本章的重点是：1、碳的氧化物和碳酸盐，锡和铅的氧化 物、硫化物和相应的酸。氧化、还原性质。
2、无机化合物的水解性质规律。
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2
碳族元素的通性
。
碳C
硅 Si
锗 Ge 锡 Sn 铅 Pb
价层电子构 型
主要氧化数
2s22p2
+4、（+2）
3s23p2 4s24p
2 +4、（+2） +4、+2
5s25p2
+2、+4
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15-2-1 氧化物
碳有许多氧化物，已见报导的
有CO、CO2、C3O2、C4O3、C5O2 和C12O9，其中常见的是CO和CO2。
一、一氧化碳
1、结构
CO分子和N2分子各有10个价 电子，它们是等电子体，两者的分
子轨道的能级次序形式相同：
CO[KK(s2s)2(s2s*)2(py2p)2(pz2p)2 (s2p)2],由一个s键,一个双电子p键和
CO
分子电子构造示意图
一个电子来于O原子的p配键组成。 C O
s 2*p p *2 p
s 2p p 2p s 2*s s 2s
CO
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CO分子中，电子云偏向 氧原子，但是配键是由氧原子 的电子对反馈到碳原子上，这 样又使得氧原子略带正电性， 碳原子略带负电性，两种因素 相互作用使CO的偶极短几乎 为零。正是因为碳原子略带负 电性使得孤电子对（体积稍大， 核对电子对的控制降低）具有 CO 分子电子构造示意图 活性。
碳和硅可以用sp、sp2和sp3杂化轨道形成2到4个s键。碳的 原子半径小，还能形成pp-pp键，所以碳能形成多重键(双键 或叁键)，硅的半径大，不易形成pp-pp键，所以Si的sp和sp2 态不稳定，很难形成多重键(双键或叁键)。
锡和铅的原子序数的增大，因ns2电子对效应的影响，稳定 氧化态由+4变为+2。
4
碳、硅的氧化态
电子构型
常见氧化态
C
[He]2s22p2 -2,-4,0,+2,+4
Si
[Ne]3s23p2
-4,0,+2,+4
Sn
[Ne]5s25p2
0,+2,+4
Pb
[Ne]6s26p2
0,+2,+4
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5
碳、硅的成键特征：
碳与硅的价电子构型为ns2np2,价电子数目与价电子轨道数 相等,它们被称为等电子原子。
6s26p2
（+4）、+2
原子共价半 径/pm
熔点/K
77 3823
第一电离势 1086
/(kJ·mol-1)
电子亲和能 122.5
/(kJ·mol-1)
电负性（鲍 2.55
林）
118 1683 787 119.7 1.90
122 141
154
1110 405
501
762 709
716
115.8 120.6 101.3
C80球碳 C60球碳可与氢发生加成反应。
C80.Biblioteka 112. 碳纳米管： 1991年日本Sumio Iijima用电弧放电法制备C60 得到的碳炱中发现管状的碳管碳的壁为类石墨二维 结构，基本上由六元并环构成，按管壁上的碳碳键 与管轴的几何关系可分为“扶手椅管”、“锯齿状 管”和“螺管”三大类，按管口是否封闭可分为 “封口管”和“开口管”，按管壁层数可分为单层 管（SWNT）和多层管（MWNT）。管碳的长度通 常只达到纳米级（1nm=10-9m）。
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6
15-2 碳及其重要化合物
碳的杂化与成键特征 同素异性体
等电子体原理
氧
化
物
碳酸和碳酸盐
碳的硫化物和卤化物
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7
碳的杂化与特性
一、碳的杂化类型
sp3 四面体
金刚石 CH4
sp2 平面三角形 石墨 CO32- C6H6
sp 直线形
CO2 CS2 C2H2
二、碳的特性
碳在同族元素中，由于它的原子半径最小，电负 性最大，电离能也最高，又没有d轨道，所以它与本 族其它元素之间的差异较大（p区第二周期的元素都 有此特点）。这差异主要表现在：
2.01
11.8（Ⅱ） 1.87（Ⅱ） 1.96（Ⅳ） 2.33（Ⅳ）
.
3
碳族元素晶体的熔点高低差异很大。
碳单键键能大,碳结合成链能力强;硅 的 Si-O键能大,属于亲氧元素,碳的氢化 物与O2燃烧得碳的氧化物,而硅氢化物大 部分遇水就可生成含氧化合物。
X-H键能都较大,它们都有一系列的 氢化物
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10
三、碳的新单质
1、C60球碳：
1985年9月初美国Rice大学Smalley、Koroto 和Curl在氦气流里用激光气化石墨，发现了像足球 一样的碳分子—C60，后来发现，它只是一个碳的一 大类新同素异形体——球碳Cn大家族里一员。获 1996年诺贝尔奖。
2、其它球碳
C20球碳 C24球碳 C36球碳
合成金刚石的新方法。 20世纪50年代高温高压石墨转化为金刚石。
20世纪80年代微波炉中烃分解为金刚石。 20世纪90年代CCl4+Na得到金刚石微晶。
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9
二、石墨 石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳六元环所 形成的平面，其中的碳原子取sp2杂化，与苯的结构类似， 每个碳原子尚余一个未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面 而相互平行。平行的n个p轨道共n个电子在一起形成了弥散 在整个层的n个碳原子上下形成了一个p-p大键。 电子在这个大键中可以自由移动，即石墨能导电。在 层与层之间是分子间作用力，因此层与层之间就能滑动，石 墨粉可以做润滑剂，再加上它的颜色是黑色的，它又可做颜 料和铅笔芯。
第15章 碳族元素
通 性
碳 的 重 要 化 合 物
硅 及 其 重 要 化 合 物
锡 铅 及 其 重 要 化 合
无 机 化 合 物 的 水 解
物性
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1
15-1 碳族元素的通性
碳族元素有：碳（C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb) 所构成。
碳(Carbon) 是有机世界的主角，由于碳自相成链的能力 最强，因此碳的化合物是最多的。本章只讨论碳的无机化合物 部分。
(1)它的最高配位数为4， (2)碳的成链能力最强； (3)不但碳原子间易形成多重键，而且能与其它元 素如氮、氧、硫和磷形成多重键。
后二点是碳化合物特别多的原因。
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碳的同素异性体
碳有金刚石和石墨C60等同素异性体。无定形炭(如 木炭)本质上都是纯度不等的石墨微晶。
一、金刚石 金刚石的外观是无色透明的固体，为原子晶体，每 个碳原了都以sp3杂化轨道和其它四个原子形成共价键， 形成一种网状的巨形分于,再由于C一C键的键能相当高, 使得金刚石的硬度非常大,分子中没有自由电子,不导电; 在工业上可用于刀具来切割金属及制造高档装饰品。