《碳族元素》PPT課件

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1、第 十 五 章 碳 族 元 素 A碳 6C硅 14Si鍺 32Ge錫 50Sn鉛 82Pb 教學(xué)要求：1. 掌 握 碳 、 硅 、 鍺 、 錫 、 鉛 的 單 質(zhì) 、 氫 化 物 、鹵 化 物 、 硫 化 物 、 氧 化 物 、 含 氧 酸 及 其 鹽 的 結(jié)構(gòu) 和 性 質(zhì) 。 . 掌 握 鍺 分 族 元 素 及 其 化 合 物 性 質(zhì) 變 化 規(guī) 律 。低 價(jià) 錫 鹽 的 還 原 性 和 常 見(jiàn) 鉛 鹽 的 性 質(zhì) 和 用 途3. 認(rèn) 識(shí) 碳 、 硅 的 相 似 性 和 差 異 性 。4. 了 解 硅 酸 和 硅 酸 鹽 的 結(jié) 構(gòu) 與 特 性 。 碳 C 單 質(zhì) : 石 墨 , 金 剛 石

2、 , C60, C70 無(wú) 機(jī) 化 合 物 : CO2, 白 云 石 MgCa(CO3)2 , 石 灰 石 、 大 理 石 、 方 解 石 CaCO3 。 有 機(jī) 化 合 物 : 動(dòng) 植 物 體 , 煤 , 石 油 , 天 然 氣 13 位鍺 Ge 鍺 石 礦 Cu2SFeSGeS2 。錫 Sn 錫 石 礦 SnO2 云 南 個(gè) 舊 稱 為 錫 都 。鉛 Pb 方 鉛 礦 PbS 。硅 Si 以 Si O Si鍵 存 在 : 水 晶 、 石 英 SiO2 , 其 它 硅 酸 鹽 礦 物 第 2 位第 一 節(jié) 碳 族 元 素 的 通 性 1-2 元 素 的 基 本 性 質(zhì) 碳 、 硅 的 一 些

3、 基 本 性 質(zhì) C、 Si既不 易 失 去 電子 ， 也 不 奪 取電 子 ， 主 要形 成 共 價(jià) 鍵電 離 勢(shì) 和電 負(fù) 性 以碳 的 最 大 1-3 成 鍵 特 征一 些 單 鍵 鍵 能 的 平 均 值 （ kJmol-1）碳 與 氫 結(jié) 合 的 鍵 能 最 大 ，它 構(gòu) 成 了 龐 大 的 有 機(jī) 物 界 。 C可以有sp、sp2、sp3等多種雜化態(tài)成鍵，因而可以構(gòu)成結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣的鍵合方式，包括雙鍵、叁鍵、p-p鍵等。而Si則是以共價(jià)單鍵為主 第 二 節(jié) 碳2-1 碳 單 質(zhì) 碳 的 同 素 異 形 體金 剛 石石 墨碳 -60 金 剛 石 晶 瑩 美 麗 ， 光 彩 奪 目 ， 是

4、 自 然 界 最硬 的 礦 石 。 在 所 有 物 質(zhì) 中 ， 它 的 硬 度 最 大 。在 所 有 單 質(zhì) 中 ， 它 的 熔 點(diǎn) 最 高 ， 達(dá) 3823K。石 墨 很 軟 ， 具 有 潤(rùn) 滑 性 ， 導(dǎo) 電 導(dǎo) 熱 ， 密 度 比金 剛 石 小 ， 熔 點(diǎn) 比 金 剛 石 僅 低 50K， 為 773K。1996年 10月 7日 ， 瑞 典 皇 家 科 學(xué) 院 決 定 把 1996年諾 貝 爾 化 學(xué) 獎(jiǎng) 授 予 Robert Fcurl.Jr (美 國(guó) )、Harold W. Kroto(英 國(guó) )和 Richard E Smalley(美國(guó) )， 以 表 彰 他 們 發(fā) 現(xiàn) C 60

5、。 335pm 三 種 碳 單 質(zhì) 的 分 子 結(jié) 構(gòu) 圖碳 原 子 sp2雜 化 成 鍵 ， 剩 余 的 pz 軌 道 互 相 平 行 ， 均 垂 直 于分 子 平 面 ， 在 層 內(nèi) 形 成 大 mm鍵 。 有 離 域 電 子 ， 所以 石 墨 導(dǎo) 電 。 層 間 的 分 子 間作 用 力 小 ， 易 滑 動(dòng) ， 有 潤(rùn) 滑性 。 金 剛 石 硬 度 最 大 ， 熔點(diǎn) 最 高 的 單 質(zhì) 。 m.p. 3823K。 碳 原 子 sp3等 性 雜化 ， 無(wú) 自 由 電 子 ，不 導(dǎo) 電 。 碳 簇 以 C60 （ 足 球 烯 ， 富 勒 烯 ） 為 最 常 見(jiàn) 。 用 途 和 性 質(zhì)金 剛

6、石 俗 稱 鉆 石 ， 除 用 作 裝 飾 品 外 ， 主 要 用 于 制造 鉆 探 用 的 鉆 頭 和 磨 削 工 具 ， 是 重 要 的 現(xiàn) 代 工 業(yè)原 料 ， 價(jià) 格 十 分 昂 貴 。由 于 石 墨 能 導(dǎo) 電 ， 具 有 化 學(xué) 惰 性 ， 耐 高 溫 ， 易 于 成型 和 機(jī) 械 加 工 ， 所 以 石 墨 被 大 量 用 來(lái) 制 作 電 極 、 高溫 熱 電 偶 、 坩 堝 、 電 刷 、 潤(rùn) 滑 劑 和 鉛 筆 芯 。C60可 做 超 級(jí) 耐 高 溫 的 潤(rùn) 滑 劑 ， 被 視 為 “ 分 子 滾珠 ” 。 把 K、 Cs、 Tl等 金 屬 原 子 摻 進(jìn) C 60分 子 的

7、 籠 內(nèi) ，就 能 使 其 具 有 超 導(dǎo) 性 能 。 可 用 于 制 成 低 耗 能 電 機(jī) 。再 有 C60H60這 些 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 很 大 的 碳 氫 化 合 物 熱值 極 高 ， 可 做 火 箭 的 燃 料 。 2-2 無(wú) 定 形 碳 和 碳 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 無(wú) 定 形 碳 的 種 類活 性 炭 木 炭 焦 炭 骨 炭炭 黑常 溫 下 碳 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 是 不 活 潑 的 ， 在 高 溫 下 ， 它 既 可 以 與氧 反 應(yīng) 作 為 能 源 提 供 熱 量 ， 又 可 以 作 為 還 原 劑 用 于 冶 煉 金屬 礦 物 。 所 以 有 關(guān) 于 碳 的 反 應(yīng) 都

8、 是 高 溫 反 應(yīng)Fe 2O3 + 3C = 2Fe + 3COCuO + C = Cu + COCaO + 3C = CaC2 + CO 2-3 碳 的 化 合 物 一 氧 化 碳 KK(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2pz)2CO 結(jié) 構(gòu) 式 ： 制 備 工 業(yè) 水 煤 氣 法 ： C H 2O CO H2(主 要 的 ) CO H2O CO2 H2實(shí) 驗(yàn) 室 法 ： 濃 H2SO4 HCOOHCO H2O 加 熱 氧 化 物 C O 性 質(zhì)還原性 CO PdCl2 H2O CO2 Pd+ 2HClCO + 2Ag(NH3)2OH = 2Ag + (NH4)2CO3 +

9、2NH3高 溫 還 原 ： CuO + CO = Cu + CO2 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 羰基化反應(yīng) CO容 易 與 B、 B、 族 金 屬 形 成 羰 基 配 合物 ， 如 Fe(CO)5， Ni(CO)4， Cr(CO)6等 。 這 類配 合 物 具 有 受 熱 揮 發(fā) 的 特 點(diǎn) ， 高 溫 下 分 解 為 金屬 和 CO， 用 于 提 純 金 屬 。 Ni + 4CO = Ni(CO) 4 高 溫 ,低 壓 Ni(CO)4 = Ni + 4CO 在 羰 基 物中 金 屬 氧化 數(shù) 為 零 配 位 反 應(yīng)Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 = Cu(NH3)3CO

10、Ac醋 酸 羰 基 三 氨 合 銅 ( ) Ac = CH3COOCO被 人 體 吸 收 會(huì) 引 起 中 毒 ， 這 是 由 于 它 與 血 液 中 的 血紅 蛋 白 結(jié) 合 為 COHb ， 使 Hb失 去 輸 送 氧 氣 的 能 力 。 空氣 中 只 要 有 1/800體 積 比 的 CO就 能 使 人 在 半 小 時(shí) 內(nèi) 死 亡 。 與 非 金 屬 反 應(yīng) Cr 2O3ZnO， 623 673KCO 2H2 = CH3OH Fe,Co或 Ni 523K, 101KPaCO 3H2 = CH4 H2O 活 性 碳CO Cl2 = COCl2 二 氧 化 碳O=C=OCO2是 酸 性 氧 化

11、 物 ， 能 與 堿 反 應(yīng) 。工 業(yè) 上 CO2用 于 制 備 純 堿 、 小 蘇 打 、碳 酸 氫 銨 、 啤 酒 、 飲 料 、 干 冰 。CO2 NaHCO 3Na2CO3NH4HCO3NaOH NaOH氨 水CO2用 于 作 滅 火 劑 。 但 著火 的 鎂 條 在 CO2氣 中 能 繼續(xù) 燃 燒 ， 所 以 CO2不 助 燃也 是 相 對(duì) 的 。 2Mg + CO2 = 2MgO + CCO2的 分 子 結(jié) 構(gòu) ： C sp等 性 雜 化 ， 2 個(gè) 鍵 ， 兩 個(gè) 43 :O C O:. . . . 碳 酸 和 碳 酸 鹽 CO2溶 于 水 生 成 碳 酸 ，弱 酸 ， 僅 存

12、在 于 水 溶 液 中 ，碳 酸 鹽 是 相 當(dāng) 多 的 一 類 物 質(zhì) 碳 酸 根 的 結(jié) 構(gòu)熱 穩(wěn) 定 性 ： 正 鹽 酸 式 鹽 酸COO O COHO OH 2-正 鹽 碳 酸COHO O -酸 式 鹽46 碳酸鹽的性質(zhì)酸 式 碳 酸 鹽 是 可 溶 的 ， 正 鹽 只 有 堿 金 屬 和 銨 鹽 是可 溶 的 , 難 溶 碳 酸 鹽 均 可 溶 于 稀 酸 中 ：MCO3 2H+ M2+ CO2 H2OCO32- + H2O HCO3- + OH-HCO3- + H2O = H2CO3 + OH-2Al3+ + 3CO32- + 3H2O 2Al(OH)3 + 3CO22Cu2+ +

13、 2CO32- + H2O Cu2(OH)2CO3 + CO2 熱 穩(wěn) 定 性 與 陽(yáng) 離 子 的 極 化 能 力 有 關(guān) ， 陽(yáng) 離 子 的極 化 能 力 越 強(qiáng) ， 穩(wěn) 定 性 越 差 。 穩(wěn) 定 性 ： 正 鹽 酸式 鹽 碳 酸堿 金 屬 鹽 堿 土 金 屬 鹽 重 金 屬 鹽堿 土 金 屬 鹽 隨 半 徑 的 增 大 而 增 強(qiáng)熱穩(wěn)定性 水解性溶解性 Na2CO3 ， K2CO3 和 (NH4)2CO3 等 均 易 溶 于 水 。 但 NaHCO3 ， KHCO3 和 NH4HCO3 的 溶 解 度 相 對(duì) 小 些 。原 因 是 HCO3 分 子 間 有 氫 鍵 ， 締 合 成 雙 聚

14、 酸 根 造 成 的 。 若 M(CO3)n的 Ksp M(OH)n的 Ksp， 則 加 入 只 生 成 M(CO3)n 沉 淀 。 如 Ca2+， Sr2+ ， Ba2+ 。 若 M(OH)n的 Ksp極 小 ， 則 只 生 成 M(OH)n。 如 Al3+，F(xiàn)e3+， Cr3+ 。 若 兩 種 物 質(zhì) 的 Ksp介 于 相 近 ， 則 生 成 堿 式 鹽 。所 以 沉 淀 要 視 M(CO3)n和 M(OH)n的 Ksp而 定 。在 含 有 Mn+離 子 的 溶 液 中 加 Na2CO3時(shí) ， 相 當(dāng) 于 加 入 兩 種沉 淀 劑 ， OH-和 CO32-:若 Na2CO3濃 度 = 1.

15、0 10-2 M時(shí) ，將 有 : CO32 = 8.6 10 3 moldm 3 OH = 1.4 10 3 moldm 3 碳酸鹽的生成 如 Mg2+， Co2+， Ni2+， Cu2+， Ag+， Zn2+， Mn2+ 。 2Mg2+ + 2CO32- + H2O = Mg(OH)2MgCO3 + CO2 若 加 入 NaHCO3 溶 液 ， 則 OH-小 了 ， 某 些 離 子 則 可生 成 正 鹽 。 如 Mg2+， Ni2+， Ag+， Mn2+等 可 生 成 碳 酸 鹽 。 Mg2+ + HCO3 = MgCO3 + H+ 若 加 入 的 沉 淀 劑 是 被 CO2飽 和 了 的

16、NaHCO3 溶 液 ， 則OH-將 更 少 些 ， 可 使 Co2+， Zn2+沉 淀 出 正 鹽 ， 但 由 于 CO 32- 也 少 了 ， 致 使 Ksp大 的 MgCO3不 能 沉 淀 。 CuCO3 和 HgCO3 尚 未 制 得 。 碳 硫 化 物 和 鹵 化 物 二 硫 化 碳 CS2是 無(wú) 色 有 毒 的 有 揮 發(fā)生 液 體 (b.p 226.9K)，是 有 機(jī) 物 、 磷 和 硫 的 溶 劑 ，由 硫 蒸 氣 和 煤 反 應(yīng) 得 到 。它 是 易 燃 物 質(zhì) ， 也 是 制CCl4的 主 要 原 料 。2S + C CS2CS2 + 3O2 CO2 + 2SO2 MnCl

17、2CS2 + 3Cl2 = CCl4 + S2Cl2 鹵 化 物碳 的 鹵 化 物 可 以 看 作 是 CH4的 取 代 物 , 是 分 子 物 質(zhì) ,具 有 較 低 的 沸 點(diǎn) ,CCl4是 常 用 的 有 機(jī) 溶 劑 , 也 用 于 作滅 火 劑 , 氟 利 昂 -12(CCl 2F2)用 于 作 冰 箱 的 致 冷 劑 ，CBrClF2用 于 作 滅 火 劑 （ 稱 滅 火 劑 -1211） 。 第 三 節(jié) 硅3-1 硅 單 質(zhì) 硅 是 本 族 元 素 豐 度 最 大 的 元 素 ， 在 所有 元 素 中 居 于 第 二 ， 它 是 構(gòu) 成 自 然 界礦 物 的 主 體 元 素 ， 主

18、要 以 氧 化 物 和硅 酸 鹽 的 形 式 存 在 。 電 爐2C + SiO2 = Si + 2CO 723-773KSi(粗 硅 ) + 2Cl2 = SiCl4 SiCl 4 + 2H2 = Si(純 ) + 4HCl用 碳 或 碳 化 鈣在 電 爐 中 還 原二 氧 化 硅 可 得到 粗 硅 ， 經(jīng) 過(guò) 精煉 可 得 到 純 硅純 硅 用 區(qū) 域 熔 融 法 可 以 得 到 高 純 硅 硅 的 制 備 物 理 性 質(zhì) 硅單質(zhì) 無(wú) 定 形 硅單 晶 硅多 晶 硅 硅 晶 體 為 原 子 晶 體 ， 熔 點(diǎn) 高 ， 可 導(dǎo)電 ， 導(dǎo) 電 率 隨 溫 度 的 升 高 而 增 大 ，是 典

19、型 的 半 金 屬 。多 晶 硅 與 單 晶 硅 的 差 異 主 要 表 現(xiàn) 在 力學(xué) 性 質(zhì) 、 電 學(xué) 性 質(zhì) 等 物 理 性 質(zhì) 方 面 。多 晶 硅 均 不 如 單 晶 硅 好 。無(wú) 定 形 硅 是 一 種 黑 灰 色 的 粉 末 ， 化 學(xué) 性 質(zhì)比 晶 態(tài) 活 潑 化 學(xué) 性 質(zhì) 與 非 金 屬 反 應(yīng) Si + F2 = SiF4 Si + 2X2 SiX4 (X = Cl,Br) Si + O2 = SiO2 1573K3Si + 2N2 = Si3N4Si在 含 氧 酸 中 被 鈍 化 ， 與 氫 氟 酸 及 其 混 合 酸 反 應(yīng) ， 生 成SiF4或 H2SiF6:3Si

20、 + 4HNO3 + 18HF 3H2SiF6 + 4NO+ 8H2O 與 酸 反 應(yīng) 與 堿 反 應(yīng) 無(wú) 定 形 硅 能 與 強(qiáng) 堿 反 應(yīng) 放 出 氫 氣 ：Si 2NaOH H 2O Na2SiO3 2H2 與 金 屬 反 應(yīng) 與 鈣 、 鎂 、 銅 、 鐵 等 化 合 生 成 硅 化 物 ： 高 溫 Si 2Mg = Mg2Si 3-2 硅 烷 硅 烷 的 組 成 與 碳 類 似 ， 硅 和 氫 組 成 的 化 合 物 稱硅 烷 ， 但 其 數(shù) 量 和 穩(wěn) 定 性 遠(yuǎn) 不 如 烷烴 ， 其 組 成 為 ： SinH2n+2 n7重 要 的 硅 烷 是 甲 硅 烷 ： SiH4 硅 烷

21、的 制 備（ 1） SiO2 + 4Mg = Mg2Si + 2MgO Mg2Si + 4HCl = SiH4 + 2MgCl2（ 2） 2Si2Cl6 3LiAlH4 2Si2H6 3LiCl 3AlCl3 硅 烷 的 性 質(zhì)鍵 能 (kJmol -1)：C-C Si-Si222 345.6 電 負(fù) 性 :C H Si2.55 2.2 1.90穩(wěn) 定 性 ： 硅 烷 烷水 解 性 ： 硅 烷 水 解（ 堿 介 質(zhì) ） ， 烷 烴不 水 解 SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O SiH4 + 2KMnO4 = 2MnO2 + K2SiO3 + H2 + H2OSiH4 + 8AgN

22、O3 + 2H2O = 8Ag + SiO2 + 8HNO3 還 原 性 水 解 性 熱 穩(wěn) 定 性在 堿 催 化 下 硅 烷 與 水 發(fā) 生 激 烈 反 應(yīng) (甲 烷 不 發(fā) 生 水 解 )：SiH4 (n+2)H2O = SiO2nH2O 4H2硅 烷 分 解 為 單 質(zhì) 硅 和 氫 氣 ： SiH 4 Si + 2H2這 一 反 應(yīng) 可 用 于 高 純 硅 的 制 備 。 3-3 硅 的 鹵 化 物 和 氟 硅 酸 鹽 鹵 化 物 硅 的 鹵 化 物 都 是 共 價(jià) 物 ， 性 質(zhì) 相 似 ， 熔 點(diǎn) 、沸 點(diǎn) 都 較 低 ， 比 較 重 要 的 硅 鹵 化 物 是 氟 化硅 和 氯 化

23、 硅 。 制 備 Si + 2X2 SiX4 (F2常 溫 ， Cl2,Br2在 673-873K) SiO2 + 2CaF2 + 2H2SO4 SiF4 + 2CaSO4 2H2O SiO2 2C 2Cl2 SiCl4 2CO 化 學(xué) 性 質(zhì) SiCl 4 + 3H2O = H2SiO3 + 4HClSiF4 + 3H2O H2SiO3 + 4HF SiF4 + 2HF H2SiF6容 易 水 解 可 溶 性 鹽 ： CaSiF6、 Li2SiF6。難 溶 鹽 ： 鈉 、 鉀 、 鋇 的 氟 硅 酸 鹽 。 氟 硅 酸 鹽3SiF4 + 2Na2CO3 + 2H2O = 2Na2SiF6 +

24、 H2SiO4 + 2CO2SiF4 + 2KF = K2SiF6重 要 的 氟 硅 酸 鹽 是 氟 硅 酸 鈉 ， 主 要 用于 作 殺 蟲(chóng) 劑 ， 防 腐 劑 等 。 用 途 制 備 溶 解 性 二 氧 化 硅3-4 硅 含 氧 化 合 物 結(jié) 構(gòu) 性 質(zhì) SiO2是 原 子 晶 體 ， 基 本 結(jié) 構(gòu) 單 元 是 硅氧 四 面 體 ， 如 圖 所 示 ， 原 子 比 =1/2。以 Si-O共 價(jià) 單 鍵 結(jié) 合 。 熔 點(diǎn) 高 ， 硬 度大 ， 不 導(dǎo) 電 ， 不 溶 于 水純 石 英 稱 水 晶 ， 無(wú) 色 透明 ， 石 英 玻 璃 是 將 石 英加 熱 熔 融 冷 卻 而 成 ， 具

25、有 耐 高 溫 ， 膨 脹 系 數(shù) 小 ，透 明 度 大 ， 不 吸 收 紫 外線 ， 用 于 作 光 學(xué) 和 耐 高溫 儀 器 。 二 氧 化 硅 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 不 活 潑 ，但 容 易 被 堿 和 氫 氟 酸 腐 蝕 ：SiO2 4HF SiF4 H2OSiO 2 2NaOH Na2SiO3 H2O 熔 融SiO2 Na2CO3 = Na2SiO3 CO2 SiO4四 面 體SiO OOO 硅 酸 組 成 通 式 ： xSiO2yH2O： x y原 硅 酸 H4SiO4 - -偏 硅 酸 H2SiO3 1 1二 硅 酸 H6Si2O7 2 3三 硅 酸 H4Si3O8 3 2二 偏

26、硅 酸 H2Si2O5 2 1一 般 用 偏 硅 酸 H2SiO3的 式 子 代 表 硅 酸 制 備 剛 生 成 的 硅 酸 主 要 以 H4SiO4單 分 子 形 式 存 在 , 放 置 就 逐 漸縮 合 成 多 硅 酸 溶 膠 , 在 溶 膠 中加 酸 或 電 解 質(zhì) ,便 可 沉 淀 出 白色 透 明 有 彈 性 的 硅 酸 凝 膠 , 烘干 并 活 化 , 便 可 制 得 硅 膠 , 主要 用 于 作 干 燥 劑 和 吸 咐 劑 。SiO2是 酸 性 氧 化 物 ， 難溶 于 水 ， 不 能 用 它 和 水反 應(yīng) 得 到 硅 酸 ， 只 能 用可 溶 性 硅 酸 鹽 經(jīng) 過(guò) 酸 化而

27、得 到SiO 32- + 2H+ H2SiO3 變 色 硅 膠 ：用 CoCl2 溶 液 浸 泡 硅 酸 凝 膠 后 ， 再 烘 干 。 CoCl2 無(wú) 水 時(shí)呈 藍(lán) 色 ， 當(dāng) 干 燥 劑 吸 水 后 ， 隨 吸 水 量 不 同 ， 硅 膠 呈 現(xiàn) 藍(lán)紫 紫 粉 紅 。 最 后 Co(H2O)62+使 硅 膠 呈 粉 紅 色 ， 說(shuō) 明 硅 膠 已 經(jīng)吸 飽 水 ， 再 使 用 時(shí) 要 烘 干 。 天 平 室 中 ， 天 平 的 玻璃 罩 內(nèi) ， 有 一 小 燒 杯 變 色 硅 膠 ， 用 來(lái) 吸 收 空 氣 中水 份 ， 保 持 儀 器 的 干 燥 。 若 變 紅 ， 則 表 示 硅 膠

28、已經(jīng) 失 效 ， 無(wú) 吸 水 性 ， 需 烘 干 變 藍(lán) 后 再 用 。 無(wú) 水 CoCl2 CoCl26H2O 硅 酸 鹽 硅 酸 鈉 天 然 硅 酸 鹽 硅 酸 鈉 是 最 常 見(jiàn) 的 可 溶 性 硅 酸 鹽 ， 由石 英 砂 與 燒 堿 或 純 堿 反 應(yīng) 而 得 到 ： 熔 融 SiO2 Na2CO3 = Na2SiO3 CO2硅 酸 鈉 的 組 成 為 xNa2OySiO2， 俗 稱 水 玻 璃 ， 或 泡 花堿 ， 用 途 很 廣 ， 用 于 做 粘 合 劑 ， 防 腐 劑 ， 軟 水 劑 ， 洗滌 劑 和 肥 皂 的 填 充 劑 ， 也 是 制 硅 膠 和 分 子 篩 的 原 料

29、 。地 殼 質(zhì) 量 的 95%為 硅 酸 鹽 礦 ， 最 重 要 的 天然 硅 酸 鹽 礦 是 鋁 硅 酸 鹽 礦 ， 如 鈣 長(zhǎng) 石 ， 鈉 長(zhǎng) 石 等 ， 是 提 取 金 屬 鋁 的 重 要 原 料 。硅 酸 鹽 的 結(jié) 構(gòu) 很 復(fù) 雜 ， 但 基 本 結(jié) 構(gòu) 單 元 是 相 同 的 ， 均為 硅 氧 四 面 體 SiO 4， 通 過(guò) 它 的 角 頂 氧 原 子 可 以 連 接 成鏈 狀 ， 環(huán) 狀 ， 層 狀 或 三 維 網(wǎng) 格 結(jié) 構(gòu) 等 。 各 種 硅 酸 鹽 的結(jié) 構(gòu) 圖 形 見(jiàn) 課 本 Si-硅 酸 鹽 結(jié) 構(gòu) 第 四 節(jié) 鍺 錫 鉛鍺 :銀 白 色 ， 硬 金 屬 ；鉛 :暗

30、灰 色 ， 軟 金 屬 ， 密 度 大 ；錫 :有 三 種 同 素 異 形 體 ： 286 K 434 K灰 錫 白 錫 脆 錫 灰 錫 呈 灰 色 粉 末 狀 。 白 錫 在 286 K 下 變 成 灰錫 ， 自 行 毀 壞 。 這 種 變 化 從 一 點(diǎn) 變 灰 開(kāi) 始 ， 蔓延 開(kāi) 來(lái) ， 稱 為 錫 疫 。 所 以 冬 季 ， 錫 制 品 不 宜 放在 寒 冷 的 室 外 。 白 錫 是 fGm= 0， fHm= 0的 指 定 單 質(zhì) 。銀 白 色 (略 帶 藍(lán) 色 )，有 延 展 性 ， 可 以 制 成漂 亮 的 器 皿 。 物 理 性 質(zhì) 3-1 金 屬 的 冶 煉 、 性 質(zhì) 和

31、 用 途硫 化 物 礦 氧 化 物焙 燒 碳 還 原 金 屬相 關(guān)反 應(yīng) 金 屬 冶 煉 SnO2 + 2C = Sn + 2CO 焙 燒2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 PbO + C = Pb CO PbO CO = Pb CO 2 PbS Fe = Pb FeS Ge的 冶 煉 鍺 分 散 地 存 在 于 其 它 礦 物中 ,它 是 硫 化 物 礦 石 、 煤 、高 溫 冶 金 所 得 中 間 產(chǎn) 物 或廢 渣 、 煙 道 灰 為 原 料 的 工廠 副 產(chǎn) 物 。 這 些 原 料 所 提供 的 鍺 通 常 為 二 氧 化 鍺 ，用 鹽 酸 處 理 并 蒸 餾 得 四 氯化

32、 鍺GeO2 + 4HCl GeCl4 + 2H2OGeCl4 + 2H2O GeO2 + 4HCl GeO2 + 2H2 = Ge + 2H2O升 溫 至 1373K， 鍺 粉 熔 化 ， 注 入 模 中 得 鍺 錠 。 最 后 用物 理 方 法 “ 區(qū) 域 熔 融 法 ” 來(lái) 進(jìn) 一 步 提 純 得 到 高 純 鍺 。然 后 用 氫 在 813K923K還 原GeO2， 得 到 金 屬 粉 末鍺 是 主 要 的 半 導(dǎo) 體 材 料 之 一 ， 鍺 半 導(dǎo) 體 廣 泛 地 用 于 電 子計(jì) 算 機(jī) 、 雷 達(dá) 、 火 箭 、 導(dǎo) 彈 、 導(dǎo) 航 控 制 設(shè) 備 、 電 子 通 訊以 及 自

33、動(dòng) 化 設(shè) 備 中 。 單 質(zhì) 的 化 學(xué) 性 質(zhì)M + O2 = MO2 (M = Ge, Sn, Pb )常 溫 下 ， 鍺 和 錫 對(duì) 空 氣 穩(wěn) 定 ， 鉛的 表 面 受 空 氣 氧 化 而 變 暗 ， 生 成氧 化 膜 保 護(hù) 層 ， 在 高 溫 下 都 能 與空 氣 反 應(yīng) 生 成 氧 化 物 。M + X2 MCl4MCl2S MS2MS Ge、 Sn、 Pb可 形成 +4和 +2兩 種 氧化 態(tài) 化 合 物 ， 由于 惰 性 電 子 對(duì) 效應(yīng) ， 兩 種 氧 化 態(tài)的 穩(wěn) 定 性 為+4： GeSnPb+2: GeSn H2SiO3含 氧 酸 鹽 的 穩(wěn) 定 性 ： 硅 酸 鹽 碳 酸 鹽 C、 Si含 氧 酸 比 較鍺 分 族 元 素 重 點(diǎn) 介 紹 了 它 們 的 氧 化 物 及 其 水 合 物 的 酸堿 性 和 氧 化 還 原 性 變 化 規(guī) 律 ； 鍺 的 冶 煉 ； 二 價(jià) 氯 化 錫的 強(qiáng) 還 原 性 和 易 水 解 性 和 PbO 2的 強(qiáng) 氧 化 性 ； 難 溶 的 鉛鹽 ； 硫 化 物 的 顏 色 和 溶 解 性 ， 硫 代 酸 鹽 的 形 成 。 本 節(jié) 課 到 此 結(jié) 束 ， 謝 謝 ！