碳族元素1

nullnull第七章 碳族元素　 无机非金属材料第一节 碳族元素null一、碳族元素二、硅三、二氧化硅null6C14Si32Ge50Sn82Pbnull1、原子结构一、碳族元素 (共3个要点)碳族元素在周期表中的位置原子结构示意图相同点 最外层有4个电子，在化学反应中既不易得到电子，也不易失去电子，多数形成共价化合物。常见化合价：+2、+4递变性 从碳到铅，随着核电荷数增多，电子层数递增，原子半径增大，核对最外层电子引力减弱，原子得电子能力减弱、失去电子能力增强，元素非金属性减弱、金属性增强，单质氧化性减弱、还原性增强。null2、元素单质的各种性质：null3、碳的第三种同素异形体：足球烯(1)发现：1985年，科学家用激光束照射石墨得灰色气体，用有机溶剂萃取得n﹤200的大量簇分子，含60个碳的分子比较多。(2)合成：将几十伏的电流电压加在两根碳棒上，当两根碳棒距离很小时，就会产生电弧放电导致短路，产生的碳烟中含有大量的C60,再用有机溶剂萃取碳烟。(3)结构：笼状分子，固态时是分子晶体，每个碳原子只跟相邻的三个碳原子形成共价键，60个碳原子构成球形，共32面体，包括12个五边形，20个六边形。 C60图片晶体图片nullnullnull(4)性质：C60掺杂钾、铷等有超导性，超导起始温度达到18K。北大和科学院合作制得Rb3C60，超导起始温度高达28K，领先于世界先进水平。(5)成果：最大的足球烯单晶的直径仅为6mm，浙江大学的科学家制取直径为1.3㎝的高品质单晶，走在世界前列。 1996年的诺贝尔奖授予罗伯特、克罗特和斯莫利等三位科学家，表彰他们有关富勒烯的发现、制备和性质研究。null<纳米碳管>(1)、发现：知道了C60的制备以后，人们的注意力全部集中在观察碳灰上，而日本科学家饭岛澄男却仔细观察了放电后在阳极上产生的沉淀物，是他意外发现了纳米碳管。(2)、什么是纳米碳管？ 石墨有层状结构，可以看作是由原子纸一层一层堆叠而成。若将一层或几层这样的原子纸卷成圆筒形状，就是纳米碳管。中科院解思深教授制得0.5nm碳管，麻省理工学院秦禄昌博士制得最小的纳米碳管0.4nm。乘座电梯上太空(3)、应用前景广泛nullnullnull建造在太平洋中某个地点的高 达２５公里的电梯塔（电脑设计图） null太空电梯运作的模拟图，一端固定在太平洋中部某基座上，另一端连到小行星上。 null二、硅(共5个要点)1、存在和状态：(1)只有化合态，无游离态；在地壳中含量居第二位。(2)两种同素异形体：晶体硅和无定形硅。2、物理性质：灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。3、化学性质：不活泼(1)常温下：①Si+2F2=SiF4②Si+4HF=SiF4+2H2↑③Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2↑注：其它氧化剂，如Cl2、O2、H2SO4、HNO3等常温下都不与硅起反应。硅晶体的结构null硅晶体结构null(2)加热时：与某些非金属反应Si+O2==SiO2Si+2H2===SiH44、工业制粗硅：SiO2+2C===Si+2CO↑高温粗硅提纯：Si+2Cl2===SiCl4高温高温SiCl4+2H2===Si+4HCl高温5、用途：高纯硅：半导体材料。合金：变压器铁芯（含硅4%的钢有导磁性）耐酸设备（含硅15%左右的钢有耐酸性）null三、二氧化硅(共4个要点)1、物理性质：坚硬难熔的固体 有晶体和无定形两大类。晶体二氧化硅叫石英、水晶，天然二氧化硅叫硅石、石英砂。2、化学性质：十分稳定(1)酸性氧化物：但是不溶于水，也不与水反应。(2)常温与氢氟酸、强碱反应4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O2NaOH+SiO2==Na2SO3+H2O(所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、NaSiO3等溶液。)SiO2晶体结构null(3)高温时：SiO2+CaO===CaSiO3高温Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑高温CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高温3、用途：光导纤维、光学仪器、电子仪器、工艺品（水晶、玛瑙）、石英玻璃、玻璃原料和建筑材料等。注意：硅肺病（矽肺病），长期吸入SiO2粉尘干态下物质间的反应规律: 高沸点物质（SiO2）制低沸点物质（CO2） SiO2+2C===Si+2CO↑高温Na+KCl===NaCl+K↑高温注意：null4、硅酸及硅酸盐：(1)硅酸：硅酸、原硅酸都不溶于水，属于弱酸，其酸性比碳酸弱：Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H4SiO4↓H4SiO4===H2SiO3+H2O(易)(2)硅酸盐：①多数不溶于水(Na2SiO3易溶)②金属氧化物形式：Al2(Si2O5)(OH)4KAlSi3OxX=8K2O·Al2O3·6SiO2(3)水玻璃：无色粘稠的溶液，是一种矿物胶，做粘合剂、防腐剂。Na2SiO3的水溶液nullnullnullnullnullnullnullnull