碳族元素讲解

化一 2 0 0 9 0 0 1 1 1 1 4 3 杨 晓 碳族元素 碳族元素 碳族元素位于元素周期表中ⅣA族，包括碳（C）、硅（Si）、锗（Ge，分散元素）、锡（Sn）、铅（Pb）五种元素。其中，碳、硅是非金属，其余三种是金属，由于硅、锗的金属性与非金属性均不强，也有人称其为准金属。 一、碳族元素的通性 1、碳族元素在自然界中的分布： 碳在自然界中主要以煤、石油、天然气、动植物等有机物存在，无机物矿藏主要有石灰石CaCO3、大理石CaCO3、白云石CaCO3·MgCO3、菱镁矿MgCO3等，空气中存在约 0.03%（体积比）的CO2。碳在地壳中的质量含量为0.027%。碳主要有12C、13C、14C三种同位素，前两种的丰富度分别为98.892%和 1.108%。 硅在地壳中的质量分数为28.2%，主要以硅酸盐的形式存在于土壤和泥沙中，自然界中也存在石英矿。 锗、锡、铅在地壳中的质量分数分别为0.0005%、0.0002%、0.0013%，主要以硫化物和氧化物的形式存在，其中锗、锡、以二氧化物存在，铅以硫化物居多。 2、元素结构与性质： 性质 碳 硅 锗 锡 铅 颜色、状态 无色或黑色固体 灰黑色固体 灰白色固体 银白色固体 蓝白色固体 相对原子质量 12.01 28.09 72.59 118.7 207.2 外围原子构型 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2 主要化合价 +2、+4 +4 +2、+4 +2、+4 +2、+4 主要氧化物 CO、CO2 SiO2 GeO、GeO2 SnO、SnO2 PbO、PbO2 最高价氧化物 的水化物性质 H2CO3 H2SiO3 Ge(OH)4 Sn(OH)4 Pb(OH)4 酸性递减 碱性递增 金属性、 非金属性 金属性递增 非金属性递减 氢化物的 稳定性 逐渐降低 3、元素的成键特征： ⑴ 碳的成键特征 ① 采取等性sp3杂化，形成4个共价单键。如:CH4、金刚石等。 ② 采取等性sp2杂化，形成3个σ 键和 1个 π 键（或离域 π 键）。如：石墨，COCl2等。 ③ 采取等性sp杂化，形成2个σ 键和2个π 键（或离域π 键）。 如：CO2、C2H2等。 ④ 采取不等性sp杂化，形成1个σ 键和2个π 键。如：HCN、CO 等。 ⑤ 形成配位键。如：CO中有π 配位键；Fe（CO）5 中有σ 配位键。 ⑵ 硅的成键特征 ① 采取等性sp3杂化，形成4个共价单键。如：Si4、SiCl4等。 ② 采取sp3d2杂化，形成六个共价单键。如：SiF62-等。 ③ 形成配位键。如：SiF62-中有2个σ 配位键。 Si-Si、Si-H、Si-O键的键能分别为197kJ·mol-1、320 kJ·mol-1、368 kJ·mol-1，除 Si-O键外前两者的...