碳族元素

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碳族元素

• 1.碳单质及其化合物
  • 碳单质
    • 金刚石：原子晶体，硬度很大，熔点最高
    • 石墨：层状晶体，质软，有金属光泽
    • 足球烯或富勒烯：C60，C70等
    • 无定形碳：木炭，焦炭，炭黑（活性炭）
    • C+O2=点燃=CO2 2C+O2=点燃=2CO C+CO2=高温=2CO ZnO+C=高温=Zn(g)+CO(g)
  • 碳的含氧化合物
    • 一氧化碳CO
      • CO分子中有孤对电子，可作为配体与一些有空轨道的金属原子或离子形成配合物
      • CO有毒，中毒会导致组织低氧症
      • CO显非常微弱的酸性，可以看作甲酸HCOOH的酸酐
      • 制备：H2C2O4→CO⬆+CO2⬆+H2O（▲，浓H2SO4)
      • 性质：2CO+O2=点燃=2CO2 CO+PdCl2+H2O=CO2+Pd⬇+2HCl（溶液变黑） CO+2Ag(NH3)2OH=2Ag⬇+（NH4)2CO3+2NH3（检验微量CO存在） CO+CuO=Cu+CO2（尾气使澄清石灰水变浑浊） I2O5+5CO=I2+5CO2（用碘量法测定生成的碘I2）
    • 二氧化碳CO2：非极性分子，直线型，加压液化得固体二氧化碳——干冰
  • 碳化物
    • 离子型碳化物，与碳原子直接相连的原子属于IA、IIA、IIIA族，不一定有离子键，但有典型的金属原子。离子型碳化物容易发生水解。
    • 重过渡金属原子半径大，在晶格中充满碳原子，形成间充型碳化物（保持金属光泽、硬度和熔点比原来的金属还高）
    • 共价型碳化物的主要特点是高硬度
• 2.硅单质及其化合物
  • 硅单质Si
    • 常温，与强碱溶液反应（不能与水、酸反应） Si+4OH-→SiO44-+2H2
    • 加热/有氧化剂存在，与氢氟酸反应 3Si+18HF+4HNO3→3H2SiF6+4NO+8H2O
    • 硅制备（粗硅） SiO2+2C=1800℃=Si+2CO⬆
  • 硅的含氧化合物
    • SiO2
      • 纯石英（无色透明）叫水晶 不纯石英（有色）叫紫水晶
      • 与HF SiO2+4HF=SiF4⬆+2H2O SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O
      • 与热的强碱溶液及熔融的碳酸钠溶液 SiO2+2OH-+SiO32-+H2O SiO2+NaCO3=Na2SiO3+CO2
      • 石英比色皿：用于紫外和可见光分析
      • 玻璃比色皿：用于可见光分析
    • H2SiO3
      • 二元弱酸
      • 浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶（蓝→红）
      • 硅酸溶胶脱水成多孔性固体，成为硅胶，是很好的干燥剂（不能干燥HF气体）
  • 硅的氢化物——最简单的硅烷SiH4（甲硅烷）
    • 空气中自燃，使高锰酸钾褪色，易水解
    • 制备 SiO2+4Mg=Mg2Si+2MgO Mg2Si+4HCl(aq)=SiH4⬆+2MgCl4
    • 热稳定性:分解温度比甲烷低得多
    • 强还原性 SiH4+2O2=SiO2+2H2O SiH4+2KMnO4=2MnO2⬇+K2SiO3+H2+H2O SiH4+8AgNO3+2H2O=8Ag⬇+SiO2⬇+8HNO3
    • 水解性 SiH4+（n-1）H2O=SiO2·nH2O⬇+4H2⬆
  • 硅的卤化物
    • 强烈水解，在潮湿空气中发烟 SiCl4（l）+3H2O（l）=H4SiO4（l）+4HCl（aq) SiCl4可做烟雾剂
    • SiF4无色带刺激性臭味气体，易溶于水并水解 SiF4+4H2O=H4SiO4⬇+4HF SiF4+2HF=2H++SiF62-(酸性与H2SO4相近）
    • BX3与SiX4都是共价化合物 BF3+H2O→H3BO3+HBF4（HBF4氟硼酸，强酸，与H2SiF6相近）
    • 碳氯法制取卤化物 SiO2+2C+2Cl2=▲=SiCl4（l)+CO
• 3.锗、锡、铅
  • 锗锡铅单质
    • Ge+4H2SO4（浓）=Ge（SO4）2+2SO2⬆+4H2O Ge+4HNO3（浓）=GeO·H2O⬇+4NO⬆+2H2O Ge+2NaOH+H2O=Na2GeO3+2H2⬆
    • Sn+2hCl（浓）=SnCl2+H2⬆ Sn+4H2SO4（浓）=Sn（SO4）2+2SO2⬆+4H2O Sn+4HNO3(浓）=H2SnO3⬇+4NO2⬆+H2O 4Sn（过量）+10HNO3（稀）=4Sn（NO3）2⬇+NH4NO3+3H2O
    • Pb+2HCl=PbCl2⬇+H2⬆（反应不易发生） Pb+4HCl（浓）=H2【PbCl4】+H2⬆ Pb+3H2SO4（浓）=Pb（HSO4）2+SO2⬆+2H2O 3Pb+8HNO3（稀）=3Pb（NO3）2+2NO⬆+4H2O Pb+H2SO4（稀）=PbSO4⬇+H2（反应不易发生）
  • 锗锡铅化合物
    • 氧化物
      • GeO2弱酸性，白色
      • SnO2两性偏酸性，白色 SnO2+2NaOH（熔融）=Na2SnO3+H2O SnO2+2Na2CO3+4S=NaSnS3+Na2SO4+2CO
      • PbO2棕黑色，两性，酸性大于碱性 PbO2+NaOH=Na2PbO3+H2O PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2⬆+H2O 5PbO2+2Mn（NO3）2+6HNO3=2HMnO4+5Pb（NO3）2+2H2O PbO2+H2SO4（热浓）=PbSO4+O2⬆+H2O
      • Pb3O4(铅丹或红丹） Pb3O4+HNO3=PbO2⬇+Pb（NO3）2+H2O Pb2++CrO42-=PbCrO4⬇（黄色）
    • 氢氧化物
      • GeO两性，黑色
      • SnO两性偏碱性，黑色
      • PbO两性偏碱性，黄或黄红色，用于制铅蓄电池
    • 卤化物
      • 四卤化物 GeCl4和SnCl4，常温下为液态
      • 二卤化物 SnCl2 2HgCl2+SnCl2=Hg2Cl2⬇（白）+SnCl4 HgCl2+SnCl2=2Hg⬇（黑）+SnCl4（常用来检验Hg+和Sn+存在） SnCl2+H2O=Sn（OH)Cl⬇（白）+HCl PbI2黄色丝状有亮光沉淀
• SnS棕色固体 SnS2黄色固体 Sn（OH）2白色沉淀 PbS黑色固体 PbCrO4亮黄色沉淀 PbCl2白色沉淀 Pb（OH）2白色沉淀 PbO红或黄色沉淀 PbO2棕黑色粉末 Pb3O4红色粉末