PPT《第十五章 碳族元素》

第十五章 碳族元素 碳C单质 石墨,金刚石,C60 ,C70 ? ? ? 无机化合物 CO2 ,白云石 MgCa (CO3)2 石灰石、大理石、方解石 CaCO3 有机化合物 动植物体,煤(s),石油 ( l 天然气 ( g 排第

13 位锗Ge 锗石矿 Cu2S ? FeS ? GeS2 .

锡Sn 锡石矿 SnO2 云南个旧称为锡都 . 铅Pb 方铅矿 PbS . 以下为部分天然矿物晶体照片 硅Si 以Si-O-Si 键存在 水晶、石英 SiO2 其它硅酸盐矿物 排第

2 位(矽)水晶 ( SiO2 ) 方解石 ( CaCO3 ) §1 碳一单质 335pm 木炭和焦炭基本属于石墨类型,但是晶形不完整.

1 同素异形体 石墨 硬度小,熔点极高,层状结构 碳原子 sp2 杂化,形成分子平面. 碳原子的 pz 轨道互相平行,均垂直于分子平面,在层内形成 键.有离域 ? 电子,所以石墨导 电.层间的分子间作用力小,易滑动,有润滑性. 金刚石 硬度最大,熔点最高的单质.m.p.

3823 K 碳原子 sp3 等性杂化,无自由电子,不导电. 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. 将每个顶角都截掉,截口处产生十二个正五边形,原来的每个正三角形都变成了正六边形.20 个正六边形,12 个正五边形 ―― 截角正二十面体. 碳簇 以C60 (足球烯,富勒烯)为最常见. 从正二十面体出发,去理解 C60 的几何形状.

2 碳的还原性 rSm = -172 J?k-1?mol-1 rSm

3 J?k-1?mol-1 rSm =

178 J?k-1?mol-1 rSm 如何? 碳作为还原剂, 涉及以下三个反应: (a)

2 CO(g) + O2(g) ――

2 CO2(g) (b) C(s)O2(g)CO2(g) (c)

2 C(s) + O2(g) ――

2 CO (g) 冶金工业上,用碳还原金属氧化物制备金属,如:MnO + C ―― Mn + CO (

1 上述反应 (1) 可以看成由下面两个反应 (2) 和(3) 相减得到

2 C (s) + O2 (g)2 CO (g)2

2 Mn + O2 ――

2 MnO (

3 ) 我们关心反应 (1) 需要在什么温度下才能进行,就必须讨论反应 (2) (3) 等的 rGm 随温度 T 的变化情况 .

273 1273 T/K -200 rGm / kJ・mol-1 -400 -600 -800 (a) (b) (c) 为什么给出 rSm? 将反应的 rGm 对温度 T 作图,rGm = rHm - TrSm,其斜率是 -rSm . 再把反应 ( d )

2 Mn + O2 ――

2 MnO 的rGm ~ T 线,画入图中. -800 rGm / kJ・mol-1 m.p.

273 1273 T/K -200 -400 -600 (a) (b) (c) (d) Ty Tz ( d ) 线斜率为正,达到的熔点 m.p. 时其斜率更大. (a)

2 CO ( g ) + O2 ( g ) ――

2 CO2 ( g b) C ( s O2 ( g ) ―― CO2 ( g c)

2 C ( s ) + O2 ( g ) ――

2 CO ( g d)

2 Mn + O2 ――

2 MnO

2 Mn + O2 ――

2 MnO , m.p. 是哪种物质的熔点 ? Tz (a) (b) (c) Ty (d) m.p. 当T>Ty 时, ( e ) 式的 ?rGm <

0 ,这样的温度下 C 可以将 MnO 还原,且产物是 CO . ( c )

2 C (s) + O2 (g)2 CO ( g d )

2 Mn + O2 ――

2 MnO MnO + C ―― Mn + CO ( e ) ?rGm =

0 当温度为 Ty 时,( c ) ( d ) 两线相交,该温度时两个反应的 ?rGm 相等. Tz (a) (b) (c) Ty (d) 思考题 MnO + C ―― Mn + CO 的?rHm 为正还是负 ? 正是由于

2 C + O2 ――

2 CO 反应的存在,才使得碳在冶金工业上被广泛用为还原剂. 因为该反应的 rSm > 0,即直线的斜率为负. 若产生 CO2 ,即(d)线和 ( b ) 线相交,则温度还要高达到 Tz 以上 . 二 氧化物

1 二氧化碳 CO2 的分子结构 C sp 等性杂化,2 个?键,两个 :O ―― C ―― O: .. . . .. . . CO2 的生产 CaCO3 (石灰石) ―― CaO + CO2 Tz (a) (b) (c) Ty (d) CO 无色无臭有毒气体,在水中溶解度较小. 1° 制备 向热浓硫酸中滴加甲酸

2 一氧化碳 热浓 H2SO4 HCOOH ―――― CO↑ + H2O 草酸与浓硫酸共热 H2C2O4 ( s CO + CO2 + H2O 将CO2 和H2O 用固体 NaOH 吸收,得CO . 热浓 H2SO4 制纯的 CO 可用分解羰基化合物的方法 加热 Ni (CO)4 ( 液Ni +