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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 )
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1
水晶 ( SiO2 )
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2
方解石 ( CaCO3 )
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3
§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。
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4
金刚石
硬度最大，熔点最高的单质。
. 3823 K 。
碳原子 sp3 等性杂化，
无自由电子，不导电。
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5
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。
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6
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 。
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