导图社区 第ⅣA族碳族
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第ⅣA族碳族
概述
组成
C, Si, Ge, Sn, Pb
价电子构型
ns²np²
部分规律
化学活泼性自上而下增强
同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加
分布
C和Si在自然界分布很广，Si在地壳中的含量仅次于氧，丰度位居第二。Ge,Sn,Pb比较稀少，Ge常与许多硫化物共生，或以GeO2的形式富集在烟道灰中，Sn,Pb矿藏富集，易提炼。
C
非金属元素
存在形式
单质
结构
层状晶体（石墨）和原子晶体（金刚石）
性质
石墨
质软，有金属光泽
导电
活性炭具有很大的比表面积和良好的吸附性
碳纤维还具有耐高温、抗腐蚀、机械强度高的特点
金刚石
硬度最大,熔点最高
用途
制造电极、石墨坩埚、电动机炭刷、铅笔芯等
润滑剂
碳纤维还广泛用于航空和医疗上
工业上用作钻头、刀具及精密轴承等
含氧化合物
氧化物
CO
CO与N2是等电子体, 结构相似
物理性质
无色、无臭，微溶于水的气体
化学性质
作配位体，形成羰基配合物
还原性
剧毒
制取方法
碳和氧在不充分的条件下燃烧生成
甲酸脱水制得
但CO不能和水反应制得甲酸
工业来源
水煤气
重要的化工原料和燃料
CO2
无色、无臭气体
制取方式
工业上来源于石灰生产和酿酒的副产品
生产碳酸盐和尿素等产品
灭火剂
镁燃烧除外
用于啤酒、饮料等生产
碳酸
H2CO3
碳酸根与氟化硼为等电子体
二元弱酸
CO2溶于水后，大部分CO2以水合分子形式存在，仅有一小部分形成碳酸
碳酸盐
正盐和酸式盐
碱金属和铵的碳酸盐易溶于水，其他金属的碳酸盐难溶于水
难溶的碳酸盐其酸式盐溶解度较大，易溶的的碳酸盐却恰好相反
酸式盐的热稳定性大于正盐，过渡金属碳酸盐稳定性差
离子极化观点：r(M²⁺) 愈小，M²⁺ 极化力愈大，MCO3 愈不稳定； M²⁺ 为18e⁻，(18+2)e⁻ ，(9-17)e⁻ 构型相对于 8e⁻构型的极化力大， 其 MCO3 相对不稳定。
碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐的水溶液分别呈强碱性和弱碱性
金属离子加入可溶性碳酸盐时，生成沉淀的类型
氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应生成碳酸盐沉淀
氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生成碳酸羟盐(碱式碳酸盐)沉淀
水解性强、两性的金属离子与之反应生成氢氧化物沉淀
碳的卤化物
CX4和混合四卤化物
常温下，CF4是气体，CCl4是液体，CBr4和CI4是固体
CCl4
无色液体，微弱特殊臭味，不溶于水
化学物质
化学惰性物质，通常不与酸碱反应
不能燃烧
优良溶剂，可以洗除油渍
CCl2F2
密度大
极不活泼，无毒，不可燃
对臭氧层有破坏作用
冷冻剂
碳化物
碳与电负性比他小的或与之相近的元素（除氢外）所生成的二元化合物
碳与金属在高温下反应得到
离子型碳化物
无色透明的晶体（CaC2和BeC2可能因为杂质而有色）
稳定性比较高，大多在水或稀酸中水解生成乙炔或甲烷）
共价型碳化物
原子晶体
高硬度，高熔点，SiC是无色晶体，B4C是黑色有光泽晶体
惰性
做优良磨料
间充型碳化物（合金）
不透明、有金属光泽、熔点极高、硬度很大、导电性强
过渡型碳化物
导电性、熔点高、硬度大
活泼性强
与稀酸反应生成氢和各种碳化合物
氧化值：+2、±4
最大配位数:4
Sn、Pb
金属元素
Sn
白锡是银白色、比较软，具有延展性
熔点低
常温下表面有一层保护膜，在水、空气中稳定，有一定的抗腐蚀性
灰锡、白锡、脆锡可以相互转变
低温下，白锡转变为粉末状的灰锡的速率大大加快，所以，锡制品会因低温而自行破坏，这种现象叫锡疫
锡石
碳还原法
锡
制造合金
Pb
很软的重金属，熔点低，强度不高，可挡住X射线
在化学反应中表现得不太活泼
由于表面生成难溶性化合物阻止反应进行
可溶于醋酸，但反应缓慢
方铅矿
焙烧
氧化铅
碳还原
铅
电缆的包皮
铅蓄电池的电极
核反应堆的防护屏
SnO
因制备方法不同可呈黑色或绿色
SnO2
经高温灼烧的SnO2不能和酸、碱溶液反应，但能溶于熔融的碱生成锡酸盐
在空气中加热金属锡生成白色的氧化锡
PbO
金属铅在空气中加热生成橙黄色的氧化铅
制造铅蓄电池、铅玻璃、铅的化合物
制造铅靶彩色电视光导摄像管靶面的关键材料
PbO2
强氧化剂
在碱性溶液中用强氧化剂（如氯气）氧化PbO，可生成褐色的氧化高铅
Pb3O4 （铅丹）
化学性质稳定
与稀硝酸共热析出褐色的PbO2
PbO2加热后分解生成鲜红色的四氧化铅和氧气
PbO在过量空气中加热
在工业上与亚麻仁油混合后作为油灰涂在管子连接处，防止漏水
Pb2O3
橙色，可以看作PbO和PbO2的复合氧化物
氢氧化物
Sn(OH)2
溶于酸
溶于过量的NaOH
Pb(OH)2
溶于硝酸或者醋酸
在含有Sn²⁺和Pb²⁺的溶液中加入适量的NaOH溶液，可以生成白色的Sn(OH)2或Pb(OH)2沉淀
递变规律
锡酸
α-锡酸能和酸作用也能和碱作用
β-锡酸不溶于酸也不溶于碱，但与碱共熔可以使其转入溶液中
α-锡酸长时间放置会转变β-锡酸
Sn⁴⁺溶液
NaOH溶液、适量的酸
α-锡酸和H2SnO3凝胶
至今未制得纯的H2[Sn(OH)6]
金属锡和浓硝酸作用生成β-锡酸
盐
锡盐
亚锡酸盐和氯化亚锡都具有比较强的还原性
在酸性溶液中，Sn²⁺可以把Fe³⁺还原成Fe²⁺
鉴定Bi³⁺
鉴定Sn²⁺，也可以鉴定Hg(Ⅱ)盐
铅盐
在酸性溶液中将Pb²⁺氧化为Pb（Ⅳ）的化合物很困难，在碱性溶液中转化也需要用较强的氧化剂
可溶的铅盐有硝酸铅和醋酸铅，绝大多数Pb（Ⅱ）的化合物都是难溶于水的，难溶的铅盐可以通过形成配合物溶解。醋酸铅是弱电解质，有甜味，被称为铅糖。
鉴定Pb²⁺，也可以用来鉴定铬酸根
PbCrO4俗称铬黄，可用作颜料，可溶于过量的碱，与BaCrO4（黄色）区别开来
可溶性的Sn（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的化合物只有在强酸性溶液中才有水合离子存在，当酸性不足或由于加入碱酸性降低时，水合离子就会发生显著的水解
Sn(Ⅳ)和Pb(Ⅳ）的盐在水溶液中也发生强烈的水解
硫化物
SnS
不溶于水、稀酸和碱，与浓盐酸作用因生成配合物而溶解
不能溶于NaS2或（NH4)2S，当NaS2或（NH4)2S中含多硫化物时，Sn²⁺会被多硫离子氧化成Sn⁺而溶解
含Sn²⁺溶液
通入H2S
棕色
SnS2
不溶于水和稀酸，与浓盐酸作用因生成配合物而溶解
能溶于NaS2或（NH4)2S，生成硫代锡酸盐
硫代锡酸盐不稳定，遇酸分解为SnS2和H2S
SnCl4溶液
黄色
PbS
不能溶于NaS2或（NH4)2S
含Pb²⁺溶液
黑色
氧化值：+2、+4
最大配位数：6
Ge
金属元素 某些情况下也表现出非金属性
金刚石型
灰白色金属，比较脆硬
锗矿石
硫酸和硝酸
粗氧化锗
盐酸溶解
四氯化锗
水解
纯氧化锗
氢气还原
金属锗
良好的半导体材料
Si
非金属元素 （有较弱的金属性，仍以非金属性为主）
无定形硅
晶型硅
与金刚石相似
熔点、沸点较高，性质脆硬
工业制硅
二氧化硅
碳（电炉)
粗硅
氯气
四氯化硅
蒸馏
纯四氯化硅
氢气
纯硅
半导体材料
SiO
在真空中于1800℃，SiO2与Si作用制得
黄褐色固体
不稳定，易被氧化
SiO2
无定形体
石英玻璃、硅藻土、燧石
晶体
石英
水晶
坚硬、脆性、难溶、无色透明固体
石英玻璃
高度透过可见光和紫外光，膨胀系数小，能经受温度剧变
酸性氧化物，可与碱作用
与HF作用
与某些碱性氧化物或某些含氧酸盐生成硅酸盐
制作光学仪器、紫外灯
硅酸
化学式
H4SiO4（原硅酸）、H2SiO3（偏硅酸）、xSiO2•yH2O（多硅酸）
溶解度小，是二元弱酸
硅胶
从凝胶状硅酸中除去大部分水
浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶
白色、稍透明固体，有许多极细小的孔隙，比表面积大
吸附能力强
干燥剂
催化剂的载体
硅酸盐
硅酸盐结构复杂，基本结构单元为硅氧四面体
可溶性硅酸盐
Na2SiO3 (水玻璃) 、K2SiO3
水溶液因硅酸根水解呈碱性
不溶性硅酸盐
大部分硅酸盐难溶于水，且有特征颜色
分子筛
有很高的活性、较好的选择性和热稳定性
用于在化工、冶金、石油、医药等工业
可作吸附剂、催化剂
卤化物
SiX4
无色，常温下，SiBr4（液体）SiI4（固体）
SiF4
无色刺激性气味气体
在水中强烈水解，在潮湿的空气中发烟
与氟酸反应制氟硅酸
游离的氟硅酸不稳定，氟硅酸的水溶液很稳定，是一种强酸，酸性与硫酸相仿
无水SiF4很稳定，干燥时不腐蚀玻璃
用萤石粉和石英砂的混合物在浓硫酸中加热制得
SiCl4
常温下，无色，有刺激性气味液体
易水解，在潮湿的空气中发烟
在氯气气流中加热硅
在氯气气流中加热二氧化硅和焦炭混合物
制作烟雾
氢化物
硅烷SinHn+2
硅原子彼此结合成链的能力比碳差，硅烷数目有限，硅与氢不能生成与烯烃、炔烃类似的不饱和化合物
与烷烃相似
甲硅烷
无色、无臭气体，溶于有机溶剂
活泼，能自燃
强还原性
遇碱水解
热稳定性差
稀酸与硅化镁作用
用LiAlH4还原SiCl4
氧化值：+4
与硼有相似性
硼、硅的单质与碱反应均能生成氢气
硼、硅的氢化物化学性质都很活泼，且易挥发，与水反应则放出氢气
硼、硅都能生成玻璃态氧化物，显酸性，能与金属氧化物作用分别生成硼酸盐和硅酸盐，这些盐除了部分碱金属的盐能溶于水，其他盐类都难溶于水
硼酸和硅酸都是弱酸，在冷水中溶解度不大
硼、硅的卤化物水解后都生成相应的酸--硼酸和硅酸
