无机化学无机化学18.1 18.1 碳族元素概述碳族元素概述18.2 18.2 碳族元素的单质碳族元素的单质 18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物18.4 18.4 硅的化合物硅的化合物18.5 18.5 锡、铅的化合物锡、铅的化合物中南大学化学化工学院中南大学化学化工学院第十八章第十八章碳族元素碳族元素 无机化学无机化学掌握碳单质的同素异形体和碳的重要化合物掌握碳单质的同素异形体和碳的重要化合物,特别是碳酸盐的性质特别是碳酸盐的性质熟悉硅及其化合物熟悉硅及其化合物,特别是硅酸盐的性质特别是硅酸盐的性质了解锡、铅的重要化合物了解锡、铅的重要化合物氧化物、氢氧化物氧化物、氢氧化物和硫化物及其性质以及和硫化物及其性质以及Sn()的还原性和的还原性和Pb()的难溶盐和的难溶盐和Pb()的氧化性的氧化性 本章学习要求本章学习要求无机化学无机化学18.1 18.1 碳族元素概述碳族元素概述碳族碳族(IVA)：碳：碳(carbon,C),硅硅(silicon,Si),锗锗(germanium,Ge),锡锡(tin,Sn),铅铅(lead,Pb)18.1碳族元素概述碳族元素概述价电子构型：价电子构型：ns2np2无机化学无机化学18.1 18.1 碳族元素概述碳族元素概述存在存在碳：碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气金刚石、石墨；煤、石油、天然气;碳酸盐碳酸盐;CO2;生物体内等生物体内等硅：硅：SiO2和各种硅酸盐和各种硅酸盐锗：锗：硫银锗矿硫银锗矿4Ag2SGeS2硫铅锗矿硫铅锗矿2PbSGeS2锡：锡：锡石锡石SnO2铅：铅：方铅矿方铅矿PbS，白铅矿，白铅矿PbCO3金刚石金刚石锡石锡石方铅矿方铅矿无机化学无机化学18.2 18.2 碳族元素单质碳族元素单质18.2碳族元素单质碳族元素单质18.2.1 18.2.1 碳碳 ( (同素异形体同素异形体) )金刚石金刚石：原子晶体：原子晶体,硬度最大硬度最大,熔点最高。熔点最高。石石墨墨：层状晶体：层状晶体，质软，有金属光泽。过渡型晶体，质软，有金属光泽。过渡型晶体 。富勒烯富勒烯：原子排列为球体或椭球体，：原子排列为球体或椭球体，C60、C70等。分等。分子晶体。子晶体。 碳纳米管碳纳米管：由类似石墨的六边形网格所组成的管状物，：由类似石墨的六边形网格所组成的管状物，管子一般由单层或多层组成管子一般由单层或多层组成,两端封闭。两端封闭。 无定形碳无定形碳：无定形碳实际是石墨的微晶体：无定形碳实际是石墨的微晶体 。无机化学无机化学18.2 18.2 碳族元素单质碳族元素单质石墨石墨(sp2杂化杂化)金刚石金刚石(sp3杂化杂化)无机化学无机化学18.2 18.2 碳族元素单质碳族元素单质足球烯足球烯(富勒烯富勒烯)C60(sp2杂化杂化)碳纳米管碳纳米管无机化学无机化学18.2 18.2 碳族元素单质碳族元素单质18.2.2 18.2.2 硅和锗硅和锗u硅硅有晶态有晶态(银灰色银灰色)和无定形和无定形(黑色粉末黑色粉末)两种。两种。 无定形硅无定形硅晶态硅晶态硅晶态硅晶态硅类似金刚石；类似金刚石；采用区域熔炼法制备超纯采用区域熔炼法制备超纯单晶硅单晶硅硅不与任何酸作用，但能溶于硅不与任何酸作用，但能溶于HF和和HNO3的混合液中的混合液中强碱能与硅生成硅酸盐强碱能与硅生成硅酸盐Si+2KOH+H2OK2SiO3+2H2(g)无机化学无机化学锗单质：灰白色金属，锗单质：灰白色金属，硬而脆硬而脆(结构类似金刚石结构类似金刚石)超高纯锗也通过区域熔炼法制备。超高纯锗也通过区域熔炼法制备。锗锗18.2 18.2 碳族元素单质碳族元素单质锗锗无机化学无机化学18.2 18.2 碳族元素单质碳族元素单质锡锡单质的三种同素异形体单质的三种同素异形体18.2.3 18.2.3 锡和铅锡和铅 灰锡灰锡(锡锡)白锡白锡(锡锡)脆锡脆锡在空气中，锡在表面生成一层致密的保护膜在空气中，锡在表面生成一层致密的保护膜有一定的抗腐蚀性有一定的抗腐蚀性。锡无毒。锡无毒 。13.2161铅铅单质：质软，能阻挡单质：质软，能阻挡X射线。射线。铅盐的毒性大铅盐的毒性大 。金属锡金属锡金属铅金属铅无机化学无机化学18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物18.3碳的化合物碳的化合物18.3.1 18.3.1 一氧化碳一氧化碳结构结构CO与与N2是等电子体是等电子体,结构相似结构相似:CO:C O:一个一个键键两个两个键键无机化学无机化学18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物性质性质作为配体，形成羰基配合物作为配体，形成羰基配合物(C为配位原子为配位原子)Fe(CO)5Ni(CO)4Co2(CO)8还原剂还原剂剧毒剧毒无机化学无机化学18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物18.3.2 18.3.2 二氧化碳二氧化碳结构结构Csp杂化杂化直线型分子直线型分子：OO ：CCO2的温室效应。的温室效应。CO2分子中除了分子中除了键外，尚存在键外，尚存在2个三中心四电子大个三中心四电子大键键CO2的偶极矩为零。的偶极矩为零。 无机化学无机化学18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物18.3.3 18.3.3 碳酸及其盐碳酸及其盐CO2溶于水，主要为溶于水，主要为CO2H2O，极少为，极少为H2CO3在在298K时，时，c(CO2):c(H2CO3)=600:l CO32-的结构的结构CO32-与与BF3为等电子体为等电子体C：sp2杂化杂化2-无机化学无机化学18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物碳酸盐的溶解度碳酸盐的溶解度易溶盐易溶盐Na2CO3NaHCO3K2CO3KHCO3100溶解度溶解度451615660(g/100gH2O)2-存在氢键，形成存在氢键，形成二聚物或多聚物二聚物或多聚物-其它金属其它金属(含含Li)碳酸盐难溶于水碳酸盐难溶于水,且酸式盐溶解度大于正盐。且酸式盐溶解度大于正盐。无机化学无机化学18.3 18.3 碳的化合物碳的化合物碳酸及其盐的热稳定性碳酸及其盐的热稳定性 H2CO3MHCO360%)，且且具具有有优优良良的的耐耐火火性性和和耐耐气气候候性性，可可在在地地铁铁、影影院院、电电视视发发射射中中心心等等防防火火和和隔隔音音要求较高的场合，用作吸音材料。要求较高的场合，用作吸音材料。无机化学无机化学氧化锡气敏材料氧化锡气敏材料易易燃燃、易易爆爆、有有毒毒、有有害害气气体体的的监监测测、报报警警和和控控制制。金金属属氧氧化化物物半半导导体体传传感感器器在在气气敏敏传传感感器器中中占占有有重重要要的的地地位位。由由于于气气体体响响应应过过程程主主要要发发生生在在敏敏感感材材料料表表面面，所所以以薄薄膜膜型型气气敏敏材材料料被被广广泛泛采采用用。SnO2是是目目前前应应用用最最广广泛泛的的半半导导体体气气敏敏材材料料。SnO2在在空空气气中中稳稳定定，对对CO、H2、CH4等等还还原原性性气气体体响响应应灵灵敏敏。吸吸附附气气体体引引起起SnO2表表面面电电子子得得失失，半半导导体体能能带带发发生生改改变变，产产生生可可以以检检测测的的电电信信号号，可可以以监监测测气气体体并并检检测测气气体体浓浓度度。SnO2气气敏敏传传感感器器敏敏感感薄薄膜膜可可以以采采用用磁磁控控溅溅射射、气气相相沉沉积积、溶溶胶胶-凝凝胶胶等等方方法法制制备备。通通过过对对SnO2掺掺杂杂不不同同的的材材料料，还还可可以以制制作作成成对对不不同同气气体体敏敏感感的的传传感感器器，提提高高传感器的灵敏度、选择性和响应性。传感器的灵敏度、选择性和响应性。SnO2气气敏敏传传感感器器敏敏感感薄薄膜膜可可以以采采用用磁磁控控溅溅射射、气气相相沉沉积积、溶溶胶胶-凝凝胶胶等等方方法法制制备备。通通过过对对SnO2掺掺杂杂不不同同的的材材料料，还还可可以以制制作作成成对对不不同同气气体体敏敏感感的的传传感感器器，提提高高传传感感器器的的灵灵敏敏度度、选选择择性性和和响响应性。应性。无机化学无机化学本章作业本章作业无机化学无机化学人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。无机化学无机化学