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硅和硅酸盐工业　　王振山 第一节 碳族元素 一、碳族元素 １、原子结构和元素性质的变化规律（根据碳族元素在周期表中的位置推断） ⅣA族 C Si Ge Sn Pb 周期 2 3 4 5 6 原子 序数 (10-4)=6 (18-4)=14 (36-4)=32 (54-4)=50 (86-4)=82 原子结构示意图 相同点：原子最外层电子数为4；不同点：核电荷数、电子层数、原子半径依次增大。 主要化合价 +2，+4，-4 +2，+4 +2，+4 +2，+4 +2，+4 元素性 质变化 推断 核对最外层电子的引力逐渐减弱；原子得电子能力依次减弱，失电子能力依次增强； 元素的非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。 ２、单质的物理性质 单质 C Si Ge Sn Pb 颜色状态 金刚石：无色透明晶体 石墨：灰黑色固体 晶体硅：灰黑色固体，有金属光泽 银灰色固体 银白色固体 蓝白色固体 密度/g·cm-3 金刚石：3.51 石墨：2.25 2.32～2.34 增 大 熔点/℃ 3350 3652～3697升华 1410 937.4 231.9 ﹡易熔 327.5 ﹡易熔 降 低 沸点/℃ 4827 4827 2355 2830 2260 1740 降 低 硬度(莫氏) 金刚石：10，﹡最硬 石墨：1，软 7.0 6.25 1.5～1.8 ﹡软 1.5﹡软 指甲能刻痕 导电性 金刚石：不导电 石墨：导电 半导体 导电 分类 非金属 准金属(或称类金属、半金属) 金属 (Si的非金属性＞金属性，Ge的非金属性＜金属性。 (密度/g·cm-3：Hg，13.546；Au，19.32。( 普通焊锡：67%Sn、33%Pb，熔点：180℃；（25～90%Sn～10%Pb0～280℃。）焊锡在250～450℃熔化。 伍德合金（保险丝）：38～50%Bi、25～31%Pb，12.5～15%Sn、12.5～16%Cd，熔点： 60～70℃。保险丝：50%Bi，25%Pb，12.5%Sn，12.5%Cd，熔点70℃。 由Sn、Bi、Pb、Cd组成的易熔合金，用于自动灭火设备，蒸汽锅炉的安全装置，熔点低于232℃。 铅中加入锑，使硬度增加，用来制造子弹和轴承（枪弹头：ω(Sb)=12%的Pb合金）。 ３、碳族元素的成键特征和稳定价态 ⑴、ⅣA族位于主族元素的中间位置，容易形成共价化合物。 ⑵、C、Si、Ge、Sn元素的+4价化合物是稳定的，+2价化合物有较强的还原性；Pb的+2价化合物是稳定的，其+4价化合物有较强的氧化性。 二、硅 〔地壳里ω(Si)=26.30%，仅次于氧ω(O)=48.60%，居第二位。Si在自然界中，没有游离态。〕 １、物理性质（略）（晶体硅的结构与金刚石的晶体结构相似，属于原子晶体。） ２、化学性质：Si跟O、F有很强的亲合力。 物质 比较 SiO2(s) CO2(g) SiF4(g) CF4(g) SiCl4(l) CCl4(l) SO2(g) SF6(g) /kJ·mol-1 -859.39 -393.51 -1548.08 -679.90 -640.15 -139.49 -296.06 -1096.21 /kJ·mol-1 -805.00 -394.38 -1506.24 -635.13 -572.9 -68.74 -300.37 -991.61 ⑴、常温下,硅不活泼;除F2、HF酸、HF+HNO3的混合酸和强碱溶液外,不跟其他物质反应。 ①、Si(s)+2F2(g)=SiF4(g)；=-1548.08kJ/mol， (键能：衡量化学键的强度。键能是指解离化学键所需要的能量。一般规定在298.15K和100kPa条件下，拆开1mol化学键所需要的能量称为键能EB，单位是kJ·mol-1。 例如：H2(g)→2H(g)；(H-H)=EB(H-H)=436kJ·mol-1，式中，下标D表示解离（disassociate）；表示标准焓变，表示键解焓；下标B表示键（bond）；下标m表示单位物质的量键（mol）。 化学键 Si－F Si－O Si－C Si－Si Si－H H－H C－C C－O 键能/ kJ·mol-1 565 452 318 222 318 432 345.6 357.7 ②、Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑（在热、浓的强碱溶液中，反应迅速。） Si+6OH-→SiO2- 3+3H2O+4e- +) 4H2O+4e-→4OH-+2H2 Si+4H2O+2OH-＝SiO2