化学竞赛辅导讲座碳族元素第一节 碳1、碳的同位素（1）12C:原子量的相对标准（2)14C: 形成：由中子和14N在宇宙射线影响下形成 14N + 1n = 14C + 1H2半衰期：14C = 14N + - (5685years) 2、同素异形体(1)金刚石和石墨谁的熔点高，为什么？ （2）石墨为什么有导电性？ （3）金刚石和石墨谁更稳定?（燃烧热分别为：397.27 394.38kJ/mol)(4)石墨和金刚石的用途？3、活性炭的吸附 物理吸附、化学吸附：均为放热反应，后者大于前者。第二节 碳的化合物 1、CO(Carbon monoxide)(1)制法： H2SO4(浓）HCOOH CO + H2O CO + NaOH = HCOONa 讨论：CO是否是甲酸的酸酐或酸性氧化物？（2）等电子体： CO、N2、CN-、NO+（写出各自的电子结构式）用分子轨道理论解释其中的化学键。（3）主要化学性质 （I）作为一种配体，能与一些有空轨道的金属原子或离子 形成配合物。如：Fe（CO）5、Ni（CO）4、Cr（CO）6问题：为什么CO比N2更容易参加反应？CO为什么对人体有毒？CO如何被吸收？ Cu(NH)2CH3COO + CO + NH3 = Cu(NH3)2.CH3COO.CO (II)还原性CO + PdCl2 + H2O = CO2 + Pd + 2HCl CO + 2Ag(NH3)2OH = 2Ag + CO2 + 4NH3 + H2O (检验CO）（iii）与非金属作用：CO + 2H2 = CH3OH CO + 3H2 = CH4 + H2O CO + Cl2 = COCl22、CO2（Carbon dioxide）（1）结构： 等电子体：CO2 N3- NO2+ N2O+ OCN- （2个 ）（2）化学性质：CO2（g） + 2Mg（S） = 2MgO（S） + C（s） CO2 + M（OH）2 = MCO3 + H2O （M = Ca、Ba） MgO（s） + C（s） = Mg（g） + CO（g） （2000K） Al2O3(l) + C(s) = 2Al(g) + 3CO(g) (2300K) 注：高温条件生成CO！3、碳酸（Carbonic acid)CO2 + H2O = H2CO3 K = 1.8X10-3 CO2 + H2O = H+ + HCO3- K = 4.2X10-7 相加得：H2CO3 H HCO3 K 2.4X10-44 4、碳酸（氢）盐：碳酸（氢）盐：（1）同条件下，碳酸钠的溶解度略大于碳酸氢钠，WHY？OH O OH O 2 2O C C OO C C OO HO O HO(2)向饱和碳酸钠溶液中通入CO2，有何现象发生？（3）NaHCO3溶液为什么显碱性，用具体数据说明？ 已知：K14.2*10-7、K2 = 5.6*10-11 Kw = 10-14(i) 水解平衡常数电离平衡常数：水解趋势大于电离的趋势。Kw/K1 = 2.4*10-8 K2 = 5.6*10-11(ii)H+ = K1K2 = 10-8.3 pH 8.3(4）已知：KspKspKCaCO32.5*10-9H2CO34.2*10-7Ca(OH)25.5*10-6HCO3-5.6*10-11MgCO31.0*10-5Mg(OH)21.8*10-11a: 0.20mol/LCaCl2溶液与等体积0.20mol/LNa2CO3溶液混合，沉淀为 ？ b: 0.20mol/LMgCl2溶液与等体积0.20mol/LNa2CO3溶液混合 ，沉淀为 ？（5 5）等电子体：等电子体：COCO3 32 2、NONO3 3 、BOBO3 33 3、BFBF3 3Sp2杂化 第三节 碳的卤化物和硫化物 1、四卤化碳 F2 CCl2F2 CF4 Cl23Cl2 CS2 CCl4 S2Cl2问题：CCl4为什么不能作为Na的灭火剂？4Na CCl4 4NaCl C Freon：CClnF4-nCOX2(X = F、 Cl、 Br) 2、硫化物写出下列反应的方程式： （1）CS2 Na2S （2）BaCS3 HCl （3）Na2S2 CS2第四节 硅 1、性质： Si 4OH SiO44 2H2 SiO44 4H2O Si（OH）4 4OH Si 4HF（aq) = SiF4 + 2H2 Si(s) + O2(g) = SiO2(s) G = -805kJ 2、制备： SiO2 2C（s) = Si(s) + 2CO(g) H = -690kJ S = 0.361kJ/K SiO2 + CaC2 = Si + Ca + 2CO SiH4 = Si + 2H2第五节 硅化氢和卤化物1、硅烷： Mg2Si 4HCl SiH4 2MgCl2 SiCl4 LiAlH4 SiH4 LiCl AlCl3 SiH4 2O2 SiO2 2H2O2、卤化硅 （1）SiF4：SiO2 4HF SiF4 2H2O300350CBaSiF6 BaF2 SiF4(g)SiF4 + 2H2O = SiO2 + 4HF SiF4 + 2Na2CO3 + 2H2O = 2Na2SiF6 + H4SiO4 + 2CO2 (防止污染）SiF4 2F SiF62 H 130.5kJ Na2SiF6 + 2H2O = 2NaF + SiO2 + 4HF SiF62-: (1)杂化形式：sp3d2(2)等电子体：AlF63- 、PF6-、 SF6问题：为什么SiF4易水解，而CF4不易水解？（2）SiCl4： SiCl4 2H2O SiO2 4HCl（不可逆） SiO2 2C 2Cl2 iCl4 + 2CO第六节 二氧化硅和硅酸盐1、SiO2（Silica）SiO2（s) + 4HX(g) = SiX4(g) + 2H2O HF G = -92.82kJ HCl: G = 138.87kJ存在、用途：刚玉、宝石、翡翠；光纤、石英表。思考：说明下列反应能够发生的理由或条件或用途： （1）SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O(2) SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 （3）SiO2 Na2SO4 Na2SiO3 SO3 （4） 2KNO3 SiO2 K2SiO3 NO + NO2 +2(5) SiO2 + CaO = CaSiO32、硅酸及其盐：（1）硅酸的种类：H2SiO3 SiO2H2O 偏（正）硅酸H4SiO4 SiO22H2O 正（原）硅酸H6Si2O7 2SiO23H2OH4Si3O8 3SiO22H2OH2Si2O5 2SiO2H2O 二偏硅酸H2SiO3特点 (1) 二元弱酸（K14.2*10-10 K2=10-12) (2)弱酸易发生缩合反应: (下页）4HClO4 P4O10 4HPO3 2Cl2O7（极难缩合） H2SO4强酸，难缩合：H2S2O7（焦硫酸） H3PO4中强酸，可缩合：Hn2PnO3n1（n聚磷酸） H4SiO4弱酸，易缩合：（2）硅酸盐水玻璃（water glass):硅酸钠的水溶液。 SiO32 2H H2SiO3（胶体或凝胶） SiO32 2CO2 2H2O = H2SiO3 + 2HCO3- SiO32- + 2NH4+ = H2SiO3 + 2NH37 Sn&Pb(1) PbO2:(强氧化剂）PbO2 + 4HCl = PbCl2 + Cl2 + 2H2O 5PbO2 + 2Mn2+ + 4H+ = 5Pb2+ 2MnO4- + 2H2OPbSO4 +2e = Pb + SO42- E = -0.356V PbO2 + SO42- + 4H+ 2e = PbSO4 + 2H2O E = 1.685V放电 PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O E = 2.041V充电（2）Pb3O4： （类似Fe3O4、I4O9）思考：分别写出Pb3O4、Fe3O4与浓盐酸反应的方程式。（3）硫化物：SnS 2H 3Cl SnCl3 H2S SnS S22 SnS32SnS2 4H 6Cl SnCl62- + 2H2S SnS2 + S22- =SnS32-3SnS2 + 6OH- = 2SnS32- + Sn(OH)62-PbS + 2H+ + 4Cl- = PbCl42- + H2S3PbS + 2NO3- + 8H+ = 3Pb2+ + 3S + 2NO + 4H2OPbS为半导体材料，S过剩为p型，Pb过剩为n型。（4）卤化物： SnCl2 H2O Sn（OH）Cl HCl 2Fe3 Sn2 2Fe2 Sn4 2Hg2 Sn2 2Cl Hg2Cl2 Sn4 Hg2Cl2 Sn2 2Hg Sn4 2Cl 2Sn2 O2 + 4H+ = 2Sn4+ + 2H2O Sn4+ + Sn = 2Sn2+SnCl2 、SnCl4、 PbCl2(无PbCl4？）易形成SnCl3、SnCl62 PbCl42、PbCl64（11mol/LHCl)