碳族元素单质的还原性和氧化性

一、碳族元素的种类、位置和结构特点

C族元素包括C、Si、Ge、Sn、Pb 5种元素，在元素周期表中处于ⅣA族，最外层有4个电子。

（1）Si、Ge是半导体；Sn、Pb是导体；C单质中的石墨导电，金刚石不导电。

（2）注意Sn、Se的写法，不要混淆。

二、半导体

常见的半导体单质材料有Si、Ge、Se、Ga 4种，常见的半导体化合物较多，如砷化镓等。

科学上，半导体材料通常在周期表中的金属和非金属分界线附近寻找。在已发现的半导体材料中有：Si、Ge和Se，以及某些合成材料。半导体材料为什么在元素周期表中的金属和非金属分界线附近出现，这与分界线附近元素原子的结构有着密切的关系。详细的理论有待同学们进一步学习和研究。

三、石墨晶体的导电性

物质的结构决定物质的性质，欲认识物质的性质，须先了解物质的结构。

图7－1

研究表明，石墨晶体为片层结构。片层内部，C原子相互以共价键连接成牢固的正六边形。片层之间，以微弱的范德华力相联系。

由于片层内部，每个C原子只提供3个电子形成了3个共价键，因而每个C原子还有1个未成键电子，这些个未成键电子在外加电压的作用下可以定向移动，所以石墨晶体能够导电。

四、C族元素性质的递变规律

随C、Si、Ge、Sn、Pb原子序数的递增：

（1）原子半径逐渐增大；

（2）单质密度逐渐增大（金刚石除外）；

（3）单质的熔点逐渐降低；

①石墨的熔点高于金刚石；

②锡反常：熔点低于铅；

（4）金属单质的沸点逐渐降低，非金属单质的沸点也逐渐降低；

（5）非金属性越来越弱，金属性越来越强；

（6）C、Si与H2结合能力依次减弱，其氢化物的稳定性依次降低；

（7）最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱、碱性逐渐增强。

①H2CO3能使紫色石蕊试液变浅红色，H2SiO3（或H4SiO4）不能。

②H2CO3能溶于水，H2SiO3（或H4SiO4）不溶。

（8）碳族元素的化合价主要有＋4和＋2，碳、硅、锗、锡的＋4价化合物是稳定的，而铅的＋2价化合物是稳定的。

五、碳族单质熔、沸点的递变规律

C、Si、Ge、Sn、Pb 5种元素中，C、Si是非金属元素，其单质熔沸点递变规律与卤素相同（规律相同、原理不同）；Ge、Sn、Pb是金属元素，其单质熔沸点递变规律与碱金属相同。

C、Si、Ge、Sn、Pb中，C、Si形成的是原子晶体，由于C—C键比Si—Si键短，即键能大，因而克服它耗费的能量就多，故其熔点较高。Ge、Sn、Pb形成的是金属晶体，它们的价电子数相同，但离子半径依次增大，即键长依次增大，键能依次减小，故熔点逐渐降低。由于Si晶体的熔点比Ge晶体高，所以C、Si、Ge、Sn、Pb熔、沸点逐渐降低（熔点Sn反常）。

六、金刚石、石墨熔点的比较

金刚石的熔点是3550℃，石墨的熔点是3652℃～3697℃（升华）。石墨熔点高于金刚石。从片层内部来看，石墨是原子晶体；从片层之间来看，石墨是分子晶体；而金刚石是原子晶体。石墨晶体的熔点反而高于金刚石，似乎不可思议，但石墨晶体片层内共价键的键长是142×10－10m，金刚石晶体内共价键的键长是155×10－10m。同为共价键，键长越小，键越牢固，破坏它也就越难，也就需要提供更多的能量，故而熔点应该更高。

七、C族元素的反常规律

在碳族元素的递变规律中有三个反常现象，它们分别是：

（1）C、Si、Ge、Sn的＋4价是稳定的，Pb的＋2价是稳定的。

根据递变规律，C、Si、Ge、Sn、Pb还原性逐渐增强，因而理论上Pb的＋4价是比C、Si、Ge、Sn的＋4价化合物稳定的，而事实上正好相反：Pb的＋4价是极不稳定的，＋4价的Pb具有很强的氧化性。

（2）金属活动顺序表中，Sn排在Pb的前面。

根据递变规律可知，Pb的活泼性比Sn要强，而事实上，在金属活动顺序表中，Sn却排在Pb的前面。

（3）Sn的熔点比Pb低。

根据递变规律，熔点Sn比Pb高，而事实上却是Sn比Pb低。

八、C60

（1）C60、金刚石和石墨都是C元素的同素异形体。

（2）C60是60个C原子形成的1个分子，其式量为720。C60间形成分子晶体，熔沸点较低。

（3）与C60相似，C70、C84、C240等相继被发现，它们也是C元素的同素异形体。

九、PbO2、MnO2与浓盐酸（aq）的反应比较

通常Pb有两种化合价：＋2价和＋4价；＋4价Pb因氧化性太强而不稳定，易变为＋2价。PbO2氧化浓盐酸的反应如下：

PbO2＋4HCl（浓）＝＝＝＝PbCl2＋Cl2↑＋2H2O

不论从反应物与生成物的化学式、化学计量数，还是从Pb、Mn的价态及其变化上，这个反应，跟MnO2氧化浓盐酸的反应很相似：

MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

不同点是PbO2的氧化性更强，不需加热就能将浓盐酸氧化。

MnO2在通常的状况下很稳定，不溶于水、稀酸、稀碱，且在酸碱中均不歧化。但MnO2是两性氧化物，可以和浓酸、浓碱反应
4MnO2+6H2SO4(浓)-----2Mn2（SO4）3+O2+6H2O
MnO2+2NaOH(浓)-----Na2MnO3+H2O
TiO2+6HF==H2TiF6+2H2O
TiO2+2H2SO4==Ti(SO4)2+2H2O
TiO2+H2SO4==TiOSO4+H2O
2KOH+TiO2==K2TiO3+H2O (熔融条件下）
因此TiO2 MnO2 一定是两性氧化物
记好定义，仔细对照
两性氧化物：难溶于水，但可溶于强酸(如HCl)，又可溶于强碱(如NaOH)。
酸性氧化物：能与水作用成酸或与碱作用成盐（不生成其它物质）的氧化物。
碱性氧化物：能跟酸起反应，生成盐和水，这种氧化物叫碱性氧化物(且生成物只能有盐和水,不可以有任何其它物质生成)。碱性氧化物包括活泼金属氧化物和其他金属的低价氧化物

提示：不是所有金属氧化物都是离子化合物，也不是所有导电的金属氧化物都是（典型的）离子晶体；金属氧化物导电也并不一定需要熔化，不要被人误导
典型例子：Mn2O7-分子晶体、V2O5-共价键为主的缔合物、BeO-原子晶体
常见固态就可以导电金属氧化物的大致分类，注意讨论的是极端情况，某些氧化物属于多种导电因素共存
1某些低价态（非正常价态）的氧化物，但是实际上此类情况往往与2、3共存
如TiO，可以认为O只是插入金属中，保留了一部分金属键
2某些复合金属氧化物或者同一金属不同价态共存的氧化物，不同价态金属（前提是金属可变价）原子间电子转移
如钨青铜、Fe3O4
3存在氧空位等缺陷的金属氧化物（与2有时不好区分），不过此类氧化物往往写成化学计量比的形式，初学者往往不容易区分，因此还是有必要单独讨论的
如PbO2、MnO2
4氧离子传导导致的导电性，此类情况多见于锆、铈基复合氧化物

PbO2 + 4HCl = PbCl2 + Cl2 + 2H2O
Pb → 得2e- → PbCl2
2HCl → 失2e- → Cl2
生成01molCl2，转移电子数为02mol
转移电子数=得到电子数=失去电子数
望采纳o，亲！！！

---