C 碳
单 质: 石墨、金刚石, C60, C70.
无机物: CO2，石灰石、大理石CaCO3，白云石MgCa(CO3)2；
有机物: 动植物体，煤(s)，石油(l)，天然气(g). 排第13位.
Si 硅（矽）以Si-O-Si键存在，水晶、石英(SiO2)，及其它硅酸盐矿物，居第2位。
Ge 锗 锗石矿 Cu2S·FeS·GeS2
Sn 锡 锡石矿 SnO2 云南个旧, 锡都
Pb 铅 方铅矿 PbS
|
§1.碳
一.单质
1.
同素异形体
石墨 : 硬度小，熔点极高，层状结构, C： sp2杂化，剩余的p1轨道，在层内有πnn键，
有离域电子, 所以导电；层间分子间作用力小，易滑动，有润滑性。
碳簇: 以C60为最常见。正二十面体，每个面都是正三角形，每个面角都是五面角，共十二个顶点，将每个顶都截掉，得十二个正五边形，原来的每个正三角形都变成了正六边形。20个六边形，12个正五边形，结构为截角正二十面体。
|
2.
碳的还原性
冶金工业上，用碳还原金属氧化物制备金属，如:
MgO + C ---Mg + CO (2000K)
碳的氧化还原， 涉及到以下三个反应:
(a) 斜率为正； (b) 斜率基本为零； (c) 斜率为负 (
与斜率相反)
再看反应 2Mn + O2 ---- 2MnO 的情况，
< 0，斜率为正，当达到 m.p. 时，斜率更大，见直线(d)，在温度 Ty，(c) 线和(d)线相交，两反应的△rGm相等。
当 T > Ty时，才有(e)式的△rGm < 0, 则表示 C可以将 MnO还原，产物是CO，若产生CO2，则温度还要高(达到Tz以上).
正是由于2C + O2 --- 2CO的 △ rSm > 0, 所以碳在冶金工业上被广泛用为还原剂.
问题: (e)式的△rHm为正还是负?
|
二 氧化物
2. 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:
草酸与浓硫酸共热:
H2C2O4(s)
--- CO + CO2 + H2O
(热浓H2SO4,
将CO2和H2O 用固体NaOH柱吸收,
得CO)
制纯的CO, 可用分解羰基化合物法:
|
工业上将空气和水蒸气交替通入红热碳层:
得到的气体含CO 25％，CO2 4％，N2
70％（体积比）
这种混合气体称为发生炉煤气。另一反应：
含CO 40％，CO2 5％，H2
50％ 为 水煤气。
生成的炉煤气和水煤气都是工业上的燃料气。
2°CO的化学反应
CO + Cl2 --- COCl2
光气
CO + NaOH --- HCOONa (高压)
CO + H2 --- 多种C、H有机化合物 (催化剂)
微量的CO通入PdCl2溶液中，可使溶液变黑
CO + PdCl2 + 2H2O
--- Pd + CO2 + HCl 鉴定CO |
三 碳酸及其盐
1、结构
 
2. 可溶性碳酸盐
Na2CO3, K2CO3和(NH4)2CO3等均易溶于水。但NaHCO3、KHCO3和NH4HCO3的溶解度相对小些。原因是HCO3-有分子间氢键，发生缔合，形成双聚酸根。
CaCO3难溶，而Ca(HCO3)2 的溶解度比它大些。原因是CaCO3是 电荷高(2:2)，引力大,
不易溶解; 但Ca2+和 是＋2对－1，引力相对小些,
易于溶解。 |
3.
碳酸盐的生成
在含有金属离子溶液中加Na2CO3，由于水解 相当于有两种沉淀剂，OH-和 .
Na2CO3总浓度C = 1.0
 时，将有
[]
= 8.6 X ,
[OH-] = 1.4 X.
则产生沉淀情况要视M(CO3)n和M(OH)n的溶解度而定。
1°若M(CO3)m 溶解度<< M(OH)n溶解度, 则加入Na2CO3时只生成
M(CO3)n沉淀。如 。
2 °若 M(OH)n 溶解度极小，则只生成M(OH)n. 如
3 °两种物质的溶解度不属于以上这两种情况，而是介于中间，则生成碱式盐。如: 
4 °改变沉淀剂的情况，加入NaHCO3溶液，则[OH-]小了，有些生成碱式盐的，如 等,
可以生成碳酸盐。
5 °若加入的沉淀剂是被CO2饱和了的NaHCO3溶液，则[OH-]更少些，可使 沉淀出正盐，但由于[]也少了，致使溶度积大的MgCO3不能沉淀。但是,
CuCO3 , HgCO3由于水解强，尚未制得。
4. 碳酸盐的热分解
Na2CO3 --- Na2O
+ CO2 (850C°)
MgCO3 --- MgO + CO2
(540C°)
NaHCO3 --- Na2CO3
+ H2O + CO2 (270C°)
H2CO3 --- H2O + CO2
(常温)
均产生CO2气体，阳离子的极化作用越大, 越易分解。 |
四 其它含碳化合物
1、四氯化碳
CCl4
CCl4 是无色液体，重要非水非极性溶剂，不水解，是灭火剂，阻燃剂。(隔绝空气)
制备 : CH4 + 4Cl2
---CCl4 + 4HCl (713K)
CS2 + 3Cl2 --- CCl4 +
S2Cl2 (FeCl3, 300K)
分馏, 先蒸出为 CCl4 (b.p. 76.8℃)
2. 二硫化碳 CS2
CS2无色液体，重要的非水溶剂。
性质:
CS2 + 3O2 ---
CO2 +2SO2 (点燃)
CS2是酸性硫化物，可以与K2S反应
K2S + CS2 ---K2CS3
硫代碳酸钾
制备: 硫蒸气通过红热木炭
C + 2S --- CS2 (炽热)
|
3.
碳化物
1°离子型
碳与IA、IIA、IIIA族金属形成的碳化物, 如Al4C3等不一定有离子键，但由于有典型的金属原子，故取名离子型。易水解。
Al4C3 + 12H2O---
4Al(OH)3 + 3CH4
甲烷
2°间充型
重过渡金属半径大，在晶格中充填碳原子，仍有金属光泽，但硬度和熔点比原来的金属还高。如Zr, Hf, Nb, Ta,
Mo, W等可形成MC式碳化物。
轻过渡金属的碳化物，其活性介于重过渡金属间充型碳化物和离子型碳化物之间。可以水解。
3 °共价型
B4C，SiC(金刚砂)主要特点是高硬度. SiC硬度为9(金刚石为10)，B4C可用来打磨金刚石. |
|
|