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课件网) 第十七章 碳 硅 硼 §17.1 碳族元素 17.1.1 碳族元素的通性 17.1.2 碳的单质 17.1.3 碳的化合物 17.1.4 硅的化合物 (Elements of Carbon Family) 0 VIIA VIA VA IVA IIIA 2 He 氦 K 2 5 B 硼 6 C 碳 7 N 氮 8 O 氧 9 F 氟 10 Ne 氖 L K 8 2 13 Al 铝 14 Si 硅 15 P 磷 16 S 硫 17 Cl 氯 18 Ar 氩 M L K 8 8 2 31 Ga 镓 32 Ge 锗 33 As 砷 34 Se 硒 35 Br 溴 36 Kr 氪 N M L K 8 18 8 2 49 In 铟 50 Sn 锡 51 Sb 锑 52 Te 碲 53 I 碘 54 Xe 氙 O N M L K 8 18 18 8 2 81 Tl 铊 82 Pb 铅 83 Bi 铋 84 Po 钋 85 At 砹 86 Rn 氡 P O N M L K 8 18 32 18 8 2 非金属 金 属 电子层 碳 族 17.1.1 碳族元素的通性 1. 元素 6 C 碳 12 13 14 12.011 2s22p2 50 Sn 锡 112 117 122 114 118 124 115 119 116 120 118.71 5s25p2 14 Si 硅 28 29 30 28.086 3s23p2 32 Ge 锗 70 74 72 76 73 72.61 4s24p2 82 Pb 铅 204 208 206 207 207.2 6s26p2 2. 价电子层结构及氧化态 元素符号 C Si Ge Sn Pb 价电子层 结构 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2 主要 氧化数 +4,(+2) +4,(+2) +4, +4, +4, 原子序数 6 14 32 50 82 +2 +2 +2 +4 +2 C，Si IV>>II Ge，Sn Pb IV> II II>>IV 碳族元素的性质 3. 碳的特性 由于碳的原子半径最小，电负性最大，电离能也最高，又没有d轨道。所以碳与本族其它元素之间的差异较大，其主要表现为： （1）它的配位数仅限于4 （2）碳的成键能力最强 （3）原子间能形成多重键 碳是世界上化合物种类最多的元素 碳的化合物 其它元素的化合物 (<10万) 400 多万 全世界已经发现的化合物种类 17.1.2 碳的单质 (the Elementary Substances of Carbon) 碳单质的 同素异形体 杂化 晶体 性质 金刚石 sp3 原子晶体 硬度最大 熔点很高 石墨 sp2 层状晶体 质软，有金属光泽，有导电、导热性 C60 碳单质的同素异形体 1. 金刚石(Diamond) 结构 典型的原子晶体 sp3杂化 空间构型：正四面体 性质 熔 、沸点高，硬度大，不导电 室温下对所有化学试剂显惰性 2. 石墨(Graphite) 结构 空间构型 层状晶体 sp2杂化 层间为分子间力 性质 良好的导电性和导热性 质软，具有润滑性 化学性质较金刚石稍显活泼 制备插层化合物 20世纪80年代，人们发现了第三种碳的同素异形体———C60 。 Robert F Curl Jr Harold W Kroto Richard E Smalley 1985 年初，在美国得克萨斯州 Rice 大 学Smalley实验室，Kroto进行了石墨激光气化实验。 石墨 金刚石 60个碳原子采取它们中的任何一种排列 不会产生 会出现很多悬键，会非常活泼，不会出现如此稳定的质谱信号 12个五边形 20个六边形 在 C60 中碳原子为 sp2 杂化，未参加杂化的一个 p 轨道在 C60 球壳外围和内腔形成大π键。 物理学 材料学 生物学 化学 医药学 电子学 富勒烯广泛地影响到： 很高的对称性，导致球面上的碳原子能分摊外部压力，异常坚固。 17.1.3 碳的化合物 1. CO (Carbon Oxide) 结构 分子轨道表示式： CO[kk(σ2s)2(σ2s )2(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2] (π2py)2(π2pz)2(σ2px)2 对成键有贡献 2s 2px 2py 2pz 8O CO 2s 2px 2py 2pz 6C CO和N2各有10个价电子，互为等电子体，分子轨道能级次序相同，也是三重键。 :C O: 键能 键长 偶极矩 N2 945.41 109.76 0 CO 1070.3 112.8 0.12 N2和CO的性质 结论：三重键结构解释了CO键能大，键长短，偶极矩几乎为0的事实。 性质一：还原性 性质 性质二：配位性 在高温下，CO可从金属氧化物中夺取氧，使金属还原。 Fe2O3(s)＋3CO(g) 2Fe(s)＋3CO2(g) 高温 性质 性质一：还原性 如：CO能使二氯化钯溶液及银氨溶液变黑 在常温下，CO能使一些金属化合物中的金属离子还原。 性质 CO＋PdCl2＋H2O ... ...
