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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)
水晶( SiO2 )
方解石( CaCO3 )
§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。
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。
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。
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。
273 1273 T/K
-200
△rGm / kJ·mol-1
-400
-600
-800
(a)
(b)
(c)
为什么给出△rSm?
将反应的△rGm 对温度 T 作图,
△rGm = △rHm - T△rSm,其斜率是-△rSm 。
再把反应( d ) 2 Mn + O2 —— 2 MnO 的△rGm ~ T 线, 画入图中。
-800
△rGm / kJ·mol-1
.
273 1273 T/K
-200
-400
-600
(a)
(b)
(c)
(d)
Ty Tz
( d ) 线斜率为正,达到的熔点 . 时其斜率更大。
(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 )
(d) 2 Mn + O2 —— 2 MnO
2 Mn + O2 —— 2 MnO , . 是哪种物质的熔点?
Tz
(a)
(b)
(c)
Ty
(d)
.