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碳硅硼
碳硅硼
第一节引言
问题:
既然以C作为原子量的标度,为什么C的原子量是12.011而不是12?
本章:
注意结构以及与之相关的性质、合成。
第二节碳
14C的半衰期为5730年,可以测定古生物年代。
(500-5万年)
问题:
14C在自然界中是如何平衡的?
2-1石墨插入化合物
大家知道,石墨为一种层状结构,如果将这种层状结构加以利用,加入一些物质,即作为内表面,插入化合物使石墨膨胀了。
这在表面与催化方面有特殊的应用。
类似的还有γ-Al2O3
金红石(rutile)TiO2
2-2活性碳的吸附性
例如金刚石
活性碳:
主要是内表面,外表面很小
吸附:
和催化特性极为相关
物理吸附(physicaladsorption)
化学吸附(chemicaladsorption)作用大,热效应大
2-3CO是否为甲酸酐
CO+NaOHHCOONa
HCOOH脱水得CO
1.检验:
CO+PdCl2+H2OPd+CO2+2HCl
2.Fe2O3+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)ΔH=-26.8kJ·mol-1
Fe(s)+5CO(g)=Fe(CO)5
ΔH=-233.5kJ·mol-1
(投影)
3.CO和N2的键能
有人试图从分子轨道理论加以解释则应为两个π键能量相等
又有人想从第一个π键<第二个π键,也不可以解释
2-4CO2H2CO3及盐
若将0.2mol/lNa2CO3和0.2mol/lCaCl2混合,是生成Ca(OH)2还是CaCl2
Ksp:
5.5×10-62.5×10-9
[Ca2+][CO32-]=0.1×0.1=10-2>2.5×10-9
[Ca2+][OH-]2=0.1×(4.5×10-3)2=2×10-6<5.5×10-6不沉淀
若将0.2mol/lMgCl2和0.2mol/l混和呢?
生成Mg(OH)2和MgCO3?
Ksp1.8×10-111×10-5
而[Mg2+][CO2-]=10-2>>Ksp
[Mg2+][OH-]2=2×10-6>>Ksp
生成碱式盐Mg(OH)2CO3
有兴趣的同学可以讨论一下,什么时候生成碱式盐。
1.动力学>>Ksp时,来不及选择,一起沉淀。
2.热力学,Mg2(OH)2CO3的pH值为多少?
[Mg2+][CO2-]=Ksp=1.8×10-11
[Mg2+][OH-]2=Ksp=1×10-5
而
[OH-]=9×10-7
pOH=6.04,pH=8
但是,Mg2(OH)2CO3为一纯净物,有它自己的稳定性,故在pH=6左右很大的区间内生成Mg2(OH)2CO3
若将CO32-改成HCO3-,则以相同的计算,并可知:
0.1mol·L-1的NaHCO3,[OH-]=2×10-6,则
M2++HCO3¯==MCO3
Ca2+,Sr2+,Ba2+,Cd2+,Mn2+,Ni2+,Ag2+,
M2++HCO3¯=M2(OH)2CO3
Cu2+,Zn2+,Be2+,Co2+
M3++HCO3¯==
Fe3+,Al3+,Cr3+
若用CO2通入NaHCO3中呢?
若用CO2通入水中呢?
练习1练习2
第二节硅
重点为硅酸盐
3-1单质硅
一、SiO2+2CSi+2CO↑
H2
提纯,Si+Cl2
SiCl4
Si+HCl
高纯硅(用于半导体),区域熔融法。
可达7个9(Hyperpuresilicon)
二、
3Si+4HNO3+18HF==3H2SiF6+4NO+8H2O
Si+2NaOH+H2O==2H2+Na2SiO3
Si+HNO3不反应
无HF时不反应。
而Si+HFSiF4+2H2常温下也不反应。
3-2硅烷n=15
一、硅烷为什么没有碳烷多
Si-Si键 二、实验室是用SiO2+Mg粉制Si的,但是有人制得的Si后加HCl洗时突然起火,why? SiO2+Mg==Mg2Si+MgO Mg2Si+4HCl==SiH4+MgCl2 SiH4+O2==自燃 三、反应 SiH4+2KMnO4 H2+K2SiO3+2MnO2↓+H2O 问题: why? SiO2+HF 反应 SiO2+HCl 反应 3-3Si的卤化物和氟硅酸盐 一、SiO2的结构 原子晶体。 Si为面心立方,而O占据1/4的位置。 熔沸点高。 二、硅酸(xSiO2·yH2O) x y 偏 H2SiO3 1 1 二 H6Si2O7 2 3 三 H4Si3O8 3 2 二偏硅酸 H2Si2O5 2 1 他们的生成和pH值有关。 但并非pH越小越快,pH=6左右最快。 学生实验时,Na2SiO3+HCl如何做? 很多人得不出结论。 硅酸盐的结构特点: 总体,Si+4价,Si和O一定相连形成SixOyn-的结构,它与阳离子形成离子键。 1.SiO44-,单个SiO4Si: O=1: 4 2.两个SiO4以角氧相连 6.空间结构 1.由于是层状,片状结构,易从链间(石棉)、层间(云母)一条条、一片片撕开。 2.Al、P都可以形成AlO4、PO4,他们都可以部分代替SiO4形成硅铝酸盐、磷铝酸盐。 3.沸石和分子筛。 练习 第四节B B化学是近30年来取得最大进展的领域之一, 硼砂Na2B4O7·10H2O硼镁矿Mg2B2O5·H2O 问题: 如何由硼砂制备B并提纯? Δ Na2B4O7·10H2O+H+ H3BO3 Al Cl2 H2 B2O3 B BCl3 B B的特点: 缺电子原子,易形成多中心键。 4-2单质硼的结构和性质 B12与B12之间是3c-2e键,层与层之间σ键 C60的构型为截角20面体。 (1984年,质谱证实存在,1990年,Kratchmer用He气氛下电弧法宏观制备C60) 练习 4-3硼烷,乙硼烷的分子结构 一、无BH3而有BF3,why? 而BH3无此键。 2.硼烷、 B2H6B4H10 乙硼烷,丁硼烷 [BnHn]2-BnHn+4,BnHn+6 4-4硼酸、硼酸盐 一、硼酸以氢键相连成片状 为什么H3BO3的溶解度很小? 而加热又迅速上升? H3BO3以氢键连成层状结构后,同一层内氢键达到饱和,使它不与水缔合,而加热则破坏了这种缔合。 硼砂 Na2B4O7·10H2O Na2[B4O5(OH)4]·10H2O
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