碳族元素预习笔记一、碳族元素通性1、原子结构性质⑴相似性：•外层电子构型:ns²np²气态氢化物的通式：RH4最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)4⑵递变性•+2价化合物主要氧化态稳定性：由上至下逐渐增强+4价化合物主要氧化态稳定性：由上至下逐渐减弱但铅（Ⅱ）化合物稳定性高于铅（Ⅳ），铅（Ⅳ）本身为强氧化剂。
•熔沸点降低（锡和铅反常），单质密度逐渐增大•金属性增强，非金属性减弱，（由于半径不断增大，原子核对外层电子引力变小所致）•最高价氧化物对应水化物的酸性减弱（最高价氧化物对应的酸举个例子解释：碳酸H2CO3。
(HO)2-CO连接一个氧原子，氧原子强吸电子作用导致碳原子电子云密度下降，对应的碳原子同样要从羟基上边多取电子，那么最终结果就是羟基氧原子再把和氢原子公用的电子对拉向自己。
那么此时氢原子是缺电子的，就会很容易电离。
氢原子越缺电子越容易电离；那么对应的中心原子越吸电子，氢原子就越缺电子。
所以从上到下，元素原子电负性减弱，吸电子能力减弱，自然氢离子电离能力减弱，酸性减弱。
）•氢化物的稳定性减弱•第一电离能:由碳至铅逐渐减小(同主族由上至下半径增大，更易失去最外层电子)特殊:锡<铅•熔沸点:由碳至铅逐渐减小(碳、硅为原子晶体，锗、锡、铅为金属晶体)二、元素的成键特性⒈碳:①共价键(sp:CO sp²:乙烯 sp³:甲烷):碳碳，碳氢，碳氧键键能大，稳定，因此碳氢氧可形成多种有机化合物。
②以碳酸盐的形式存在于自然界中2.硅:①硅氧四面体形式存在(石英，硅酸盐矿)②硅硅，硅氧，硅氢键较弱，可形成有机化合物但数量较少3.锡铅:①离子键(+2氧化态，SnO、PbO +4氧化态，SnCl4)②共价键(+4氧化态，SnO、PbO2)二、碳及其化合物1.单质(三种同素异形体)①金刚石:结构:sp³杂化，原子晶体，五个碳原子构成正四面体性质:硬度最大，熔沸点很高（由于其为空间网状结构），无色透明，不导电，化学惰性，但800°C以上与空气反应成CO2②石墨:结构:sp²杂化，层状原子晶体，每层上的碳原子各提供一个含成单电子的p轨道形成大π键层与层之间靠分子见作用力结合在一起。
性质: 灰黑色，硬度小，熔沸点低于金刚石；化学惰性，500°C可被空气氧化成CO2，也可被浓热HClO4氧化成CO27C+4HClO4=2H2O+2Cl2↑+7CO2↑良好导电性（因为每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动）润滑剂（同一层晶面上碳原子间通过共价键结合，层与层之间以分子间作用力结合，由于层与层之间的作用力很小，故很容易在层间发生相对滑动。
因为这些结构上的特点，导致它的强度、硬度很低，可以起到很好的减磨作用）③足球烯(主要介绍C60):结构：C原子形成12个五元环和20个六元环，每个C与3个C形成3个σ键，还有一个π6060的大π键。
应用：嵌入过渡金属元素（特别是稀土元素）合成高温超导材料2.、碳的氧化物（1）CO①物性:无色无味气体，中性氧化物，有剧毒(CO可与血液中的血红素结合生成羰基化合物)②化性:还原性a.CO通入PdCl2溶液可立即生成黑色沉淀，可用于CO的定性检验。
CO+PdCl2+H2O==CO2↑+2HCl+Pd↓(此反应常用于CO的定性检验)b.冶金工业上CO是重要的还原剂FeO+CO=Pd+CO2(加热) 加合性a．与Fe、Ni、Co等过渡金属合成羰基化合物，分离，加热分解是制备高纯度金属的方法③制备:工业 C+H2O=H2+CO(加热)实验室 HCOOH=CO↑+H2O(浓硫酸)CO的分子轨道能级，形状和电子分布⑵CO2 ①物性:无色无味气体，固体称为干冰，可溶于水，饱和溶液浓度在0.03～0.04mol/dm-3不助燃(灭火)②化性：CO2+2Mg=2MgO+C(不能扑灭染着的镁)③鉴定：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O④制备：工业 CaCO3=CaO+CO2↑(加热）实验室 CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O3.碳酸及其盐⑴碳酸：CO2的水溶液，弱酸（CO2在水中主要以水合分子形式存在，只有极少部分生成H2CO3，碳酸为中强酸，水合二氧化碳与碳酸浓度比约为600，PH～4）⑵碳酸盐①难溶的正盐酸式盐溶解度较大，易溶的正盐酸式盐溶解度较小。
NaHCO3比Na2CO3难溶。
（HCO3—离子在它们的晶体中通过氢键结合成链使可溶性的碳酸氢盐的溶解度小于正盐的。
）②阳离子的计划性和变形性越大，碳酸盐热稳定性越低；正盐比酸式盐稳定。
Na2CO3>MgCO3>Al2(CO3)3 BeCO3<MgCO3<CaCO3<SrCO3<BaCO3正盐比酸式盐稳定（是因为H+是正电荷、小半径的离子，电荷密度集中，H+的反极化作用削弱了C—O键，使得HCO3-不稳定。
比如NaHCO3热稳定性差，而Na2CO3热稳定性好）③碳酸盐均易水解三、硅及其化合物1.单质(无定形态，晶体)①物性:熔沸点高，硬而脆，灰色，金属外貌②化性 a.常温下溶于碱液:Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑Si+4OH-=SiO44-+2H2↑b.与金属和非金属反应:2Mg+Si=Mg2SiSi+Cl2=SiCl4（400°C）Si+O2= SiO2Si+C=SiC （2000°C）3Si+2N2=Si3N4（1000°C）Si+2S =SiS2（高温）2Mg+Si=Mg2Sic.硅遇氧化性酸发生钝化，可溶于HF-HNO3的混合酸中:3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O硅与氢氟酸:Si+4HF=SiF4+2H2↑d.高温下与水蒸气反应:Si(s)+3H2O(g)=H2SiO3(s)+2H2(g)(加热)③制备(粗硅) SiO2+2C=Si+2CO↑(加热)SiCl4+2Zn=Si+2ZnCl2(加热)SiO2+CaC2=Si+Ca+2COSiH4=Si+2H2(加热)2.二氧化硅——二氧化硅不与水反应，即与水接触不生成硅酸，但人为规定二氧化硅为硅酸的酸酐①结构：Si与O以四面体形式连接在一起，形成原子晶体②物性：溶沸点高（SiO₂中Si—O键的键能很高），无色，难溶于酸（氢氟酸及热浓磷酸除外）③化性：能溶于热碱 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O能溶于氢氟酸 SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O(玻璃容器不能盛放浓碱溶液和氢氟酸；S i O O O O盛碱的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因，可以用橡皮塞存放）在高温下，二氧化硅能被碳、镁、铝还原：SiO ₂+2C=Si+2CO↑若c 过量，则发生反应：Si+C= SiC （金刚砂）（高温）注：SiO ₂是表示组成的最简式，仅是表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比3.硅酸及其盐⑴硅酸（正硅酸 H 4SiO 4；焦硅酸 H 6SiO 7;偏硅酸 H 2SiO 3;二偏硅酸 H 2SiO 5)性质:二元弱酸，溶解性小，PH≥14时，主要以SiO32-形式存在；PH 在11～13.5之间，主要以Si2O52-存在；PH<11缩合成较大同多酸根离子；PH 再低时，以硅酸凝胶析出；PH=5.8，胶凝速率最快。
⑵硅酸盐①溶解性：除碱金属硅酸盐可溶外，其它皆难溶。
常用的为可溶盐为Na 2SiO 3水溶液，又称为水玻 璃、泡花碱。
长期贮放NaOH 、Na 2CO 3的瓶子不用玻璃塞，而用橡胶塞。
②硅酸盐的水解：SiO 32-水解呈碱性，若在其中加入NH 4+ 或通入CO 2则会发生完全水解：SiO 32－ + 2NH 4+ + 2H 2O → H 2SiO 3↓ + 2NH 3·H 2OSiO 32－ +2CO 2+2H 2O==H 2SiO 3+2HCO 3ˉ用途：Na2SiO3常做黏合剂，黏合瓦楞纸，洗涤剂添加物③常见硅酸盐组成结构结构：a.单聚硅酸根 单个的硅氧四面体，Si:O=1:4正硅酸根 SiO 44－b. 二聚硅酸根 两个硅氧四面体通过共用一个氧原子连结起来，Si:O=1:3.5焦硅酸根 Si 2O 76－c.链聚硅酸根 许多硅氧四面体连结成无限长的链，相邻两个硅氧四面体共用1个氧原子。
阴离子硅酸根链之间分布着带正电的金属离子，靠静电引力使链结合在一起，这类硅酸盐具有纤维状结构，如石棉[Si n O 3n+1](2n+2)－d.片状聚硅酸根 每一个硅氧四面体通过共用3个氧原子分别与邻近3个硅氧四面体连结，形成片层状结构，片层之间靠金属离子的静电引力结合在一起，如云母e.网络状聚硅酸根 硅氧四面休间通过共用 4 个氧原子而组成各种三维网络结构。
如果在某个硅氧四面体中有铝原子代替了硅原子，形成的铝硅酸根网络骨架中就带了负电荷，因此在骨架的空隙中必须有平衡骨架负电荷的阳离子存在。
如用作催化剂或催化剂载体的沸石分子筛f.分子筛——人工合成铝硅酸盐 自然界中存在的某些硅酸盐和铝硅酸盐具有笼形三维结构，可以有选择地吸附一定大小的分子，称为沸石分子筛。
优点：分子筛的选择性远远高于活性炭等吸附剂 四、锗、锡、铅及其化合物1.单质⑴锗①物性:半金属，结构与金刚石相同，有灰白色金属光泽，熔点1210k，硬度较大②化性(还原性):常温下不与氧反应，高温下被氧化；不与稀盐酸，稀硫酸反应，能被浓硫酸和浓硝酸氧化(GeO2.nH2O)：Ge+2H2SO4+(n-2)H2O==Geo2·nH2O+2SO2↑Ge+4HNO3+(n-2)H2O==nGe2·nH2O+4NO2↑碱性溶液中能被氧化成锗酸盐：Ge+2OH- +H2O ==GeO32- +2H2↑③制备:含锗矿石→GeCl4→精馏提纯→GeO2→还原→Ge(超纯锗用区域熔融法制备，制造半导体的超纯锗纯度高达99.99999% )GeS2+3O2==GeO2+2SO2GeO2+4HCl==GeCl4+2H2OGeCl4+4H2O==GeO2+4HCl上面2步重复进行GeO2(纯）+2H2==Ge+2H2O碱溶液与锗的作用很弱，但与熔融的碱在空气中，能使锗迅速溶解⑵锡①物性:银白色金属，硬度低，熔点505k,表面有一层保护膜，在空气中和水中都能稳定存在同素异形体：灰锡←286K→白锡←434K→脆锡(α型) （β型）（γ型）金刚石型立方晶系四方晶系正交晶系合金:a.马口铁(Fe-Sn)：制作水桶、烟筒等b.青铜(Cu-Sn)c.焊锡(Pb-Sn)②化性灰锡（α锡）＜286K→白锡（β锡）＞434K→脆锡，低温下锡的自行毁坏，称为锡疫Sn+O2=SnO2Sn+2X2=SnX4 (X=Cl,Br)Sn+2HCl=SnCl2+H2↑3Sn+8HNO3(稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2O（与冷的极稀硝酸反应)Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3+4NO2↑+H2O(与浓硝酸反应)Sn+2OH-+4H2O=Sn(OH)62-+2H2↑（与苛性碱溶液作用放出氢）Sn + H2SO4 = SnSO4 + H2↑Sn+4H2SO4（浓）=Sn（SO4）2 +2SO2 + 4H2OSnS + Na2S2→ Na2SnS3（棕色固体溶解在二硫化钠溶液中。