无机化学第十章五 碳族元素.docxVIP

第十五章 碳族元素§本章摘要§1.碳　单质　氧化物　碳酸及其盐　其它含碳化合物2.硅　单质　硅烷　硅的卤化物　硅的含氧化合物3.锗 锡 铅　单质　锗锡铅的含氧化合物　卤化物和硫化物　C 碳　单 质: 石墨、金刚石, C60, C70.　无机物: CO2，石灰石、大理石CaCO3，白云石MgCa(CO3)2；　有机物: 动植物体，煤(s)，石油(l)，天然气(g). 排第13位.　Si 硅（矽）以Si-O-Si键存在，水晶、石英(SiO2)，及其它硅酸盐矿物，居第2位。　Ge 锗 锗石矿 Cu2S·FeS·GeS2　Sn 锡 锡石矿 SnO2 云南个旧, 锡都　Pb 铅 方铅矿 PbS §1.碳　　一.单质 1. 同素异形体　石墨 : 硬度小，熔点极高，层状结构, C： sp2杂化，剩余的p1轨道，在层内有πnn键， 有离域电子, 所以导电；层间分子间作用力小，易滑动，有润滑性。　 碳簇: 以C60为最常见。正二十面体，每个面都是正三角形，每个面角都是五面角，共十二个顶点，将每个顶都截掉，得十二个正五边形，原来的每个正三角形都变成了正六边形。20个六边形，12个正五边形，结构为截角正二十面体。2. 碳的还原性　冶金工业上，用碳还原金属氧化物制备金属，如:　MgO + C ---Mg + CO 　　(2000K)　碳的氧化还原， 涉及到以下三个反应:　 　(a) 斜率为正； (b) 斜率基本为零； (c) 斜率为负 ( 与斜率相反)　再看反应 2Mn + O2 ---- 2MnO 的情况， 0，斜率为正，当达到 m.p. 时，斜率更大，见直线(d)，在温度 Ty，(c) 线和(d)线相交，两反应的△rGm相等。　　当 T Ty时，才有(e)式的△rGm 0, 则表示 C可以将 MnO还原，产物是CO，若产生CO2，则温度还要高(达到Tz以上). 正是由于2C + O2 --- 2CO的 △ rSm 0, 所以碳在冶金工业上被广泛用为还原剂. 问题: (e)式的△rHm为正还是负? 　二 氧化物 2. CO　无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小.1°制备　向热浓硫酸中滴加甲酸: 　　草酸与浓硫酸共热:　H2C2O4(s) --- CO + CO2 + H2O (热浓H2SO4, 将CO2和H2O 用固体NaOH柱吸收, 得CO)　制纯的CO, 可用分解羰基化合物法:　　工业上将空气和水蒸气交替通入红热碳层:　 　得到的气体含CO 25％，CO2 4％，N2 70％（体积比）　这种混合气体称为发生炉煤气。另一反应：　　含CO 40％，CO2 5％，H2 50％ 为 水煤气。　生成的炉煤气和水煤气都是工业上的燃料气。2°CO的化学反应　CO + Cl2 --- COCl2 光气　CO + NaOH --- HCOONa (高压)　CO + H2 --- 多种C、H有机化合物 (催化剂)　　微量的CO通入PdCl2溶液中，可使溶液变黑　CO + PdCl2 + 2H2O --- Pd + CO2 + HCl　鉴定CO 　三 碳酸及其盐 1、结构　2. 可溶性碳酸盐 　Na2CO3, K2CO3和(NH4)2CO3等均易溶于水。但NaHCO3、KHCO3和NH4HCO3的溶解度相对小些。原因是HCO3-有分子间氢键，发生缔合，形成双聚酸根。　　CaCO3难溶，而Ca(HCO3)2 的溶解度比它大些。原因是CaCO3是电荷高(2:2)，引力大, 不易溶解; 但Ca2+和是＋2对－1，引力相对小些, 易于溶解。 3. 碳酸盐的生成　在含有金属离子溶液中加Na2CO3，由于水解 相当于有两种沉淀剂，OH-和. Na2CO3总浓度C = 1.0 时，将有 [] = 8.6 X, [OH-] = 1.4 X. 则产生沉淀情况要视M(CO3)n和M(OH)n的溶解度而定。1°若M(CO3)m 溶解度 M(OH)n溶解度, 则加入Na2CO3时只生成 M(CO3)n沉淀。如。2 °若 M(OH)n 溶解度极小，则只生成M(OH)n. 如3 °两种物质的溶解度不属于以上这两种情况，而是介于中间，则生成碱式盐。如: 　 4 °改变沉淀剂的情况，加入NaHCO3溶液，则[OH-]小了，有些生成碱式盐的，如等, 可以生成碳酸盐。 　 5 °若加入的沉淀剂是被CO2饱和了的NaHCO3溶液，则[OH-]更少些，可使沉淀出正盐，但由于[]也少了，致使溶度积大的MgCO3不能沉淀。但是, CuCO3 , HgCO3由于水解强，尚未制得。4. 碳酸盐的热分解　Na2CO3 --- Na2O + CO2　(850C°)　MgCO3 --- MgO + CO2　(540C°)　NaHCO3 --- Na2CO3 + H2O + CO2　(270C°)　H2CO3 --