第十五章 碳族元素
§ 15－ 1 通性
§ 15－ 2 单质化合物性质
§ 15－ 3元素化合物的水解性
§ 15－ 1 碳族元素 通性价电子结构 ns2np2 要与外来 4个电子共用,
或失去电子成 +4和 +2价
C +4,+2(CO),-4
Si +4,
Ge +4,+2
Sn +4,+2
Pb (+4),+2
本族元素较常见而典型的是 Sn和 Pb
非金属的正高价稳定,而 CO中的三重键,使 C有
＋ 2价
C≡O与 N≡N等电体，虽然同样存在三重键，但活泼性比 N2大的多，较强的还原性成键方式最多的仍是第一排的 C
C成键状况,sp3,sp2,sp杂化,什么方式决定于其周围有几个? 键；如 CH4,CCl4； COCl2； HCN，
C2H2
C— C键能较大 346KJ·mol,所以碳链可以无限地连 。
Si— Si 仅 2/3C— C,硅烷的数量不多
C— O<Si— O键能,硅是亲氧元素,所以能构成多数的岩石
-------------------------------→碱性
┆ Ge2+ Sn2+ Pb2+
┆ 两性 (中 ) 偏碱
↓GeO2 Sn4+ PbＯ ２
酸性碱介中：
HGeO2－ Sn(OH)3－ Pb(OH)3－
HGeO3－ Sn(OH)62－ PbO2
SnS(橙 ) PbS(黑 ) SnS2(黄 )
H+↓↓S2-,OH- 浓 H+↓ ↓OH- OH-或 S2-↓ ↓浓酸溶 不溶 溶 不溶 溶 可溶 (SnCl62-)
酸碱性也帮助理解硫化物的溶解问题
SnS+S2-→ × PbS+S2-→×
SnS+S22-→SnS32- PbS+S22-→×
SnS2 + S2- → SnS32-
SnS2 + OH－ → SnS32- +SnO32-
SnS+H+ →Sn2+ +H2S
由 C族元素的电位图可见,似乎有许多右 ＞
左,可歧化？
如,A,CO2＿ -0.12＿ CO＿ +0.51＿ C
SiO2＿ -0.86＿ Si＿ +0.102＿ SiH4
GeO2＿ -0.34＿ Ge2＋ ＿ +0.23＿ Ge
涉及到气体 CO,固体 Si,实际上很难歧化,
所以尽管这些右 ＞左,但它们是稳定的在溶液中，则不然。如,Ge2+,
2Ge2++2H2O=Ge+GeO2+4H+
§ 15－ 2 单质化合物性质
C多种单质：石墨,金刚石,C60富勒烯,碳纳米管,活性碳石墨 →金刚石,Δ1Gm?=2.900KJ·mol-1
Δ1Hm?=1.897>0
ΔSm?=2.38-5.74=3.36<0
∴ 单改变温度无效
ΔG＝ ΔV（ P2-P1） d石墨 ＝ 2.260
d金刚石 ＝ 3.515 ΔV﹤ 0
高温高压 15000P?（ 大气压力）
Si:低温下不活泼,不与水,空气,酸反应但与强氧化剂,强碱能作用
Si+O2=SiO2
Si+2X2=SiX4(在 F2中瞬时燃烧 )
Si+2OH-+H2O→SiO32-+2H2↑
Ge:略比 Si活泼在 400K时,Ge+Cl2→GeCl4
同时 能溶于浓 H2SO4和浓 HNO3,不溶于
NaOH溶液。 —— 向金属性趋近
Sn:锡疫灰锡 Sn(粉末 )? 白锡? 脆锡
型 ＜ 286K?型 434K?型但合金 (如 Pb)不发生,锡疫,(容器中常含 Pb)
Sn+极稀 HNO3→Sn(NO3)2+NO↑+H2O
Sn+浓 HNO3→H2SnO3+NO2↑+H2O
两种锡酸,?锡酸,?锡酸不溶于水
Sn,Pb有更强的金属性，可溶于盐酸，热浓时迅速溶解。硝酸不论稀、浓均易溶，但产物不同：
Pb:污染环境，但可防护，用 X射线照射
Pb+浓 HNO3→Pb(NO3)2+NO2↑+H2O (Pb只会是
＋ 2价 )
锡酸 怎么得到,SnCl4+OH－ →Sn(OH)4+Cl－
锡也溶于碱,Sn+OH－ →Sn(OH)42－ +H2
两性碳族元素制取
Si,SiCl4(bp,330K)+Mg(或 Zn)→Si
Ge,GeCl4(bp,356K)+H2O→GeO2
GeO2+H2→Ge+H2O
SiCl4,SiO2+2Cl2+2C→SiCl4+2CO
GeO2,TiO2,B2O3,Al2O3也有类似反应
PbO,2PbS+3O2 → PbO+2SO2
Pb,PbO +C → Pb+ CO
PbO+ CO → Pb + CO2
碳族化合物
⒈ 氧化物,
CO2成键结构：直线型,2?34键
CO与 N2等电体,有类似结构,三重键,其中有一配位键
CO还原剂,FeO+CO→Fe+CO2
其中,PdCl2+CO+H2O→CO2+Pd↓+2HCl(该反应可用于检测 CO的存在 )
配合剂,Fe(CO)5,Ni(CO)4,Co(CO)8； 与后过渡低价金属,CuCl也可以金属有机化合物是反应的重要原料
SiO2 Si高氧化性；大分子 玻璃有效成份,
酸性氧化物,天然存在的晶体：石英
SiO2+4HF(g)→SiF4↑+2H2O
SiO2+6HF(l)→H2SiF6+2H2O
∣ GeO2
∣ SnO SnO2
↓ PbO,PbO2,Pb3O4
低价稳定
PbO2有很强的氧化性。
制备,Pb(OH)3-+ClO-→PbO2+Cl-+OH-+H2O
2.含氧酸及其盐,
P746 ① 碳盐溶解度：
NH4+,碱金属盐：正盐易溶,酸式盐微溶碱土金属盐：亚盐难溶,酸式盐可溶
② 水解性：
ⅰ ） 高价两性物,Al3+,Cr3+,Fe3++H2O→
氢氧化物
ⅱ ） Mg2+～ Cu2++CO32-+H2O→碱式盐 ↓
③ 碳酸盐热稳定性：
③碳酸盐热稳定性：
（判断分解温度顺序 —— 极化理论解释）
稳定性 H2CO3 <NaHCO3 <Na2CO3
Li2CO3 <Na2CO3 <K2CO3
MgCO3 < CaCO3 < SrCO3 < BaCO3
与相应 ZnCO3 SnCO3 MnCO3 FeCO3比比看
ZnCO3 SnCO3 MnCO3 FeCO3< CaCO3< SrCO3
< BaCO3 <Na2CO3 <K2CO3
硅酸盐在矿石中有,P729石英,石棉,沸石,云母,滑石,高岭土也是重要工业材料：
ⅰ ） 水泥
ⅱ ） 水玻璃
ⅲ ） 分子筛：多孔性笼状结构
ⅳ ） 硅胶问题,① 分子筛的种类,制备,性能和应用？
② 活性炭的的种类,性能,制备方法和应用？
3,氢化物,CH4,SiH4
4.卤化物,
CCl4,CHCl3不水解？
SiCl4,GeCl4,SnCl4,SnCl2 易水解对照 PCl3 PCl5易水解,NCl3特别的水解,NF3
不水解
5.硫化物,SnS(中性 ) SnS2 PbS(偏碱 )
As2S5,As2S3(偏酸 ) Sb2S3 (中性 ),Sb2S5
Bi2S3(碱性 )
注意非氧化性酸,碱或 S2-及 S22－ 溶解情况氧化性酸的溶解：把（ S2-） 氧化为 S
SnS(橙 ) PbS(黑 ) SnS2(黄 )
H+↓ ↓S2-,OH- 浓 H+↓ ↓OH- OH-或 S2-↓ ↓浓酸溶 不溶 溶 不溶 溶 可溶 (SnCl62-)
SnS+S2-→ × PbS+S2-→×
SnS+S22-→SnS32- PbS+S22-→×
SnS2 + S2- → SnS32-
SnS2 + OH－ → SnS32- +SnO32-
As2S3（ 黄 ） Sb2S3（ 橙 ） Bi2S3（ 黑 ）
（ 两性偏酸 ） 中性 （ 碱性 ）
↓HCl ↓OH﹣ 或 S2﹣ ↓OH﹣ ↓﹥ 4M HCl
不溶 溶 不溶 溶回顾：
As2S3+OH﹣ →AsS33﹣ +AsO33﹣ +H2O
As2S3+S2﹣ →AsS33﹣
Bi2S3+HCl→BiCl3+H2S↑
As2S3+2S22﹣ →2AsS43﹣
Sb2S3+S22﹣ →SbS43﹣
Bi2S3则不溶
§ 15－ 3元素化合物的水解性
P758 一,影响水解因素
⒈ 离子电荷高,半径小 Al3+,Si4+
⒉ 电子层结构：极化力强的 18＋
2e,18e,9～ 17的电子结构易水解；
Ca2+ Sr2+ Na＋ 不易水解
⒊ 有空轨道：
CCl4不易水解 — NF3
SiCl4,SiF4 水解 — PF3
如何理解 NCl3水解的产物二、水解产物：
⒈碱式盐,金属活泼性 Cu～ Mg的离子,
如,Sn2+,Bi3+
氧化物：活泼性＜ Cu的离子，如 Hg2+、
Ag＋
⒉ 氢氧化物：两性高价离子 Fe3+,Al3+,Cr3+
⒊ 含氧酸：非金属卤化物,PCl3
特高价金属化合物,Sn4+
§ 15－ 1 通性
§ 15－ 2 单质化合物性质
§ 15－ 3元素化合物的水解性
§ 15－ 1 碳族元素 通性价电子结构 ns2np2 要与外来 4个电子共用,
或失去电子成 +4和 +2价
C +4,+2(CO),-4
Si +4,
Ge +4,+2
Sn +4,+2
Pb (+4),+2
本族元素较常见而典型的是 Sn和 Pb
非金属的正高价稳定,而 CO中的三重键,使 C有
＋ 2价
C≡O与 N≡N等电体，虽然同样存在三重键，但活泼性比 N2大的多，较强的还原性成键方式最多的仍是第一排的 C
C成键状况,sp3,sp2,sp杂化,什么方式决定于其周围有几个? 键；如 CH4,CCl4； COCl2； HCN，
C2H2
C— C键能较大 346KJ·mol,所以碳链可以无限地连 。
Si— Si 仅 2/3C— C,硅烷的数量不多
C— O<Si— O键能,硅是亲氧元素,所以能构成多数的岩石
-------------------------------→碱性
┆ Ge2+ Sn2+ Pb2+
┆ 两性 (中 ) 偏碱
↓GeO2 Sn4+ PbＯ ２
酸性碱介中：
HGeO2－ Sn(OH)3－ Pb(OH)3－
HGeO3－ Sn(OH)62－ PbO2
SnS(橙 ) PbS(黑 ) SnS2(黄 )
H+↓↓S2-,OH- 浓 H+↓ ↓OH- OH-或 S2-↓ ↓浓酸溶 不溶 溶 不溶 溶 可溶 (SnCl62-)
酸碱性也帮助理解硫化物的溶解问题
SnS+S2-→ × PbS+S2-→×
SnS+S22-→SnS32- PbS+S22-→×
SnS2 + S2- → SnS32-
SnS2 + OH－ → SnS32- +SnO32-
SnS+H+ →Sn2+ +H2S
由 C族元素的电位图可见,似乎有许多右 ＞
左,可歧化？
如,A,CO2＿ -0.12＿ CO＿ +0.51＿ C
SiO2＿ -0.86＿ Si＿ +0.102＿ SiH4
GeO2＿ -0.34＿ Ge2＋ ＿ +0.23＿ Ge
涉及到气体 CO,固体 Si,实际上很难歧化,
所以尽管这些右 ＞左,但它们是稳定的在溶液中，则不然。如,Ge2+,
2Ge2++2H2O=Ge+GeO2+4H+
§ 15－ 2 单质化合物性质
C多种单质：石墨,金刚石,C60富勒烯,碳纳米管,活性碳石墨 →金刚石,Δ1Gm?=2.900KJ·mol-1
Δ1Hm?=1.897>0
ΔSm?=2.38-5.74=3.36<0
∴ 单改变温度无效
ΔG＝ ΔV（ P2-P1） d石墨 ＝ 2.260
d金刚石 ＝ 3.515 ΔV﹤ 0
高温高压 15000P?（ 大气压力）
Si:低温下不活泼,不与水,空气,酸反应但与强氧化剂,强碱能作用
Si+O2=SiO2
Si+2X2=SiX4(在 F2中瞬时燃烧 )
Si+2OH-+H2O→SiO32-+2H2↑
Ge:略比 Si活泼在 400K时,Ge+Cl2→GeCl4
同时 能溶于浓 H2SO4和浓 HNO3,不溶于
NaOH溶液。 —— 向金属性趋近
Sn:锡疫灰锡 Sn(粉末 )? 白锡? 脆锡
型 ＜ 286K?型 434K?型但合金 (如 Pb)不发生,锡疫,(容器中常含 Pb)
Sn+极稀 HNO3→Sn(NO3)2+NO↑+H2O
Sn+浓 HNO3→H2SnO3+NO2↑+H2O
两种锡酸,?锡酸,?锡酸不溶于水
Sn,Pb有更强的金属性，可溶于盐酸，热浓时迅速溶解。硝酸不论稀、浓均易溶，但产物不同：
Pb:污染环境，但可防护，用 X射线照射
Pb+浓 HNO3→Pb(NO3)2+NO2↑+H2O (Pb只会是
＋ 2价 )
锡酸 怎么得到,SnCl4+OH－ →Sn(OH)4+Cl－
锡也溶于碱,Sn+OH－ →Sn(OH)42－ +H2
两性碳族元素制取
Si,SiCl4(bp,330K)+Mg(或 Zn)→Si
Ge,GeCl4(bp,356K)+H2O→GeO2
GeO2+H2→Ge+H2O
SiCl4,SiO2+2Cl2+2C→SiCl4+2CO
GeO2,TiO2,B2O3,Al2O3也有类似反应
PbO,2PbS+3O2 → PbO+2SO2
Pb,PbO +C → Pb+ CO
PbO+ CO → Pb + CO2
碳族化合物
⒈ 氧化物,
CO2成键结构：直线型,2?34键
CO与 N2等电体,有类似结构,三重键,其中有一配位键
CO还原剂,FeO+CO→Fe+CO2
其中,PdCl2+CO+H2O→CO2+Pd↓+2HCl(该反应可用于检测 CO的存在 )
配合剂,Fe(CO)5,Ni(CO)4,Co(CO)8； 与后过渡低价金属,CuCl也可以金属有机化合物是反应的重要原料
SiO2 Si高氧化性；大分子 玻璃有效成份,
酸性氧化物,天然存在的晶体：石英
SiO2+4HF(g)→SiF4↑+2H2O
SiO2+6HF(l)→H2SiF6+2H2O
∣ GeO2
∣ SnO SnO2
↓ PbO,PbO2,Pb3O4
低价稳定
PbO2有很强的氧化性。
制备,Pb(OH)3-+ClO-→PbO2+Cl-+OH-+H2O
2.含氧酸及其盐,
P746 ① 碳盐溶解度：
NH4+,碱金属盐：正盐易溶,酸式盐微溶碱土金属盐：亚盐难溶,酸式盐可溶
② 水解性：
ⅰ ） 高价两性物,Al3+,Cr3+,Fe3++H2O→
氢氧化物
ⅱ ） Mg2+～ Cu2++CO32-+H2O→碱式盐 ↓
③ 碳酸盐热稳定性：
③碳酸盐热稳定性：
（判断分解温度顺序 —— 极化理论解释）
稳定性 H2CO3 <NaHCO3 <Na2CO3
Li2CO3 <Na2CO3 <K2CO3
MgCO3 < CaCO3 < SrCO3 < BaCO3
与相应 ZnCO3 SnCO3 MnCO3 FeCO3比比看
ZnCO3 SnCO3 MnCO3 FeCO3< CaCO3< SrCO3
< BaCO3 <Na2CO3 <K2CO3
硅酸盐在矿石中有,P729石英,石棉,沸石,云母,滑石,高岭土也是重要工业材料：
ⅰ ） 水泥
ⅱ ） 水玻璃
ⅲ ） 分子筛：多孔性笼状结构
ⅳ ） 硅胶问题,① 分子筛的种类,制备,性能和应用？
② 活性炭的的种类,性能,制备方法和应用？
3,氢化物,CH4,SiH4
4.卤化物,
CCl4,CHCl3不水解？
SiCl4,GeCl4,SnCl4,SnCl2 易水解对照 PCl3 PCl5易水解,NCl3特别的水解,NF3
不水解
5.硫化物,SnS(中性 ) SnS2 PbS(偏碱 )
As2S5,As2S3(偏酸 ) Sb2S3 (中性 ),Sb2S5
Bi2S3(碱性 )
注意非氧化性酸,碱或 S2-及 S22－ 溶解情况氧化性酸的溶解：把（ S2-） 氧化为 S
SnS(橙 ) PbS(黑 ) SnS2(黄 )
H+↓ ↓S2-,OH- 浓 H+↓ ↓OH- OH-或 S2-↓ ↓浓酸溶 不溶 溶 不溶 溶 可溶 (SnCl62-)
SnS+S2-→ × PbS+S2-→×
SnS+S22-→SnS32- PbS+S22-→×
SnS2 + S2- → SnS32-
SnS2 + OH－ → SnS32- +SnO32-
As2S3（ 黄 ） Sb2S3（ 橙 ） Bi2S3（ 黑 ）
（ 两性偏酸 ） 中性 （ 碱性 ）
↓HCl ↓OH﹣ 或 S2﹣ ↓OH﹣ ↓﹥ 4M HCl
不溶 溶 不溶 溶回顾：
As2S3+OH﹣ →AsS33﹣ +AsO33﹣ +H2O
As2S3+S2﹣ →AsS33﹣
Bi2S3+HCl→BiCl3+H2S↑
As2S3+2S22﹣ →2AsS43﹣
Sb2S3+S22﹣ →SbS43﹣
Bi2S3则不溶
§ 15－ 3元素化合物的水解性
P758 一,影响水解因素
⒈ 离子电荷高,半径小 Al3+,Si4+
⒉ 电子层结构：极化力强的 18＋
2e,18e,9～ 17的电子结构易水解；
Ca2+ Sr2+ Na＋ 不易水解
⒊ 有空轨道：
CCl4不易水解 — NF3
SiCl4,SiF4 水解 — PF3
如何理解 NCl3水解的产物二、水解产物：
⒈碱式盐,金属活泼性 Cu～ Mg的离子,
如,Sn2+,Bi3+
氧化物：活泼性＜ Cu的离子，如 Hg2+、
Ag＋
⒉ 氢氧化物：两性高价离子 Fe3+,Al3+,Cr3+
⒊ 含氧酸：非金属卤化物,PCl3
特高价金属化合物,Sn4+
