Химия элементов. Лекция 1 Общая характеристика элементов IVA-группы. Углерод и кремний

Август 31, 2022

Главная
Химия
Химия элементов. Лекция 1 Общая характеристика элементов IVA-группы. Углерод и кремний

Содержание

2. Элементы IVА-группы Неметаллы Амфотерные элементы
3. Общая электронная формула: […] ns 2 (n–1)d 10np2 Валентные возможности: С: 2, 4; Si, Ge, Sn,
4. Оксиды элементов IVА-группы +IV CO2(г) уст. SiO2(т) уст. GeO2(т) уст. SnO2(т) уст. PbO2(т) с.окисл. +II CO
5. Водородные соединения элементов IVА-группы СH4 SiH4 GeH4 SnH4 PbH4 неуст. Склонность к катенации (образование цепей состава
6. Простые вещества Аллотропия Углерод: алмаз (sp3), графит (sp2), карбин (sp), фуллерен. Олово «белое» и «серое». Структура
7. Химические свойства При комн. темп. С, Si, Ge + H2O ≠ С, Si, Ge + H3O+
8. Химические свойства С(т) + KOH ≠ Si + 4NaOH = Na4SiO4 + 2H2↑ Si + 8OH–
9. Простые вещества ЭIVA ЭГ2, ЭГ4 (Sn, Pb) ЭO, ЭO2 (Sn, Pb) ЭS, ЭS2 SiO44– [Э(OH)3]– +
10. Распространение в природе и важнейшие минералы 2. Si 25,80% (27,72% в литосфере) 13. C 0,087% (0,032%
11. Углерод: графит, алмаз, каменный уголь, нефть, природный газ, орг. в-ва, карбонаты
12. Германий, олово и свинец
13. Шкала степеней окисления углерода CO2, CO32−, H2CO3, Na2CO3, CS2, CF4, CCl2O, C(NH2)2O CO, HCN, C2F4 C
14. Графит Т. пл. 3800 °С, т. кип. 4000 °С, плотность 2,27 г/см3, электропроводен, устойчив. Типичный восст-ль
15. Алмаз Бесцветные прозрачные кристаллы, диэлектрик, ювелирный драгоценный камень (бриллиант), плотность 3,515 г/см3. Крист. решетка атомная (sp3-гибридизация).
16. Карбин и фуллерен Карбин: линейные макромолекулы (С2)n, бесцветен и прозрачен, полупроводник; плотность 3,27 г/см3; выше 2300
17. Карбиды
18. Водородные соединения. Метан CH4 СН4 – газ без цвета и запаха, горюч, главная сост. часть природного
19. Монооксид углерода CO – несолеобразующий оксид Бесцветный газ, без запаха, легче воздуха, малорастворим в воде, т.кип.
20. Монооксид углерода CO Донорные свойства: CO образует прочные комплексы, например [Fe(CO)5]. : C ::: O Обнаружение:
21. Диоксид углерода CO2 (кислотный оксид) Бесцветный газ, без запаха, тяжелее воздуха, умеренно растворим в воде (при
22. Моногидрат CO2 . H2O и угольная кислота H2CO3 В водном растворе: CO2 (г) + H2O ⮀
23. Строение: sp2-гибридизация
24. Карбамид и цианамид Синтез карбамида: NH4NCO ⮀ (NH2)2CO (+t) (Фридрих Вёлер, 1828 г.) Цианамид NH2CN и
25. Псевдогалогениды Циановодород HCN – бесцв.ж., т. пл. –13,3 °С, т.кип. +25,6°С). В водн. р-ре – слабая
26. Псевдогалогениды Тиоцианат водорода HNCS («родановодород») не ядовит. В водном растворе HNCS - сильная к-та Ион NCS−
27. Кремний Химическое растворение 3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2[SiF6] + 4NO↑ + 8H2O Si +
28. Водородные соединения SinH2n+2 (силаны) Моносилан SiH4: SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O Получение силанов: SiO2
29. Кислородные соединения Полиморфизм диоксида кремния: кварц тридимит кристобалит SiO2(ж) (расплав) SiO2 GeO2 + H2O ≠ SiO2
30. Травление стекла SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O SiO2 + 6HF (изб.) = H2[SiF6] +
32. Скачать презентацию

Слайд 2

Элементы IVА-группы
Неметаллы
Амфотерные элементы

Слайд 3

Общая электронная формула: […] ns 2 (n–1)d 10np2
Валентные возможности: С: 2, 4;

Si, Ge, Sn, Pb: 2 ÷ 6

Степени окисления: –IV, 0, +II, +IV
Устойчивые ст.ок.: С, Si, Ge, Sn: +IV
(PbIV – сильн.окисл.). Уст. ст.ок.: Pb: +II

Слайд 4

Оксиды элементов IVА-группы
+IV

CO2(г) уст.
SiO2(т) уст.
GeO2(т) уст.
SnO2(т) уст.
PbO2(т) с.окисл.
+II
CO
SiO
GeO
SnO
PbO уст.

Слайд 5

Водородные соединения элементов IVА-группы
СH4
SiH4
GeH4
SnH4
PbH4 неуст.
Склонность к катенации (образование цепей состава Э—Э—Э—Э—Э

в ряду
C Si Ge Sn Pb

Слайд 6

Простые вещества
Аллотропия
Углерод: алмаз (sp3), графит (sp2), карбин (sp), фуллерен.
Олово «белое»

и «серое».

Структура алмаза и графита

Слайд 7

Химические свойства
При комн. темп.
С, Si, Ge + H2O ≠
С, Si, Ge

+ H3O+ ≠
Sn, Pb + H2O ≠
Sn + H3O+ → Sn2+ + H2↑
Pb + H3O+ → Pb2+ + H2↑

Слайд 8

Химические свойства
С(т) + KOH ≠
Si + 4NaOH = Na4SiO4 + 2H2↑
Si

+ 8OH– –4e – = SiO44– + 4H2O
2H2O + 2e – = H2 + 2OH–
Ge + 2KOH + 2H2O2 = K2[Ge(OH)6]
Ge + 6OH– –4e – = [Ge(OH)6]2–
H2O2 + 2e – = 2OH–
Sn + NaOH + 2H2O = Na[Sn(OH)3] + H2↑
Sn + 3OH– –2e – = [Sn(OH)3]–
2H2O + 2e – = H2 + 2OH–

Слайд 9

Простые вещества
ЭIVA
ЭГ2, ЭГ4 (Sn, Pb)
ЭO, ЭO2 (Sn, Pb)
ЭS, ЭS2
SiO44–
[Э(OH)3]– + H2↑

(Sn, Pb)

Э2+ + H2↑ (Sn, Pb)

CO2, Pb2+, SnO2 · nH2O

Sn2+, Pb2+

Слайд 10

Распространение в природе и важнейшие минералы
2. Si 25,80%
(27,72% в

литосфере)
13. C 0,087%
(0,032% в литосфере)
31. Sn 0,0035%
35. Pb 0,0018%
46. Ge 6 ·10–4% (РРЭ)

Кремний: кварц, яшма, агат, опал, силикаты, алюмосиликаты

Слайд 11

Углерод: графит, алмаз, каменный уголь, нефть, природный газ, орг. в-ва, карбонаты

Слайд 12

Германий, олово и свинец

Слайд 13

Шкала степеней окисления углерода
CO2, CO32−, H2CO3, Na2CO3, CS2, CF4, CCl2O,

C(NH2)2O

CO, HCN, C2F4

C (графит, алмаз, карбин, фуллерен)

СH4, Be2C, Al4C3, SiC

Слайд 14

Графит
Т. пл. 3800 °С, т. кип. 4000 °С, плотность 2,27 г/см3,

электропроводен, устойчив.
Типичный восст-ль (реагирует с водородом, кислородом, фтором, серой, металлами).
Кристаллическая решетка слоистая (sp2-гибридизация).

Слайд 15

Алмаз
Бесцветные прозрачные кристаллы, диэлектрик, ювелирный драгоценный камень (бриллиант), плотность 3,515 г/см3.
Крист.

решетка атомная (sp3-гибридизация).
Выше 1200 °С переходит в графит.
При прокаливании на воздухе сгорает.

Слайд 16

Карбин и фуллерен
Карбин: линейные макромолекулы (С2)n, бесцветен и прозрачен, полупроводник; плотность

3,27 г/см3; выше 2300 °С переходит в графит.

Фуллерен: С60 и С70 (полые сферы), темно-окрашенный порошок, полупроводник, т. пл. 500-600 °C, плотность 1,7 г/см3 (С60).

Слайд 17

Карбиды

Слайд 18

Водородные соединения. Метан CH4
СН4 – газ без цвета и запаха,

горюч, главная сост. часть природного газа.
Получение в лаборатории:
CH3COONa + NaOH (+t) =
= Na2CO3 + CH4↑
Горение:
CH4 + O2 = С + 2H2O
CH4 + 2O2 (изб.) =
= СO2 + 2H2O

sp3

Слайд 19

Монооксид углерода CO – несолеобразующий оксид
Бесцветный газ, без запаха, легче

воздуха, малорастворим в воде, т.кип. –191,5 °С, ядовит («угарный газ»).
Восстановительные свойства (t):
4CO + Fe3O4 = 3Fe + 4CO2
(пирометаллургия)

Слайд 20

Монооксид углерода CO
Донорные свойства:
CO образует прочные комплексы, например [Fe(CO)5].
: C

::: O

Обнаружение:
PdCl2 + CO + H2O = Pd↓ + CO2 + 2HCl
I2O5 + 5CO = I2 + 5CO2

Слайд 21

Диоксид углерода CO2 (кислотный оксид)
Бесцветный газ, без запаха, тяжелее воздуха, умеренно

растворим в воде (при комн. т-ре в 1 л воды – около 1,7 л CO2).
В тв. сост. («сухой лёд») – молекулярная крист. решетка; т. возгонки –78 °С, т.пл. –57 °С (р = 5 атм).

sp-гибридизация

Слайд 22

Моногидрат CO2 . H2O и угольная кислота H2CO3
В водном растворе:
CO2

(г) + H2O ⮀ CO2 . H2O ⮀ H2CO3
H2CO3 – слабая двухосновная кислота:
H2CO3 + H2O ⮀ HCO3– + H3O+ ; KK = 4,27 · 10–7
HCO3– + H2O ⮀ CO32– + H3O+ ; KK = 4,68 · 10–11

Соли – карбонаты и гидрокарбонаты M2CO3 и MHCO3 подвергаются гидролизу (рН > 7).
Термическое разложение гидрокарбонатов:
2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2↑ + H2O

Видеофрагмент

Слайд 23

Строение: sp2-гибридизация

Слайд 24

Карбамид и цианамид
Синтез карбамида:
NH4NCO ⮀ (NH2)2CO (+t)
(Фридрих Вёлер, 1828

г.)

Цианамид NH2CN и цианамид кальция Ca(CN2) – соль цианамида H2(CN2)

Слайд 25

Псевдогалогениды
Циановодород HCN – бесцв.ж., т. пл. –13,3 °С, т.кип.

+25,6°С).
В водн. р-ре – слабая «синильная кислота»:
HCN + H2O ⮀ CN– + H3O+; KK = 4,93 · 10–10
Цианид-ион CN− : донорные св-ва, образует прочные комплексы, ядовит.

: C:::N–

HCN – производное дициана C2N2

Слайд 26

Псевдогалогениды
Тиоцианат водорода HNCS («родановодород») не ядовит.
В водном растворе

HNCS - сильная к-та
Ион NCS− : слабые донорные свойства

HNCS – производное дитиоциана (SCN)2

Слайд 27

Кремний
Химическое растворение
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2[SiF6] + 4NO↑ +

8H2O
Si + 4NaOH = Na4SiO4 + 2H2↑
Получение кремния
SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si
SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl (кремний ос.ч.)

Слайд 28

Водородные соединения SinH2n+2 (силаны)
Моносилан SiH4:
SiH4 + 2O2 = SiO2

+ 2H2O
Получение силанов:
SiO2 + 4Mg(изб) = Mg2Si + 2MgO
(силицид магния)
Mg2Si + 4H2O = 2Mg(OH)2 + SiH4↑
Mg2Si + 4H3O+ = 2Mg2+ + 4H2O + SiH4↑

Видео: магниетермияВидео: магниетермия и получение силана

Слайд 29

Кислородные соединения
Полиморфизм диоксида кремния:
кварц
тридимит
кристобалит
SiO2(ж) (расплав)
SiO2
GeO2
+ H2O ≠
SiO2

+ 4NaOH(р) = Na4SiO4 + 2H2O (ортосиликат натрия)
GeO2 + 2NaOH(т) = Na2GeO3 + H2O (метагерманат натрия)

SiO2
GeO2

+ H3O+ ≠

Слайд 30

Травление стекла
SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O
SiO2 + 6HF

(изб.) = H2[SiF6] + 2H2O (гексафторосиликат водорода)

Химия элементов. Лекция 1 Общая характеристика элементов IVA-группы. Углерод и кремний

Содержание

Элементы IVА-группыНеметаллы Амфотерные элементы

Общая электронная формула: […] ns 2 (n–1)d 10np2Валентные возможности: С: 2, 4;

Оксиды элементов IVА-группы+IV CO2(г) уст.SiO2(т) уст.GeO2(т) уст.SnO2(т) уст.PbO2(т) с.окисл.+IICOSiOGeOSnOPbO уст.

Водородные соединения элементов IVА-группыСH4SiH4GeH4SnH4PbH4 неуст.Склонность к катенации (образование цепей состава Э—Э—Э—Э—Э

Простые вещества АллотропияУглерод: алмаз (sp3), графит (sp2), карбин (sp), фуллерен.Олово «белое»

Химические свойстваПри комн. темп.С, Si, Ge + H2O ≠С, Si, Ge

Химические свойстваС(т) + KOH ≠Si + 4NaOH = Na4SiO4 + 2H2↑ Si

Простые веществаЭIVAЭГ2, ЭГ4 (Sn, Pb)ЭO, ЭO2 (Sn, Pb)ЭS, ЭS2SiO44–[Э(OH)3]– + H2↑

Распространение в природе и важнейшие минералы 2. Si 25,80% (27,72% в

Углерод: графит, алмаз, каменный уголь, нефть, природный газ, орг. в-ва, карбонаты

Германий, олово и свинец

Шкала степеней окисления углерода CO2, CO32−, H2CO3, Na2CO3, CS2, CF4, CCl2O,

ГрафитТ. пл. 3800 °С, т. кип. 4000 °С, плотность 2,27 г/см3,

АлмазБесцветные прозрачные кристаллы, диэлектрик, ювелирный драгоценный камень (бриллиант), плотность 3,515 г/см3.Крист.

Карбин и фуллеренКарбин: линейные макромолекулы (С2)n, бесцветен и прозрачен, полупроводник; плотность

Карбиды

Водородные соединения. Метан CH4 СН4 – газ без цвета и запаха,

Монооксид углерода CO – несолеобразующий оксид Бесцветный газ, без запаха, легче

Монооксид углерода COДонорные свойства: CO образует прочные комплексы, например [Fe(CO)5].: C

Диоксид углерода CO2 (кислотный оксид)Бесцветный газ, без запаха, тяжелее воздуха, умеренно

Моногидрат CO2 . H2O и угольная кислота H2CO3 В водном растворе:CO2