元素化合物-碳族元素课件.ppt
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1、 化学竞赛辅导讲座碳族元素第一节第一节 碳碳1、碳的同位素(1)12C:原子量的相对标准(2)14C:形成:由中子和14N在宇宙射线影响下形成14N+1n=14C+1H2半衰期:14C=14N+-(5685years)2、同素异形体(1)金刚石和石墨谁的熔点高,为什么?(2)石墨为什么有导电性?(3)金刚石和石墨谁更稳定?(燃烧热分别为:397.27 394.38kJ/mol)(4)石墨和金刚石的用途?3、活性炭的吸附物理吸附、化学吸附:均为放热反应,后者大于前者。第二节第二节 碳的化合物碳的化合物1、CO(Carbon monoxide)(1)制法:H2SO4(浓)HCOOH CO+H2O
2、CO+NaOH=HCOONa讨论:CO是否是甲酸的酸酐或酸性氧化物?(2)等电子体:CO、N2、CN-、NO+(写出各自的电子结构式)用分子轨道理论解释其中的化学键。(3)主要化学性质(I)作为一种配体,能与一些有空轨道的金属原子或离子形成配合物。如:Fe(CO)5、Ni(CO)4、Cr(CO)6问题:为什么CO比N2更容易参加反应?CO为什么对人体有毒?CO如何被吸收?Cu(NH)2CH3COO+CO+NH3=Cu(NH3)2.CH3COO.CO(II)还原性CO+PdCl2+H2O=CO2+Pd+2HClCO+2Ag(NH3)2OH=2Ag+CO2+4NH3+H2O(检验CO)(iii)与
3、非金属作用:CO+2H2=CH3OH CO+3H2=CH4+H2OCO+Cl2=COCl22、CO2(Carbon dioxide)(1)结构:结构:等电子体:等电子体:CO2 N3-NO2+N2O+OCN-(2个 )43(2)化学性质:CO2(g)+2Mg(S)=2MgO(S)+C(s)CO2+M(OH)2=MCO3+H2O (M=Ca、Ba)MgO(s)+C(s)=Mg(g)+CO(g)(2000K)Al2O3(l)+C(s)=2Al(g)+3CO(g)(2300K)注:高温条件生成CO!3、碳酸碳酸(Carbonic acid)CO2+H2O=H2CO3 K=1.8X10-3CO2+H2
4、O=H+HCO3-K=4.2X10-7相加得:H2CO3 H HCO3 K 2.4X10-4(1)同条件下,碳酸钠的溶解度略大于碳酸氢钠,WHY?(2)向饱和碳酸钠溶液中通入CO2,有何现象发生?(3)NaHCO3溶液为什么显碱性,用具体数据说明?已知:K14.2*10-7、K2=5.6*10-11 Kw=10-14(i)水解平衡常数电离平衡常数:水解趋势大于电离的趋势。Kw/K1=2.4*10-8 K2=5.6*10-11(ii)H+=K1K2 =10-8.3 pH 8.3(4)已知:KspKspKspKspK KCaCOCaCO3 32.52.5*1010-9-9H H2 2COCO3 3
5、4.24.2*1010-7-7Ca(OH)Ca(OH)2 25.55.5*1010-6-6HCOHCO3 3-5.65.6*1010-11-11MgCOMgCO3 31.01.0*1010-5-5Mg(OH)Mg(OH)2 21.81.8*1010-11-11a:0.20mol/LCaCl2溶液与等体积0.20mol/LNa2CO3溶液混合,沉淀为?b:0.20mol/LMgCl2溶液与等体积0.20mol/LNa2CO3溶液混合,沉淀为?Sp2杂化 64第三节第三节 碳的卤化物和硫化物碳的卤化物和硫化物 1、四卤化碳F2 CCl2F2 CF4 Cl23Cl2 CS2 CCl4 S2Cl2问题
6、:CCl4为什么不能作为Na的灭火剂?4Na CCl4 4NaCl CFreon:CClnF4-nCOX2(X=F、Cl、Br)2、硫化物写出下列反应的方程式:(1)CS2 Na2S(2)BaCS3 HCl(3)Na2S2 CS2第四节第四节 硅硅1、性质:Si 4OH SiO44 2H2SiO44 4H2O Si(OH)4 4OHSi 4HF(aq)=SiF4+2H2Si(s)+O2(g)=SiO2(s)G=-805kJ 2、制备:SiO2 2C(s)=Si(s)+2CO(g)H=-690kJ S=0.361kJ/KSiO2+CaC2=Si+Ca+2COSiH4=Si+2H2第五节第五节 硅
7、化氢和卤化物硅化氢和卤化物1、硅烷:Mg2Si 4HCl SiH4 2MgCl2SiCl4 LiAlH4 SiH4 LiCl AlCl3SiH4 2O2 SiO2 2H2O2、卤化硅(1)SiF4:SiO2 4HF SiF4 2H2O 300350C BaSiF6 BaF2 SiF4(g)SiF4+2H2O=SiO2+4HFSiF4+2Na2CO3+2H2O=2Na2SiF6+H4SiO4+2CO2(防止污染)SiF4 2F SiF62 H 130.5kJNa2SiF6+2H2O=2NaF+SiO2+4HF SiF62-:(1)杂化形式:sp3d2 (2)等电子体:AlF63-、PF6-、SF
8、6问题:为什么SiF4易水解,而CF4不易水解?(2)SiCl4:SiCl4 2H2O SiO2 4HCl(不可逆)SiO2 2C 2Cl2 iCl4+2CO第六节第六节 二氧化硅和硅酸盐二氧化硅和硅酸盐1、SiO2(Silica)SiO2(s)+4HX(g)=SiX4(g)+2H2OHF G=-92.82kJ HCl:G=138.87kJ存在、用途:刚玉、宝石、翡翠;光纤、石英表。思考:说明下列反应能够发生的理由或条件或用途:(1)SiO2+2OH-=SiO32-+H2O (2)SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2(3)SiO2 Na2SO4 Na2SiO3 SO3(4)2KNO3
9、 SiO2 K2SiO3 NO+NO2+2 (5)SiO2+CaO=CaSiO32、硅酸及其盐:(1)硅酸的种类:H2SiO3 SiO2H2O 偏(正)硅酸 H4SiO4 SiO22H2O 正(原)硅酸 H6Si2O7 2SiO23H2O H4Si3O8 3SiO22H2O H2Si2O5 2SiO2H2O 二偏硅酸H2SiO3特点(1)二元弱酸(K14.2*10-10 K2=10-12)(2)弱酸易发生缩合反应:(下页)4HClO4 P4O10 4HPO3 2Cl2O7(极难缩合)H2SO4强酸,难缩合:H2S2O7(焦硫酸)H3PO4中强酸,可缩合:Hn2PnO3n1(n聚磷酸)H4SiO
10、4弱酸,易缩合:(2)硅酸盐水玻璃(water glass):硅酸钠的水溶液。SiO32 2H H2SiO3(胶体或凝胶)SiO32 2CO2 2H2O=H2SiO3+2HCO3-SiO32-+2NH4+=H2SiO3+2NH37 Sn&Pb(1)PbO2:(强氧化剂)PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2+2H2O5PbO2+2Mn2+4H+=5Pb2+2MnO4-+2H2OPbSO4+2e=Pb+SO42-E=-0.356VPbO2+SO42-+4H+2e=PbSO4+2H2O E=1.685V 放电PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O E=2.041V 充电(2)Pb3O
11、4:(类似Fe3O4、I4O9)思考:分别写出Pb3O4、Fe3O4与浓盐酸反应的方程式。(3)硫化物:SnS 2H 3Cl SnCl3 H2SSnS S22 SnS32SnS2 4H 6Cl SnCl62-+2H2SSnS2+S22-=SnS32-3SnS2+6OH-=2SnS32-+Sn(OH)62-PbS+2H+4Cl-=PbCl42-+H2S3PbS+2NO3-+8H+=3Pb2+3S+2NO+4H2OPbS为半导体材料,S过剩为p型,Pb过剩为n型。(4)卤化物:SnCl2 H2O Sn(OH)Cl HCl2Fe3 Sn2 2Fe2 Sn42Hg2 Sn2 2Cl Hg2Cl2 Sn
12、4Hg2Cl2 Sn2 2Hg Sn4 2Cl2Sn2 O2+4H+=2Sn4+2H2O Sn4+Sn=2Sn2+SnCl2、SnCl4、PbCl2(无PbCl4?)易形成SnCl3、SnCl62PbCl42、PbCl64(11mol/LHCl)元素化合物元素化合物氧族元素氧族元素用分子轨道理论(用分子轨道理论(Molecular Orbital theory)解释解释O2的磁性:的磁性:1、结构:极性分子2、制法:(1)电解HSO4得过二硫酸盐,M2S2O8(MK、NH4)阳极:2SO4 2-2e=S2O82-阴极:2H+2e=H2 S2O82-+2H2O=2SO42-+H2O2+2H+(减
13、压蒸馏)(2)乙基蒽醌法H2O2保存保存:阴凉、加阻化剂锡酸钠阴凉、加阻化剂锡酸钠Na2Sn(OH)63、性质:酸性:K1 1.551012 K2 10-25(1)分解:催化剂(如:MnO2)MnO2 H2O2 Mn2 O2 H2O H2O2 Mn2+=MnO2+H2O 总反应:2H2O2=2H2O+O2 MnO2(低温蒸馏)(2)氧化还原性:氧化还原性:作为氧化剂的突出优点:氧化性强、不引入杂质。PbS 4H2O2 PbSO4 4H2O(将油画还原颜色)测定H2O2的定量方法:用KMnO4溶液滴定:2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2+5O2+8H2O鉴定H2O2的方法:Cr2O72-
14、+4H2O2+2H+=2CrO5+5H2O用乙醚萃取CrO5,显蓝紫色。(3)中和(取代)反应:中和(取代)反应:NaOOH(一取代)、一取代)、Na2O2(二取代)二取代)(4)加合反应:(通水合物)2Na2CO3+3H2O2=2Na2CO33H2O2 1、结构:(唯一单质极性分子)(转移电子4/3e)2、强氧化性:鉴定或测定O3含量:O3+2I-+H2O=O2+I2+2OH-I2+2S2O32-=2I-+S4O62-四、硫四、硫1、存在:硫化物(ZnS、PbS、FeS2、Sb2S3)硫酸盐(CaSO4、CrSO4、BaSO4)煤、蛋白质 2、同素异形体:(Allotrope)3、硫化物H2
15、S NaSH Na2S As2S3 As2S5 Na2S2H2O NaOH Na2O As2O3 As2O5 Na2O2 碱性 碱性 两性、还原性 酸性 碱性、氧化性思考:Na2S、硫化铵为什么要保存在棕色瓶中?2S2-+O2+2H2O=2S+4OH-Na2SAl2S3FeS ZnSCuS HgS4、多硫化物:S2-+xS=Sx+12-S8+S2-=S-S-S-S-S-S-S-S-S2-M2Sx(x=26)M2Sx+2H+=2M+(x-1)S+H2S硫烷:H2Sx(x达到8)HS(S)x2SH5、过硫酸:H2O2 HOOSO3H HSO3OOSO3H (过一硫酸)(过二硫酸)可通过电解HSO4
16、得到(H2O2的制取)6、硫代硫酸钠:Na2SO45H2O 大苏打、海波。(1)还原性:I2+2S2O32-=S4O62-+2I-(进行I2的定量测定)(2)自身氧化还原:(在酸性条件下)S2O32-+2H+=S+SO2+H2O(3)作为配体:Ag+2S2O3 2-=Ag(S2O3)23-2=41013OOOMSSOOSSOM单基配体 双基配体7、连二亚硫酸Na2S2O42H2O 保险粉8、硫的卤化物:SCl4可以水解:(写出离子方程式)S2F2水解:S2F2 6H2O 6S 10HF H2S4O6 SF6比较稳定,不易水解,(为什么?)【例题1】氧及卤素反应生成许多不同的化合物(硫原子是中心
17、原子),这些化合物大多数是分子,其中有许多种在水中容易水解。1SCl2、SO3、SO2ClBr、SF4及SBrF5等分子的路易斯(Lewis)结构式。2画出上述五种分子的几何构型。【例题2】同主族元素其性质相似。例如,硫化物性质类似于氧化物;它也可以分为酸性硫化物和碱性硫化物;也存在氧化性或还原性;互相间也能发生反应。例如:Na2SCS2NaCS3(硫代碳酸钠),完成下列反应方程式:l Na2SAs2S52Na2SSnS23Na2S2SnS【例题3】判断含氧酸强弱的一条经验规律是:含氧酸分子的结构中含非羟基氧原子数越多,该含氧酸的酸性越强。某些含氧酸的酸性如右表:1亚磷酸H3PO3和亚砷酸H3
18、AsO3分子式相似,但它们的酸性差别很大。H3PO3是中强酸,H3AsO3既有弱酸性又有弱碱性。由此可推出它们的结构式分别为:2H3PO3和H3AsO3与过量的NaOH溶液反应的化学方程式分别是 3在H3PO3和H3AsO3中分别加入浓盐酸,分析反应情况,写出化学反应方程式。元素化合物氮族元素第一节 通性(1)周期表位置、元素种类、电子层结构、金属性递变?(2)除N、P外,为什么其他元素难以形成离子型固态化合物?(获得3个电子形成氧化数为III的离子较困难,Li3N、Mg3N2Na3P、Ca3P2存在)(3)为什么Li3N、Mg3N2、Na3P、Ca3P2只存在干态?写出相应的离子方程式?(4
19、)为什么N只生成NF3,但可以生成PBr5、AsF5、SbCl5?(电负性、杂化理论)(5)V氧化态的氧化性如何变化?写出铋酸钠与硫酸锰的化学反应方程式?(P(V)没有氧化性、Bi(V)有强氧化性、Bi(III)几乎没有还原性)第二节 氮(1)氮元素在自然界的存在形式?(如:游离态、硝石、蛋白质)(2)常见的氮气的制备方法有:(i)加热氯化铵饱和液和固体亚硝酸钠的化合物:NH4ClNaNO2NH4NO2NaClNH4NO2N2 2H2O(ii)将氨气通过红热的氧化铜,可得到较纯的N2。2NH3 3CuO 3Cu N2 3H2O(iii)氨气通过溴水,除去杂质Br2(用Na2CO3)、H2O(用
20、P2O5),可得到较纯的N2。2NH3 3Br2 N2 6H2O(iv)2NaN3(l)=2Na(l)+3N2(g)(3)N2分子的成键形式?NN 941.7kJ/molN=N 418.4kJ/molN N 154.8kJ/mol差523.3kJ/mol差263.6kJ/mol(4)解释N2在3273K时只有0.1%解离。(保护气)(5)N2的用途?(合成氨,制化肥、硝酸、炸药等;保护气;冷冻剂)(6)N形成化合物时的二个特征:(i)最大共价键数为4,其他为6 (ii)氮氮间以重键结合成化合物:其他不易因为原子较小,2p轨道重叠较多,如CaC2、N3-、CN、N5 第三节 氨和铵盐1、氨(1)
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