沈阳师范大学：《无机化学》课程教学课件（讲稿）第15章 碳族元素

第15章碳族元素

第15章 碳 族 元 素

1.碳族元素通性本章内容2.碳酸、硅酸及其盐3.锡、铅氢氧化物及其盐本章基本要求1.掌握碳、硅的单质、卤化物和含氧化合物的结构、制备和性质2.熟悉锡、铅的单质、氧化物、氢氧化物、卤化物及硫化物的性质

1. 碳族元素通性 2. 碳酸、硅酸及其盐 3. 锡、铅氢氧化物及其盐 1. 掌握碳、硅的单质、卤化物和含氧化合 物的结构、制备和性质 2. 熟悉锡、铅的单质、氧化物、氢氧化物、 卤化物及硫化物的性质 本章内容 本章基本要求

15-1碳族元素概述1.周期表中的位置0非金属性减弱’金属性增强IIVAIVAVIAVIAHe氨2碳BCNe氯F氟非金属硅3AlCI 氯|Ar氩锗锡铅准金属4Br溴Kr氪GGa5I碘具Xe氙InSI金属6PbAt 砭RnT

0 ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA He 氦 2 B 硼 C 碳 F 氟 Ne 氖 3 Al 铝 Si 硅 Cl 氯 Ar 氩 4 Ga 镓 Ge 锗 Br 溴 Kr 氪 5 In 铟 Sn 锡 I 碘 Xe 氙 6 Tl 铊 Pb 铅 At 砹 Rn 氡 15-1 碳族元素概述 非金属 准金属 金 属 非 金 属 性 减 弱 ， 金 属 性 增 强 1.周期表中的位置

2.碳族(IVA)价电子构型：nsnp单质可形成原子晶体金属晶体CSiSnPbGe-4氧化值+2+4+2+2(+2)+4+4+4(+4)最大46666配位数S-p杂化sp3、sp3d2杂化+4高氧化数化合物稳定性减小6s2情性电子对效应+2低氧化数化合物稳定性增大

2. 碳族(IVA)价电子构型：ns 2np 2 +4高氧化数化合物稳定性减小 +2低氧化数化合物稳定性增大 C Si Ge Sn Pb -4 +2 +4 (+2) +2 +2 +4 +4 +4 (+4) 4 6 6 6 6 氧化值 最大 配位数 单质可形成原子晶体 金属晶体 s-p杂化 sp3 、sp3d 2 杂化 6s2惰性电子对效应

3.．存在形式：碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气；碳酸盐；CO2°硅：（丰度29.50仅次于O)SiO,和各种硅酸盐锗：石硫银锗矿4Ag2S·GeS2硫铅锗矿2PbSGeS2°锡：锡石SnO2°铅：方铅矿PbS，白铅矿PbCO3。锡石SnO方铅矿PbS

3. 存在形式： 锡：锡石 SnO2。 铅：方铅矿PbS，白铅矿 PbCO3。 锡石SnO2 方铅矿 PbS 碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气； 碳酸盐； CO2。 硅：(丰度29.50仅次于O) SiO2和各种硅酸盐。 锗：硫银锗矿 4Ag2S•GeS2， 硫铅锗矿2PbS•GeS2

4.碳和硅的一些化学键与键能化学键C-CC-HC-0C-FC=CC=C416344485620810键能/kJ·mol-1348Si-0Si-FSi-SiSi-H4522222955651.Cs-p杂化：C-C链长，烷种类多p-p元键特征多成单键Si sp3、s-p-d杂化：Si-Si链短(≤15个)硅烷种类少2.含碳的有机化合物的数量达数百万种。3.硅是亲氧（c+p-d元反馈元键）、亲氟元素

4. 碳和硅的一些化学键与键能 化学键 C-C C-H C-O C-F C=C C≡C 键能/kJ·mol-1 348 416 344 485 620 810 Si-Si Si-H Si-O Si-F 222 295 452 565 1. C s-p杂化：C-C链长，烷种类多 p-pπ键特征 Si sp3 、s-p-d杂化：Si-Si链短(≤15个)硅烷种类少 多成单键 2. 含碳的有机化合物的数量达数百万种。 3. 硅是亲氧 (σ+p-dπ反馈π键) 、亲氟元素

碳15-2成键特征碳在同族元素中，原子半径最小，电负性最大，电离能X最高，价电子层没有可供利用的d轨道，所以它与本族其它元素之间的差异较大（p区第二周期的元素的特点）。差异主要表现在(本族中C特点)：X（1）在以经典化学键形成的化合物中，它的最高配位数通常为4（2）同族元素中C与C之间的成链能力最强，C一C单键的键能最大(3）易形成p-p元键（包括离域元键）：碳原子间、碳与其它元素如氮、氧、硫和磷形成多重键

成键特征  差异主要表现在(本族中C特点)： （1）在以经典化学键形成的化合物中，它的最高配位数通 常为4 （2）同族元素中C与C之间的成链能力最强，C－Ｃ单键的 键能最大 （3）易形成p-pπ键(包括离域π键) ：碳原子间、碳与其它 元素如氮、氧、硫和磷形成多重键 15-2 碳 碳在同族元素中，原子半径最小，电负性最大，电离能 最高，价电子层没有可供利用的d轨道，所以它与本族其它 元素之间的差异较大（p区第二周期的元素的特点）

碳的单质富勒烯碳原石墨同素异形体子簇（如C60)石墨烯金刚石一原子晶体：熔点高、硬度大，室温下性质惰性俗称钻石，可作装饰品。工业上用作钻头、刀具、精密轴承等。薄膜可制作手术刀、集成电路、散热芯片及各种敏A感器件

同素异形体 金刚石 石墨 富勒烯碳原 子簇(如C60) 碳的单质 原子晶体：熔点高、硬 度大，室温下性质惰性 俗称钻石，可作装饰品。 工业上用作钻头、刀具、精密轴承等。 薄膜可制作手术刀、集成电路、散热芯片及各种敏 感器件。 石墨烯

石墨现已确证木炭、焦炭、骨炭、活性炭炭黑都具有石墨的结构可作电极、堆埚、润滑剂、铅笔芯等。通常情况下，石墨比金刚石稳定。层状结构在工业上可采用静态加压法由石墨有金属光泽合成金刚石。质软、能导电石墨烯一个碳原子厚度，材料中最薄的一种牢固坚硬，室温传递电子的速度最快T应用广阔超轻防弹衣，超薄超轻型飞机X材料等

通常情况下，石墨比金刚石稳定。 可作电极、坩埚、润滑剂、铅笔芯等。 在工业上可采用静态加压法由石墨 合成金刚石。 石 墨 层状结构 有金属光泽 质软、能导电 现已确证木炭、焦炭、骨炭、活性炭、 炭黑都具有石墨的结构 石墨烯 一个碳原子厚度,材料中最薄的一种 牢固坚硬，室温传递电子的速度最快 应用广阔超轻防弹衣，超薄超轻型飞机 材料等

富勒烯碳原子簇C60的分子结构--由60个碳原子组成的32面体的空心球结构C6o比较稳定将碱金属掺入C6晶体中，可制造超导材料。X富勒烯碳原子簇可作高温润滑剂、耐热和防火材料在酶抑制、抗病毒、DNA切割、光动力医疗法等有广泛应用前景。CarbonNanotubes

C60的分子结构-由60个碳原子组成 的32面体的空心球结构  C60比较稳定 富勒烯碳原子簇可作高温润滑剂、耐热和防火材料 富勒烯碳原子簇 将碱金属掺入C60晶体中,可制造超导材料。 在酶抑制、抗病毒、DNA切割、光动力医疗法等有广泛应用 前景。 Carbon Nanotubes