第十二章碳硼族元素

1、P區(qū)元素（一） 本章共用10課時(shí) 碳硼族及氮族元素單質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì) 碳硼族及氮族元素氫化物的物理化學(xué)性質(zhì) 碳硼族及氮族元素含氧酸或氫氧化物的物理化學(xué)性質(zhì) 碳硼族及氮族元素含氧酸鹽和其它鹽的物理化學(xué)性質(zhì)通 性 碳族包括元素：碳族包括元素：C,Si,Ge,Sn,Pb 價(jià)層電子價(jià)層電子(價(jià)軌道價(jià)軌道): ns2np2 (ns np nd共共9個(gè)個(gè), 對對C價(jià)軌道為價(jià)軌道為2s 2p共共4個(gè)個(gè))。 主要氧化態(tài)：主要氧化態(tài)：-4, 2,4 電負(fù)性規(guī)律：自上到下變小，得電子能力下降，電負(fù)性規(guī)律：自上到下變小，得電子能力下降，失電子能力增強(qiáng)。失電子能力增強(qiáng)。 成鍵方式：成鍵方式：集團(tuán)得到電子氧化態(tài)多變集團(tuán)

2、得到電子氧化態(tài)多變, 形成離子化合物形成離子化合物 (極極難）難）共用電子對形成共價(jià)化合物，氧化態(tài)共用電子對形成共價(jià)化合物，氧化態(tài)-4(僅僅C）與電負(fù)性大的元素共用電子對，氧化態(tài)為正與電負(fù)性大的元素共用電子對，氧化態(tài)為正碳族、硼族、氮族通性硼族元素硼族元素碳族元素碳族元素氮族元素氮族元素包括元素包括元素B Al Ga In TlC Si Ge Sn PbN P As Sb Bi價(jià)層電子價(jià)層電子ns2np1ns2np2ns2np3價(jià)軌道價(jià)軌道(B，C，N為為2s2p)ns np ndns np ndns np nd硼族元素硼族元素碳族元素碳族元素氮族元素氮族元素氧化態(tài)氧化態(tài)1，3-4，2，4-3

3、 1 3 5失去電子失去電子易易 Sn Pb易易Sb Bi易易得到電子得到電子不能單獨(dú)不能單獨(dú)得到得到僅碳集團(tuán)僅碳集團(tuán)僅僅N，P但但難難共用電子共用電子對對僅形成僅形成 鍵鍵和多中心和多中心 鍵鍵 一般形成一般形成 鍵，鍵，C易形易形成成 或離域或離域 鍵鍵一般形成一般形成 鍵，鍵，N易形易形成成 或離域或離域 鍵鍵硼族元素硼族元素碳族元素碳族元素氮族元素氮族元素形成共價(jià)形成共價(jià)鍵能力鍵能力B較強(qiáng)，從較強(qiáng)，從上到下降上到下降C極強(qiáng)，從極強(qiáng)，從上到下降上到下降N強(qiáng)，從上強(qiáng)，從上到下降到下降化合物數(shù)化合物數(shù)量量較多較多極多極多多多親氧元素親氧元素B，AlC, SiP, As存在形式存在形式含氧酸鹽

4、，含氧酸鹽，Tl為硫化為硫化物物C單質(zhì)，含單質(zhì)，含氧酸鹽，氧酸鹽，Sn,Pb硫化硫化物物N單質(zhì)，含單質(zhì)，含氧酸鹽，氧酸鹽，As,Sb,Bi硫硫化物化物單質(zhì)的性質(zhì) 結(jié)構(gòu)：通過共價(jià)鍵形成小分子，結(jié)構(gòu)：通過共價(jià)鍵形成小分子，N、P易，易，C，As較難但可以（較難但可以（As4，C60），其余極難；通過），其余極難；通過共價(jià)共價(jià) 鍵形成大分子如鍵形成大分子如C(金剛石，石墨），金剛石，石墨），Si, B（二十面體的不同連接方式形成不同的同素（二十面體的不同連接方式形成不同的同素異形體）異形體）; 其二通過金屬鍵形成金屬晶體，如其二通過金屬鍵形成金屬晶體，如Al, Pb的單質(zhì)，的單質(zhì)，Ge,Sn既可形成

5、共價(jià)鍵而表現(xiàn)原既可形成共價(jià)鍵而表現(xiàn)原子晶體，又可形成金屬鍵表現(xiàn)金屬晶體。子晶體，又可形成金屬鍵表現(xiàn)金屬晶體。 物理性質(zhì)：熔沸點(diǎn)均從上到下依次降低物理性質(zhì)：熔沸點(diǎn)均從上到下依次降低(大分大分子間作用力看化學(xué)鍵的強(qiáng)弱子間作用力看化學(xué)鍵的強(qiáng)弱)，小分子熔沸點(diǎn)，小分子熔沸點(diǎn)很低如很低如N2，水溶性均很小，而大分子單質(zhì)不論水溶性均很小，而大分子單質(zhì)不論在極性溶劑還是在非極性溶劑中都不溶解。在極性溶劑還是在非極性溶劑中都不溶解。單質(zhì)的性質(zhì) 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：N2C，B，Si, Ge非常穩(wěn)定，其余相對較活潑，非常穩(wěn)定，其余相對較活潑，不同同素異形體差異很大。不同同素異形體差異很大。v同素異形體的形成方式：

6、同素異形體的形成方式：q成鍵方式上的差異引起同素異形體。此類同素成鍵方式上的差異引起同素異形體。此類同素異形體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)差異均很大，如異形體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)差異均很大，如紅磷和白磷，金剛石和石墨，氧和臭氧等；紅磷和白磷，金剛石和石墨，氧和臭氧等；q分子結(jié)構(gòu)一樣，但晶體堆積方式不同引起的同分子結(jié)構(gòu)一樣，但晶體堆積方式不同引起的同素異形體。此類同素異形體的化學(xué)性質(zhì)完全一素異形體。此類同素異形體的化學(xué)性質(zhì)完全一樣，僅物理性質(zhì)稍有不同，如單斜硫和正交硫樣，僅物理性質(zhì)稍有不同，如單斜硫和正交硫（斜方硫）。（斜方硫）。單質(zhì)的性質(zhì)成鍵能力從上到下依次減弱成鍵能力從上到下依次減弱(半徑依次增大半

7、徑依次增大),C,Si, Ge,B,Al，P的親氧親氟能力特別強(qiáng)的親氧親氟能力特別強(qiáng)弱氧化劑弱氧化劑(僅僅C)：Ca+ 2C= CaC2碳硼族 單 質(zhì) 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)： 還原劑還原劑: Si+ O2 = SiO2 歧化反應(yīng)（僅歧化反應(yīng)（僅C）：）：3C + CaO(電爐）電爐） = CaC2 + CO 與堿作用放出氫氣：與堿作用放出氫氣：2B + 6OH- =3H2+2BO33- 與酸作用放出氫氣：與酸作用放出氫氣：Sn +2H+ = Sn2+ + H2 單質(zhì)制備：單質(zhì)制備： 原料：原料： 煤，木材，含氧酸鹽，氧化物，硫化物煤，木材，含氧酸鹽，氧化物，硫化物 煤和木材：干餾煤和木材：干餾

8、含氧酸鹽，氧化物，硫化物：熱還原含氧酸鹽，氧化物，硫化物：熱還原 SiO2 + 2Mg=Si + 2MgO 單質(zhì)用途：單質(zhì)用途： 化學(xué)惰性：檔案墨水化學(xué)惰性：檔案墨水 半導(dǎo)體：電子工業(yè)材料半導(dǎo)體：電子工業(yè)材料 密度?。汉娇詹牧?；熔點(diǎn)低：保險(xiǎn)絲，印刷材料密度?。汉娇詹牧?；熔點(diǎn)低：保險(xiǎn)絲，印刷材料氫化物 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：RH4；R2H6；結(jié)構(gòu)說明：結(jié)構(gòu)說明：sp3 雜化，正四面體，雜化，正四面體，非極性分子，鍵能從上到下也迅速減小。非極性分子，鍵能從上到下也迅速減小。 物理性質(zhì)：熔沸點(diǎn)低，從上到下依次升高物理性質(zhì)：熔沸點(diǎn)低，從上到下依次升高 (分子晶體分子晶體)；水溶性均很?。ǚ菢O性分子）。水溶性均很

9、?。ǚ菢O性分子）。 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)： 酸性：水溶液中一般不表現(xiàn)出來酸性：水溶液中一般不表現(xiàn)出來 缺電子化合物（硼氫化合物）缺電子化合物（硼氫化合物） 還原性：從上到下增強(qiáng)；除還原性：從上到下增強(qiáng)；除CH4在空氣中需點(diǎn)燃外，在空氣中需點(diǎn)燃外，其余均可自燃，生成相應(yīng)氧化物和水：其余均可自燃，生成相應(yīng)氧化物和水：SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O B2H6 + 3O2 = B2O3 + 3H2O R-H鍵弱，很易水解（鍵弱，很易水解（CH4除外）：除外）：SiH4 + 4H2O = H4SiO4 + 4H2 B2H6 + 6H2O = 2B(OH)3 + 6H2氫化物 制備：制備：

10、原料：單質(zhì)，金屬化合物，有機(jī)物原料：單質(zhì)，金屬化合物，有機(jī)物單質(zhì)與氫反應(yīng)：由于單質(zhì)與氫反應(yīng)：由于RH鍵弱，故難以實(shí)現(xiàn)鍵弱，故難以實(shí)現(xiàn)金屬化合物水解或酸解：金屬化合物水解或酸解：CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 Mg2Si + 4H+ = 2Mg2+ + SiH4 Mg3B2 + 6H+ = 3Mg2+ + B2H6 用途：燃料，還原劑用途：燃料，還原劑氧化物 氧化物結(jié)構(gòu)：氧化物結(jié)構(gòu)：RO，RO2CO弱極性小分子，弱極性小分子，CO2非極非極性小分子，其余均為巨分子；性小分子，其余均為巨分子；R2O3，R2O均為巨分均為巨分子。子。 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：CO，CO2熔沸點(diǎn)

11、低（小分子）；其余熔沸熔沸點(diǎn)低（小分子）；其余熔沸點(diǎn)均很高（巨分子熔沸點(diǎn)看化學(xué)鍵的強(qiáng)弱），且從上點(diǎn)均很高（巨分子熔沸點(diǎn)看化學(xué)鍵的強(qiáng)弱），且從上到下熔沸點(diǎn)下降。其中硼族元素氧化物從硼到鋁升到下熔沸點(diǎn)下降。其中硼族元素氧化物從硼到鋁升（共價(jià)鍵過渡到離子鍵）再從鋁以下降；水溶性均很（共價(jià)鍵過渡到離子鍵）再從鋁以下降；水溶性均很小，只有小，只有CO2在水中稍有溶解，且斷在水中稍有溶解，且斷鍵反應(yīng)成碳酸。鍵反應(yīng)成碳酸。 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)： 氧化物酸堿性：從上到下酸性減弱，堿性增強(qiáng)，從酸氧化物酸堿性：從上到下酸性減弱，堿性增強(qiáng)，從酸性到兩性再到堿性（高氧化態(tài)酸性強(qiáng)于低氧化態(tài)）：性到兩性再到堿性（高氧化態(tài)

12、酸性強(qiáng)于低氧化態(tài)）：酸性酸性酸性酸性 兩性兩性兩性兩性兩性兩性 堿性堿性CO2SiO2 GeO2 SnO2 PbO2 B2O3 Al2O3 Ga2O3 In2O3 Tl2O3SnO PbO氧化物 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)： 氧化性：氧化性：Pb(IV)Sn(IV)Ge(IV)C(IV)Si(IV) Tl(III)In(III)Ga(III)B(III)Al(III) 5PbO2 +2Mn2+ + 4H+ = 5Pb2+ + 2MnO4- + 2H2O Tl2O3 +6Cl- + 6H+ = 2TlCl+ 2Cl2+3H2O 還原性（低氧化態(tài)有）：還原性（低氧化態(tài)有）： Pb(II)Sn(II)Ge(

13、II)C(II)Si(IV) Tl(I)Ga(I) In(I) B(I) 3CO + Fe2O3 = 2Fe + 3CO2 制備：制備： 原料：單質(zhì)，硫化物，含氧酸，氧化物原料：單質(zhì)，硫化物，含氧酸，氧化物 硫化物燃燒：硫化物燃燒：2PbS + 3O2 = 2PbO+ 2SO2 氧化物或單質(zhì)氧化：氧化物或單質(zhì)氧化：Sn+ O2 = SnO2 用途：用途： 寶石，玻璃，陶瓷，磨料，干燥劑寶石，玻璃，陶瓷，磨料，干燥劑含氧酸，氫氧化物及鹽 結(jié)構(gòu)：酸，結(jié)構(gòu)：酸，H2CO3，H4SiO4, ( H2SiO3), B(OH)3; 氫氧化物，氫氧化物，R(OH)4,R(OH)2, R(OH)3,TlOH

14、物理性質(zhì)：酸的熔沸點(diǎn)低（分子晶體），從上物理性質(zhì)：酸的熔沸點(diǎn)低（分子晶體），從上到下隨分子量增大而升高；水溶性均?。ㄌ妓岬较码S分子量增大而升高；水溶性均?。ㄌ妓嵋?yàn)槠洳环€(wěn)定，硅酸是因?yàn)槭强s水聚合，而硼因?yàn)槠洳环€(wěn)定，硅酸是因?yàn)槭强s水聚合，而硼酸則是因形成分子間氫鍵，硼酸水溶性最大），酸則是因形成分子間氫鍵，硼酸水溶性最大），氫化物都是水合物，水溶性均很小，一般是固氫化物都是水合物，水溶性均很小，一般是固體，但熱穩(wěn)定性低，從上到下氫氧化物的熱穩(wěn)體，但熱穩(wěn)定性低，從上到下氫氧化物的熱穩(wěn)定性下降。定性下降。 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)酸堿性：從上到下酸性減弱，堿性增強(qiáng)，從酸酸堿性：從上到下酸性減弱，堿性增強(qiáng)，從酸性到兩性再到堿性，順序與氧化物相同。性到兩性再到堿性，順序與氧化物相同。含氧酸及其鹽 化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)：氧化性：順序與氧化物相同氧化性：順序與氧化物相同還原性，與氧化物順序相同（低氧化態(tài)）還原性，與氧化物順序相同（低氧化態(tài)）不穩(wěn)定性：所有酸和氫氧化物均不穩(wěn)定，受熱不穩(wěn)定性：所有酸和氫氧化物均不穩(wěn)定，受熱易脫