高中化学竞赛辅导讲座碳族元素

化学竞赛辅导讲座第一节碳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+β-(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：397.27394.38kJ/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。第二节碳的化合物1、CO(Carbonmonoxide)(1)制法：H2SO4(浓）HCOOHCO+H2OCO+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）与非金属作用：CO+2H2====CH3OHCO+3H2=====CH4+H2OCO+Cl2======COCl22、CO2（Carbondioxide）（1）结构：等电子体：CO2N3-NO2+N2O+OCN-（2个Π）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（Carbonicacid)CO2+H2O==H2CO3K=1.8X10-3CO2+H2O==H++HCO3-K=4.2X10-7相加得：H2CO3＝H＋＋HCO3－K＝2.4X10-44、碳酸（氢）盐：（1）同条件下，碳酸钠的溶解度略大于碳酸氢钠，WHY？OHO2－OCCOOHO(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：K1＝4.2*10-7、K2=5.6*10-11Kw=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*10-8K2=5.6*10-11(ii)[H+]=K1K2=10-8.3pH＝8.3(4）已知：KspKspKCaCO32.5*10-9H2CO34.2*10-7Ca(OH)25.5*10-6HCO3-5.6*10-11MgCO31.0*10-5Mg(OH)21.8*10-11a: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？（5）等电子体：CO32－、NO3－、BO33－、BF3Sp2杂化64第三节碳的卤化物和硫化物1、四卤化碳F2＋CCl2F2＝CF4＋Cl23Cl2＋CS2＝CCl4＋S2Cl2问题：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第四节硅1、性质：Si＋4OH－＝SiO44－＋2H2SiO44－＋4H2O＝Si（OH）4＋4OH－Si＋4HF（aq)=SiF4+2H2Si(s)+O2(g)=SiO2(s)ΔG=-805kJ2、制备：SiO2＋2C（s)=Si(s)+2CO(g)ΔH=-690kJΔS=0.361kJ/KSiO2+CaC2=Si+Ca+2COSiH4==Si+2H2第五节硅化氢和卤化物1、硅烷：Mg2Si＋4HCl＝SiH4＋2MgCl2SiCl4＋LiAlH4＝SiH4＋LiCl＋AlCl3SiH4＋2O2＝SiO2＋2H2O2、卤化硅（1）SiF4：SiO2＋4HF＝SiF4＋2H2O300~350ºCBaSiF6＝＝＝＝BaF2＋SiF4(g)SiF4+2H2O==SiO2+4HFSiF4+2Na2CO3+2H2O==2Na2SiF6+H4SiO4+2CO2(防止污染）SiF4＋2F－＝SiF62－ΔH＝－130.5kJNa2SiF6+2H2O==2NaF+SiO2+4HFSiF62-:(1)杂化形式：sp3d2(2)等电子体：AlF63-、PF6-、SF6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＋2Cl2ＳiCl4+2CO第六节二氧化硅和硅酸盐1、SiO2（Silica）SiO2（s)+4HX(g)==SiX4(g)+2H2OHFΔG=-92.82kJHCl:ΔG=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＋SiO2＝K2SiO3＋NO+NO2+Ｏ2(5)SiO2+CaO==CaSiO32、硅酸及其盐：（1）硅酸的种类：H2SiO3SiO2•H2O偏（正）硅酸H4SiO4SiO2•2H2O正（原）硅酸H6Si2O72SiO2•3H2OH4Si3O83SiO2•2H2OH2Si2O52SiO2•H2O二偏硅酸H2SiO3特点(1)二元弱酸（K1＝4.2*10-10K2=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：Hn＋2PnO3n＋1（n聚磷酸）H4SiO4弱酸，易缩合：（2）硅酸盐水玻璃（waterglass):硅酸钠的水溶液。SiO32－＋2H＋＝H2SiO3（胶体或凝胶）SiO32－＋2CO2＋2H2O=H2SiO3+2HCO3-SiO32-+2NH4+=H2SiO3+2NH3§7Sn&Pb(1)PbO2:(强氧化剂）PbO2+4HCl==PbCl2+Cl2+2H2O5PbO2+2Mn2++4H+==5Pb2+2MnO4-+2H2OPbSO4+2e=Pb+SO42-Eø=-0.356VPbO2+SO42-+4H+＋2e=PbSO4+2H2OEø=1.685V放电PbO2+Pb+2H2SO4=====2PbSO4+2H2OE=2.041V充电（2）Pb3O4：（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－＝SnS32－SnS2＋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＋＋Sn4＋2Hg2＋＋Sn2＋＋2Cl－＝Hg2Cl2＋Sn4＋Hg2Cl2＋Sn2＋＝2Hg＋Sn4＋＋2Cl－2Sn2＋＋O2+4H+==2Sn4++2H2OSn4++Sn==2Sn2+SnCl2、SnCl4、PbCl2(无PbCl4？）易形成SnCl3－、SnCl62－PbCl42－、PbCl64－（11mol/LHCl)