直线形 直线形
C2H2、HCN CO
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一、碳族元素在自然界的分布 二、碳族元素的单质 三、氧化物 四、含氧酸及其盐 五、氢化物 六、卤化物和硫化物
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一、自然界的分布
C 单质状态：主要是金刚石和石墨。化合
物：煤、石油、天然气、动植物、
石灰石、白云石、CO2等。
Si靠Si-O键联结成各种链状、层状和立体
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Pb: 质软、密度大（11.35g·cm-3),纯铅在空气中不稳定 →Pb（OH）2或Pb2（OH）2CO3
C(石墨）→（金刚石）石理墨：转化为金刚石的机
△fGmθ/kJ·mol-1 0
ρ/g·cm-3
2.260
2.9 ⑴ 溶剂说：石墨先溶解 3.515 在溶剂（金属催化剂）
△fHmθ/kJ·mol-1

O
1.897 中成为单个碳原子，然 后在冷却时直接生成金
反应的特点？ 吸热、体积减小 刚石。
欲使反应正向进行，采取的措施？⑵ 固相转化说：石墨的
第十四章 碳族元素
§14-1 碳族元素的通性 §14-2 碳族元素的单质及其化合物 §14-3 无机化合物的水解性
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元素符号 C Si Ge Sn
Pb
价电层结构 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2
6s26p2
电负性
2.01 1.96(Ⅳ) 2.33 (Ⅳ) 2.25 1.90 (Ⅳ) 1.80(Ⅱ) 1.87 (Ⅱ)
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上图：纳米管在预先做 好阵列的硅晶片上催化 生长的结果。把Si晶片 置于一个充满乙烯容器 内,在特定的晶面上涂上 催化剂，加热后，高纯 的碳管以惊人的速度生 长，其速度可以达到每 小时500英里。
下图：分子内力(Intramolecular forces)使直径5-10 nm 的碳纳米 管彼此粘在一起，随着纳米管的 飞速生长，他们便会拉着邻居一 起长。 如果生长环境不理想，催 化剂过多或过少，这种粘着力就 使纳米管阵列长成出棱角、花饰、 线条和其它结构
2.冶金工业中碳的还原反应
-200 -400 -600 △Gθ 273
2CO+O2→2CO2（a)
C+O2→CO2（b)
2C+O2→2CO（c)
983 1273 （T/K）
2273
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△rGm°/ KJ·moL -1
2Hg+O2→HgO
0
2Ag+O2→Ag2O
-200 -400
4.本族元素单质易形成同素异形体。
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碳原子的成键特征
成键形式
sp3杂化 4个单键
价键结构
－C－
正四面体
化合物举例
金刚石、CH4 CCl4、C2H6
sp2杂化，2个单键， 一个双键
＞C＝
sp杂化，1个单键， 一个叁键
sp杂化,一个叁键,1 个孤电子对
－C≡ ∶C≡
平面三角形
石墨、COCl2 C2H4、C6H6
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密歇根大学 (University of Michigan) 机械 工程系研究员助 理教授 John Hart 采用SEM精 心拍摄了这片神 奇的碳纳米管森 林
Hart培植出了更复杂的结构，如图中的手 指状结构。这些或许可以用作传感器 (sensing probes)。
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制备：用纯石墨做电极，在 氦气氛中放电，电弧中产生 的碳烟沉积在水冷反应器内 壁，此碳烟中有C60、C70等碳 原子簇。
用途:超导体（嵌入碱金属）、 有机软铁磁体、光学材料、 功能高分子材料、生物活性 材料等。
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碳 纳 米 管
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在硅晶片表面或晶片被侵蚀的洞中垂直生长的纳米管。每一个茎状的结构都由 成千上万个纳米管构成。阵列下面的黑色影斑是催化剂。看上去枯萎了的阵列 是因为它们生长后被浸过液体，当浸体蒸发后，纳米管便枯萎了。
2C+O2 →2CO (c)
2Zn + O2 →ZnO 2CO+O2→2CO2
C + O2→CO2 Y
-600
2Mn+O2→2MnO (d)
-800 -1000
AI2O3
MP
b.p
2Mg+O2→2MgO
2Ca+O2→2CaO
-1200
273
1273
T/K
2273
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3.金刚石的人工合成
主氧化数 +4(+2) +4(+2) +4,+2 +4,+2 (+4)+2
晶体类型
原子晶体
金属晶体
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特点：
1.惰性电子对效应：C，Si +Ⅳ氧化态稳定，Pb 是+Ⅱ氧化态稳定。
2.C-C,C-H,C-O键能很高,奠定了有机化合物众 多的基础。
3.Si-Si键能低，所以硅链不会太长，硅化合物 比碳化合物少得多。 Si-O键能高，对应化合物多。
Ge：原子晶体，比Si活泼，能溶于氧化性酸得到Ge（Ⅳ）， 难溶于NaOH,不与空气中的O2、H2O,非氧化性酸作用。高 纯锗也是较好的半导体材料。
Sn：灰锡(α)←→白锡(β)←→脆锡(γ)
白锡:有延展性金属,<286K逐步转化为粉末状灰锡而自行 毁坏(锡疫).马口铁为镀锡薄铁.
Sn+2HCl(热、浓)=SnCl2+H2↑ 3Sn+8HNO3(冷、稀)=3Sn(NO3)2+2NO↑+4H2O Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3(SnO2·H2O)↓+4NO2↑+H2O Sn+2OH-+2H2O= Sn(OH)42-+H2↑
状结构，构成各种岩石及其风化产
物-土壤和泥砂。
无定形碳
Ge、Sn、Pb主以硫化物形式存在。
锡石SnO2
方铅 矿
PbS
木炭 活性炭
吸附能力
炭黑：油漆、颜料
焦炭 ：冶金还原剂
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二、碳族元素的单质

f
H
m

0

f
G
m

0
C60结构：60个碳原子构成近 似于球形的32面体，即由12个 正五边形和20个正六边形组成。 每个碳原子以sp2杂化轨道与 相邻三个碳原子相连。剩余的 P轨道在C60的外围和腔内形成 大Π键。其形状酷似足球，故 称作足球烯(Fluorene)。
碳原子间的键不发生断
----高温、高压、催化剂。
裂，而是在催化剂的作
用下，按一定方向位移
直接转化为金刚石结构。
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4.硅、锗、锡、铅单质
Si:原子晶体，灰黑色，硬、脆，能刻划玻璃。低温下稳定， 只与强氧化剂和强碱作用，高温时可与许多物质反应。 高纯硅可作半导体材料。 * Si+2OH- +H2O=SiO32-+2H2↑