在C60球壳的外围和内腔形成球面π键，从而具有芳香性。 欧拉方程：面数(F) + 顶点数(V) = 棱数(E) + 2 a．根据欧拉定理，通过12个正五边形和数个正六边形的连接可以形成封闭的多面体结构：C60为第一个五边形间互不相邻的封闭笼状结构，C70为第二个五边形间互不相邻的封闭笼状结构，两个五边形相邻的最小碳笼为C50，三个五边形相邻的最小碳笼为C28，不存在六边形的最小碳笼为C20。 b．科学家认为C60将是21世纪的重要材料 (i) C60分子具有球形的芳香性，可以合成C60Fn，作为超级润滑剂。 (ii) C60笼内可以填入金属原子而形成超原子分子，作为新型催化剂或催化剂载体，具有超导性，掺K的C60，Tc = 18K，Rb3C60 Tc = 29K，它们是三维超导体。 (iii) C60晶体有金属光泽，其微晶体粉末呈黄色，易溶于苯，其苯溶液呈紫红色。C60分子特别稳定，进行化学反应时，C60始终是一个整体。 、碳化合物1．[ ( 4 ] CH4, Al4C3, MC、M2C、M3C 水解性（或与水反应）： Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4↑ CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑ 2．[ + 4 ] (1) CX4： a．：CS2 + 2Cl2CCl4 + S2Cl2 b．碳的配位数已饱和，不能与水分子结合。从CF4→CI4随着键长的增大,键的强度减弱，稳定性减弱，活泼性增强 (2) CO2（卤氧化碳，也称为碳酰卤）： 所有的CO2比C4的化学性质活泼，特别是它们易水解： COCl2 + H2OCO2 + 2HCl 它们都有极性，都是平面三角形。 COCl2 (光气) 是剧毒的 光气的制备：CO + Cl2COCl2 (3) CS2 ： a． (i) C + 2SCS2 (ii) 4S(g) + CH4(g)CS2 + 2H2S b．CS2是易挥发、易燃的无色的有机溶剂 明显水解：CS2 + 2H2OCO2 + 2H2S 与碱性硫化物反应：Na2S + CS2Na2CS3 (4) CO32-、CS32- 、CN22- a．： ； [N＝C＝N]2( 2个 sp2杂化 sp2杂化 sp杂化 b． (i) 碳酸盐：正盐中除碱金属（不包括Li+）、铵及Tl+ 盐外，都难溶于水，许多金属的酸式盐的溶解度大于正盐，但＜。解释：这是由于在NaHCO3溶液中从氢键相连成二聚离子，降低了它们的溶解度： 热稳定性：H2CO3＜MHCO3＜M2CO2 (ii) 硫代碳酸盐 = H2CS3是高折射率油状物，易分解成H2S和CS2 H2CS3的水溶液为弱酸，在水中缓慢分解： H2CS3 + 3H2OH2CO3 + 3H2S (iii) 氨基腈化物（氮代碳酸盐) CaC2 + N2CaCN2 + C H2CN2是无色晶体，易溶于水，显示弱酸性，在有机溶剂中可能存在互变异构平衡： H2CN2在水中缓慢分解： H2CN2 + 3H2OH2CO3 + 2NH3 CaCN2 + 3H2O=CaCO3 + 2NH3 3．[ +2 ] HCOOHCO + H2O CO结构式：， CO + PdCl2 + H2OPd + CO2 + 2HCl 可以吸收CO，所以CO比N2活泼 　硅及其化合物 一、　1．由于Si的原子半径大、电离能低、电子亲合能和极化率高，因此Si在化学性质上与碳有许多不同之处。例如Si和Si之间基本上不形成pπ－pπ键，换言之，Si的sp或sp2杂化不稳定。 　2．由于Si原子的价轨道存在3d空轨道，所以Si原子的最大配位数可以达到6，可以形成d－pπ键，例如N(SiH3)3中N原子采取sp2杂化，分