碳族元素

描述化学第VIA族的元素性质及规律学习

碳族元素

• C(4配位)
  • 常识
    • 12g C12所含原子为1mol
    • C14断代法
  • 性质
    • 单键键能突减——非键电子对增多
    • 重键的均能比单键小，不同于O和N
  • 石墨
    • 层与层之间为Van der Walls力
  • C60
    • Euler方程：F-E+V=2（Faces，edges，vertices） E=3V/2 p+h=V/2+2 5p+6h=2E=3V p=12 h=V/2-10
    • Isolated Pentagon Rule（独立五元环规则）——五元环内角108°空间角度和的结构张力大
  • 碳管
    • 石墨烯沿某一方向向量卷曲
  • Carbide
    • Carbon and a less electronegativite element
      • 水解
        • Al4C3+ 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4↑
        • CaC2+ 2H2O = Ca(OH)2+ HCCH
      • C化
        • SiO2+ 3C =SiC+ 2CO↑
        • 2B2O3+ 7C = B4C + 6CO↑
  • +2
    • CO的总键能大于N2的总键能，但CO比N2活泼 1.C键能差值小容易活化，N键能差值大 2.CO配位能力强
    • 还原性
  • +4
    • CO2
    • CCl4
    • CO32-
      • 4c-6e
      • 正盐中除碱金属(不包括Li+) 铵及Tl+盐外都难溶于水 许多金属的酸式盐的溶解度大于正盐（Na除外）
        • 这是由于在NaHCO3溶液中HCO3-以氢键相连成二聚或多聚链状离子，降低了它们的溶解度
      • 热稳定性
        • 酸<酸式盐<正盐
        • 同族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加-反极化
        • 碱金属碳酸盐>碱土金属碳酸盐>过渡金属碳酸盐 （过渡金属碳酸盐稳定性差）
      • 水解
• Si(6配位)
  • 性质
    • N(CH3)3与N(SiH3)3Lewis碱 性大于后者（电子云密度减小，碱性降低→没电子给了，同时更加稳定，不容易给出电子）
    • 纯Si不导电，掺杂则导电，用于制作半导体，随T↑导电性↑，用作半导体材 料。
    • 硅遇到氧化性的酸发生钝化(passivation)，它可溶于HF—HNO3的混合酸中 3Si + 4HNO+ 18HF = 3HSiF+ 4NO + 8HO
  • -4
    • Ca2Si ,CaSi, CaSi2等IA、IIA族硅化物:不稳定，与水反应，还可与H2, N2反应 CaSi+ 3H2O = CaSiO3+ 3H2↑ CaSi2 + H2=CaSi+ CaH2 CaSi+ N2= CaSiN2
  • +4
    • SiF4
      • 60%的H2SiF6溶液,其为强酸，强度相当于硫酸
    • SiCl4
    • SinH(2n+2) n可高达15
      • 水解：SiH4 +(n + 2)H2O =SiO2+nH2O+4H2 Note: CH4 能否发生水解反应?没有3d掺不了水
    • SiO2
      • 可溶性硅酸盐与H+ , CO2 , NH4+反应得到H2SiO3
    • [SiO4]4-
      • (1)每个[SiO4]四面体Si:O=1:4SiO44-
      • (2)两个[SiO4]以角氧相连，Si和O的原子数之比是1:3.5Si2O76-
      • (3)[SiO4]以两个角氧分别和其它[SiO4]两个角氧相连成环状或长链状结构 Si:O=1:3[SiO3]n 2n-
      • (4)[SiO4]以角氧构造成双链，Si:O= 4:11[Si4O11]n 6n-
      • (5)[SiO4]分别以三个角氧和其它三个[SiO4]相连成层状结构，Si:O= 2:5,[Si2O5]n 2n-
      • (6)[SiO4]分别以四个氧和其他四个[SiO4]相连成骨架状结构， Si:O= 1:2(SiO2)n
• Ge,Sn,Pb
  • 具有两性
  • 卤化物
    • SnCl2
      • 水解性：SnCl2+ H2O = Sn(OH)Cl↓ + H++ Cl 在配制SnCl2时必须防止氧化和水解： 制备用盐酸酸化蒸馏水，并在SnCl2中加入Sn粒:
      • 还原性：SnCl2+2HgCl2= SnCl4+ Hg2Cl2(白色)
    • GeCl4, SnCl4也强烈水解 GeCl4+ 2H2O = GeO2↓ + 4HCl SnCl4+ 4H2O = Sn(OH)4+ 4HCl
    • PbCl2在冷水中溶解度小，但在热水中溶解度大，在盐酸中溶解度增大
    • PbCl4在低温下稳定，在常温下即分解 PbCl4= PbCl2+ Cl2
    • PbI2:黄色丝状有亮光沉淀,溶于热水→冷却 生成亮晶晶的金属小片 PbI2+ 2KI = K2[PbI4]
  • 硫化物
    • SnS：H2S + Sn2+= SnS↓(暗棕色)+ 2H+ SnS不溶于Na2S溶液中，但可溶于中等浓度的HCl和碱金属的多硫化物溶液中
    • SnS2：可溶于Na2S溶液中
    • PbS:Pb2++ S2-= PbS↓(黑色) PbS可溶于浓HCl和稀HNO3、H2O2，不溶于Na2S 和无氧化性的稀酸
    • 由于Pb(IV)有极强的氧化性，所以PbS2不存在
    • GeS和GeS2在水中有一定的溶解度
  • 氧化物
    • SnO2
      • 性质：不溶于水,难溶于酸碱,但可与NaOH, Na2CO3和S共熔,得到可溶性盐： SnO+2NaOH=NaSnO+HO
    • Pb的氧化物
      • 2Pb(熔融)+O2=2PbO Pb(OH)3-+ClO-=PbO2+Cl-+OH-+H2O Pb+O加热PbO
      • 性质：两性偏酸性: PbO2+ 2NaOH + 2H2O加热Na2Pb(OH)6(铅酸盐)
  • 氢氧化物
    • Sn(OH)2
      • 两性；还原性
    • Sn(OH)4
      • 两性
    • Pb(OH)2
      • 两性
  • Pb化合物
    • Pb(CH3COO)2
      • 难离解
    • 硝酸铅
      • 易水解易离解
    • PbSO4
      • 可溶于浓H2SO4中,也可溶于NH4Ac或NaAc溶液中
    • PbCrO4
      • 难溶于水的黄色晶体，有毒，加热分解可放出氧气，是氧化剂 用于Pb2+的鉴定（PbCrO4溶于过量的碱，这与黄色 BaCrO4有别；SrCrO4溶于HAc，不溶于碱。）
    • 少数可溶：Pb(NO3)2, Pb(Ac)2，铅的可溶性化合物都有毒。 多数难溶P：bCl，2PbI，2PbSO，4PbCO，3PbCrO4等。
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