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化学竞赛无机化学绝密碳族元素.ppt

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碳C无机化合物碳在地壳中的质量含量 为0.048%列第15位硅Si锗Ge锡Sn铅Pb13.1碳单质石墨硬度小，熔点极高， 具有层状结构。石墨中碳原子sp2杂化有离域电子，所以石墨导电。木炭和焦炭基本属于石墨类 型，但是晶形不完整。金刚石硬度最大，熔点极高。由于无自由电子，故金刚石 不导电。碳簇以C60为代表的碳单质 的第三种同素异形体——碳簇，是 20世纪80年代被人们发现的。可以从正二十面体出发正二十面体：共二十个面，每 个面都是正三角形；每个面角都是 五面角，共十二个顶点。将12个顶角都截掉，截口处产 生12个正五边形。原来20个正三角形的面都变 成了正六边形。C60的几何构型就是这种截角 正二十面体，共有 20个正六边形，12个正五边形冶金工业上，用碳还原氧化物 矿制备单质，如：上述反应可以由以下二个反应我们关心反应（1）进行的温 度。因为由关系式（a）2CO（g）+O2（g）——2CO2（g）（a）2CO（g）+O2（g）——2CO2（g）根据关系式图中有反应（a），（b）和（c） 的△rGm－T线反应的△rSm为正，其斜率为负。反应的△rSm为负，其斜率为正。反应的△rSm约等于零，与横轴平行。（d）Si+O2——SiO2（d）Ty－）—————————————————— SiO2+2C——Si+2CO（e）当T>Ty时，反应 （e）＝（c）－（d）的rGm<0当T>Ty时，正是由于反应2C+O2——2CO（c） 存在，碳在冶金工业上被广泛用为还原剂。2C+O2——2CO△rSm>0，即 （c）斜率为负，使碳还原反应温度降低。若只有C+O2——CO2（b） 则还原反应温度必须达到Tz>>Ty这种讨论反应的△rGm随温度T变化 的图称为埃灵罕姆（Ellingham）图。Ellingham图所提供的信息， 在冶金工业上很有参考价值。2Hg+O2——2HgO（1）结论Ag2O和HgO，在较低的 温度下就可以被碳还原成为金属。2Zn+O2——2ZnO（3）达到熔点mp时其斜率更大。mp是哪种物质的熔点？2Mg+O2——2MgO（4）还原CaO，MgO等活泼金属氧化物， 即使有CO生成，反应温度也相当高。所以在工业生产上经常采用 电解方法生产活泼金属，例如在 中学化学课程中涉及到的金属铝 的生产。即使采用热还原法，也要使用更 合适的还原剂，而一般不是用碳。碳的氧化物主要有二氧化碳和 一氧化碳两种。CO2的分子为直线形。曾用下图描述CO2 分子中的双键碳原子sp等性杂化。不参加杂化的py轨道有1个 单电子，不参加杂化的pz轨道也 有1个单电子。左边氧原子的py轨道有1对 电子，pz轨道有1个单电子。pyCO2的生产，通过煅烧石灰石 进行CO2的实验室制法以及检验， 和下面两个熟悉的反应有关CO为无色无臭有毒气体， 在水中溶解度较小。实验室中经常用下面两种 方法制取CO。或使草酸与浓硫酸共热制纯的CO可用分解 羰基化合物的方法工业上将空气和水蒸气交替 通入红热炭层。得到的气体体积组成为CO25％， CO24％，N270％。通入水蒸气时，发生另一反应 C+H2O——CO+H2CO25％，CO24％，N270％一个放热反应，一个吸热反 应，交替进行，维持系统的持续 运转。2.CO的化学反应微量的CO通入PdCl2溶液中， 金属Pd被还原出来，会使溶液变黑， 这一反应可鉴定CO13.2.3碳酸及其盐在碳酸分子中，中心C原子 采用sp2等性杂化中心C原子与端O之间成 1个键和1个键中心C原子与两个羟基O之 间通过sp2－p轨道重叠，共成2个 键。在碳酸根离子中，原子之 间的键联关系在碳酸根离子中，中心C原 子采用sp2等性杂化中心C原子和3个O原子 各有1个pz轨道的单电子，－2 价离子有两个电子。2.可溶性碳酸盐原因可能是HCO3－间有氢键，缔合成双聚酸根造成的。其原因是CaCO3中Ca2+和 CO32－电荷高，是+2对－2，相 互间的引力要大些，故不易溶解。但Ca2+和HCO3－之间的 引力相对小些，是+2对－1， 较易于溶解。Na2CO3易溶，而NaHCO3难 溶。在含有金属离子Mn+的溶液中 加Na2CO3：若加入的Na2CO3总浓度 c＝1.010－2mol•dm－3时所以生成沉淀的情况，要视 Mn+的碳酸盐和Mn+的氢氧化 物的Ksp而定。则加入Na2CO3时只生成Mn+ 的碳酸盐沉淀。（b）若氢氧化物的Ksp远远小于碳酸盐的Ksp（c）若两种物质的溶解度的 大小关系不属于a，b两种情 况，而是介于以上两种情况之间， 则生成碱式盐。如Mg2+，Co2+，Ni2+，Cu2+， Ag+，Zn2+，Mn2+等。（d）改变沉淀剂，不加入 Na2CO3溶液，改加入NaHCO3 溶液。则[OH－]小了，（c）中的 某些离子，如