碳族元素

"探索碳族元素的奇妙世界：从生命之源碳到半导体之星锗！碳族元素（C、Si、Ge、Sn、Pb）呈现非金属性递减、金属性递增的规律锡（SnO2）是延展性佳的银白金属，铅（PbS）为软重金属，锗（Ge）是重要半导体。

碳族元素

• 碳
  • 同素异形体
    • 金刚石
      • 熔点高、硬度大、室温下惰性 俗称钻石，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
      • 有金属光泽、质软、可导电 可作电极、坩埚、润滑剂、铅笔芯等 通常情况下，石墨比金刚石稳0 定在工业上可采用静态加压法由石墨合成金刚石
    • 富勒烯碳原子簇
      • 子主题
  • 重要化合物
    • 碳酸
      • CO2溶于水即形成碳酸 
    • 碳酸盐
      • 溶解性
        • 碳酸盐——除NH4+ 、碱金属(Li除外)盐，一般难溶
        • 碳酸氢盐——一般易溶
        • 难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶
        • 易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小
          • 向浓碳酸钠溶液中通入CO2至饱和可析出NaHCO3 
      • 水解性
        • 碳酸盐——水溶液呈碱性 碳酸氢盐——水溶液呈微碱性
        • 可溶性碳酸盐可作沉淀剂,分离某些离子
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      • 热稳定性
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        • 一般规律
          • 1、碱金属盐>碱土金属盐>过渡金属盐>铵盐 2、碳酸盐>碳酸氢盐>碳酸 金属离子极化力增大
          • 1. 碱金属碳酸盐稳定，难分解 2.碳酸盐:碱土金属比碱金属不稳定 3. 碱土金属碳酸盐从Mg到Ba稳定性增强 过渡金属离子具有非8电子构型,极化力强,反极化作用强 4. 过渡金属碳酸盐稳定性较差
      • 鉴定
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• 硅
  • 单质硅
    • 晶体硅：熔点、沸点较高，硬而脆 无定形硅：灰黑色粉末，性质活泼
    • 化学性质不活泼 
    • 高纯硅
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  • 硅烷
    • SinH2n+2 n=1~6
    • 硅甲烷：遇空气自燃，放出大量的热 SiH4(g) + 2O2(g) → SiO2(s)+2H2O(g)
    • 水解 SiH4 + (n+2)H2O → SiO2•nH2O↓+ 4H2↑
  • 卤化物
    • 通式为SiX4，均为无色
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    • SiF4
      • 制取
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      • 性质
        • 与HF作用 2HF+SiF4 → H2[SiF6]
          • 重要盐(Na2[SiF6]) 是农业杀虫、灭菌剂、木材防腐剂 可用于制造抗酸水泥、搪瓷等
        • 纯氟硅酸不存在, 在水溶液中稳定
        • 氟硅酸的酸性与硫酸相近
    • SiCl4
      • 制取
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      • 性质
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  • 二氧化硅(硅石)
    • 形态
      • 无定形
        • 硅藻土
      • 晶体
        • 石英
      • 石英玻璃 1.热膨胀系数小，能透过可见光和紫外光，可制造 高级化学器皿和光学仪器 2.制光导纤维
    • 与一般酸不起反应，与氢氟酸反应 SiO2 + 4HF → SiF4↑+ 2H2O
    • 与氢氧化钠或纯碱共熔 
  • 硅酸
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  • 硅酸盐
    • 制取
      • SiO2与碱性氧化物共熔 SiO2+ M2O → M2SiO3 SiO2+ 2M2O → M4SiO4
    • 性质
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      • 2.硅酸钠强烈水解,水溶液呈碱性 硅酸钠水溶液俗称水玻璃,又称“泡花碱”
    • 鉴定
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• 锡、铅重要化合物
  • 氧化物
    • Sn
      • SnO(黑色)+2
      • SnO2(白色 )+4
    • Pb
      • PbO(黄或黄红色)+2
      • PbO2(棕黑色 )+4
      • Pb3O4(铅丹) 鲜红色
        • Pb2[PbO4] 或 2PbO·PbO2混合
          • Pb2[PbO4]+4HNO3→2Pb(NO3)2+ PbO2 +2H2O
      • Pb2O3 橙色
        • PbO·PbO2混合
          • PbPbO3+2HNO3→ Pb(NO3)2+PbO2 +H2O
  • 氢氧化物
    • Sn
      • Sn(OH)2(白色) 两性偏碱
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      • Sn(OH)4(白色) 两性偏酸
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    • Pb
      • Pb(OH)2(白色) 两性偏碱
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      • Pb(OH)4(棕色) 两性偏酸
  • 盐类
    • 1.锡(Ⅱ)在碱性、酸性介质中均有的还原性
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    • 2. Pb(IV)的氧化性 PbO2是强氧化剂
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      • 制造铅蓄电池 
    • 3.锡(Ⅱ)易水解, SnCl4在潮湿空气中冒白烟
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      • 配制SnCl2，需加入： 1.浓HCl,防水解 2.锡粒，防氧化
    • 4.铅(Ⅱ)盐: 绝大多数难溶于水
      • PbI2(金黄色)溶解度小,溶于沸水和KI溶液 PbI2+ 2KI → K2[PbI4]
      • PbCl2难溶于冷水，溶于热水和浓HCl PbCl2+ 2HCl(浓) → H2[PbCl4]
      • PbSO4难溶于水,溶于浓H2SO4和饱和NH4OAc 
    • 5.硝酸铅与碳酸钠反应
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    • 6.Pb2+的鉴定
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  • 硫化物
    • SnS(棕色) 碱性
      • SnS溶于Na2S2 
    • SnS2 (黄色) 酸性
      • SnS2易溶于碱金属硫化物或硫化铵
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    • PbS(黑色) 碱性
      • 不溶于水、稀盐酸、碱金属硫化物 溶于浓盐酸和稀硝酸
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• 概述
  • 碳C
    • 含量不多，分布广，是地球上 化合物种类最多的元素之一， 是生物界的主要元素
  • 硅Si
    • 分布广，在地壳上的含量仅次 于氧，主要以硅酸盐矿和石英 矿存在
  • 锗Ge
    • 常以硫化物伴生在其它金属 硫化物矿中，是暗灰色、重 而软的金属，晶态锗是重要 的半导体材料
      • 晶态锗是重要 的半导体材料
  • 锡Sn
    • 主要以锡石(SnO2) 存在，为银白色金属、质软、 延展性好、无毒、耐腐蚀。
  • 铅Pb
    • 铅主要以方铅矿(PbS)形式存在， 是很软的重金属，强度不高
      • 它能挡住X射线，可制造铅玻璃、 铅围裙等防护用品和防X射线的屏蔽 材料、电缆包皮及铅蓄电池等
  • 惰性电子对效应明显
  • 从上到下非金属性减弱，金属性增强