碳族元素
一、碳
元素名称：碳。
元素符号：C。
原子序数：6。
在周期表中的位置：第二周期ⅣA族。
电子排布式：[He]2s22p2。
1.碳单质
化学式：C。
分类：非金属单质。
同素异形体：金刚石、石墨、C60（足球烯）、C70。
金刚石：原子晶体、空间立体网状结构：。
石墨：原子晶体、层状结构。
C60（足球烯）：分子晶体、12个正五边形和20个正六边形、超导体。
C70：分子晶体。
化学性质：
①非金属单质的通性：
与非金属单质反应：
与氧气反应：2C + O2(少量) =点燃=2CO。C + O2(足量) =点燃= CO2。
②还原性：
与二氧化碳反应：C + CO2 =点燃= 2CO。
与氧化铁反应：2Fe2O3 + 3C =高温= 4Fe + 3CO2↑。
与四氧化三铁反应：Fe3O4 + 2C =高温= 3Fe + 2CO2↑。
与氧化铜反应：2CuO + C =高温= 2Cu + CO2↑。
2.一氧化碳
化学式：CO。
分类：不成盐氧化物。
物理性质：无色无味气体，密度略小于空气，难溶于水。
收集方法：排水法。
化学性质：
①还原性：
与氧气反应：2CO + O2 =点燃= 2CO2。
与氧化铁反应：Fe2O3 + 3CO =高温= 2Fe + 3CO2。
与四氧化三铁反应：Fe3O4 + 4CO =高温= 3Fe + 4CO2。
与氧化铜反应：CuO + CO =△= Cu + CO2。
与氯化钯反应：CO + H2O + PdCl2 = Pd↓ + 2HCl + CO2（检验一氧化碳）。
检验一氧化碳：将湿润的氯化钯试纸靠近导管口，若湿润的氯化钯试纸变黑，则证明有一氧化碳。
与五氧化二碘反应：5CO + I2O5 = I2 + 5CO2（合成氨工业测定合成气中一氧化碳的含量）。
②配合性：
与氯化亚铜反应：CuCl + CO + H2O = Cu(CO)Cl·H2O。
与镍单质反应：Ni + 4CO = Ni(CO)4。
3.二氧化碳
化学式：CO2。
二氧化碳固体（俗名：干冰）。
分类：酸性氧化物。
物理性质：无色无味气体，密度大于空气，能溶于水（1:2）。
收集方法：向上排空气法。
化学性质：
①酸性氧化物的通性：
与水反应：H2O + CO2 ⇌ H2CO3。
与碱性氧化物反应：
与氧化钠反应：Na2O + CO2 = Na2CO3。
与氧化钙反应：CaO + CO2 = CaCO3。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：CO2(少量) + 2NaOH = Na2CO3 + H2O。Na2CO3 + H2O + CO2 = 2NaHCO3。CO2(足量) + NaOH = NaHCO3。
与氢氧化钙反应：CO2(少量) + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O（检验二氧化碳）。CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2。2CO2(足量) + Ca(OH)2 = Ca(HCO3)2。
②氧化性：
与镁单质反应： 2Mg + CO2 =点燃= 2MgO + C。
检验二氧化碳：①将气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则证明是二氧化碳。②将湿润的蓝色石蕊试纸放到导管口，若湿润的蓝色石蕊试纸变红，则证明是二氧化碳。
4.碳酸盐
物理性质：溶解性：除碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸铯、碳酸铵易溶于水外难溶于水。
化学性质：
①水解反应：
①溶解性：碳酸盐 < 氢氧化物，生成碳酸盐。例：钙离子、锶离子、钡离子、银离子。例：Ca2+ + CO32- = CaCO3↓。
②溶解性：碳酸盐 = 氢氧化物，生成碱式碳酸盐。例：镁离子、锌离子、亚铅离子、铜离子。例：2Cu2+ + 2CO32- + 2H2O = Cu2(OH)2CO3↓ + CO2↑。
③溶解性：碳酸盐 > 氢氧化物，生成氢氧化物。例：铝离子、铬离子、亚锡离子、铁离子。例：2Fe3+ + 3CO32- + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 3CO2↑。
5.碳酸氢盐
难溶碳酸盐：溶解性：碳酸盐 < 碳酸氢盐。
易溶碳酸盐：溶解性：碳酸盐 > 碳酸氢盐（碳酸氢根离子：分子间氢键，二聚/多聚，链状离子）。
二、硅
元素名称：硅。
元素符号：Si。
原子序数：14。
在周期表中的位置：第三周期ⅣA族。
电子排布式：[Ne]3s23p2。
含量：2。
存在形式：化合态。
1.硅单质
化学式：Si。
分类：非金属单质。
物理性质：灰黑色固体，具有金属光泽，难溶于水，硬而脆，熔点高，半导体。
化学性质：
①非金属单质的通性：
与非金属单质反应：
与氟气反应：Si + 2F2 =△= SiF4。
与氧气反应：Si + O2 =高温= SiO2。
与氯气反应：Si + 2Cl2 =高温= SiCl4。
与氢气反应：Si + 2H2 ⇌高温⇌ SiH4。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑。
②与酸反应：
与氢氟酸反应：Si + 4HF = SiF4↑ + 2H2↑。
2.二氧化硅
化学式：SiO2。
存在形式：沙子（不纯）、石英（不纯）、水晶（较纯）、玛瑙（较纯）、硅石（纯）。
分类：酸性氧化物。
物理性质：无色固体，难溶于水，硬度大，熔点高，绝缘体。
化学性质：
①酸性氧化物的通性：
与碱性氧化物反应：
与氧化钠反应：Na2O + SiO2 =高温= Na2SiO3。
与氧化钙反应：CaO + SiO2 =高温= CaSiO3。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：SiO2(少量) + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O。SiO2(足量) + NaOH = NaHSiO3 + H2O。
②与酸反应：
与氢氟酸反应：SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O。
③氧化性：
与镁单质反应：SiO2 + 2Mg =高温= Si + 2MgO。
与碳单质反应：SiO2 + 2C =高温= Si + 2CO↑。
工业制粗硅：SiO2 + C =高温= Si + 2CO↑。
工业制纯硅：SiO2 + C =高温= Si(粗) + 2CO↑。Si(粗) + 2Cl2 =高温= SiCl4。SiCl4 + 2H2 =高温= Si(纯) + 4HCl。
实验室制硅：SiO2 + 2Mg =高温= Si + 2MgO。
3.硅酸盐
Na2SiO3的水溶液（俗名：水玻璃）。
镁橄榄石（Mg2SiO4）（2MgO·SiO2）。
4.硅橡胶
（R = 甲基、乙基、乙烯基、苯基）。
三、锗
元素名称：锗。
元素符号：Ge。
原子序数：32。
在周期表中的位置：第四周期ⅣA族。
电子排布式：[Ar]3d104s24p2。
1.锗单质
化学式：Ge。
分类：两性金属单质。
化学性质：
①两性金属单质的通性：
与非金属单质反应：
与氧气反应：Ge + O2 =高温= GeO2。
与氯气反应：Ge + 2Cl2 =高温= GeCl4。
与溴单质反应：Ge + 2Br2 =高温= GeBr4。
与碘单质反应：Ge + 2I2 =高温= GeI4。
与硫单质反应：Ge + S =高温= GeS。
②还原性：
与过氧化氢反应：Ge + H2O2(少量) =△= GeO + H2O。Ge + 2H2O2(足量) =△= GeO2 + 2H2O。
与氧化锗/二氧化锗反应：Ge + GeO2 =高温= 2GeO。
与稀硝酸反应：3Ge + 4HNO3(稀) = 3GeO2 + 4NO↑ + 2H2O。
与熔融氢氧化钠反应：Ge + 4NaOH(熔融) =高温= Na2O + Na2GeO3 + 2H2↑。
与次氯酸钠反应：Ge + 2NaClO =△= 2NaCl + GeO2。
2.氧化亚锗/一氧化锗
化学式：GeO。
分类：两性氧化物。
物理性质：黑色针状固体，难溶于水。
化学性质：
①氧化性：
与氢气反应：GeO + H2 =高温= Ge + H2O。
②还原性：
与氧气反应（类比C）：2GeO + O2 =高温= 2GeO2。
与过氧化氢反应：GeO + H2O2 =△= GeO2 + H2O。
3.氧化锗/二氧化锗
化学式：GeO2。
分类：两性氧化物。
物理性质：白色固体，微溶于水。
化学性质：
①两性氧化物的通性：
与水反应（类比CO2）：GeO2 + H2O = H2GeO3。
与酸反应：
与稀盐酸反应：GeO2 + 4HCl = GeCl4 + 2H2O。
与稀硫酸反应：GeO2 + 2H2SO4 = Ge(SO4)2 + 2H2O。
与稀硝酸反应：GeO2 + 4HNO3 = Ge(NO3)4 + 2H2O。
与氢氟酸反应（类比SiO2）：GeO2 + 6HF = H2[GeF6] + 2H2O。
与碱反应：
与氢氧化钠反应（类比SiO2）：GeO2 + 2NaOH = Na2GeO3 + H2O。
②氧化性：
与锗单质反应（类比C）：Ge + GeO2 =高温= 2GeO。
与氢气反应（类比SiO2）：GeO2 + H2 =高温= GeO + H2O。GeO2 + 2H2 =高温= Ge + 2H2O。
与锌和稀硫酸反应：GeO2 + 4Zn + 4H2SO4 =△= GeH4↑ + 4ZnSO4 + 2H2O。
4.锗盐
化学性质：
①水解反应：GeCl4 + 2H2O = GeO2 + 4HCl。
②与酸反应：
与氢硫酸反应：Ge(SO4)2 + 2H2S = GeS2↓ + 2H2SO4。
③GeS2 + 3O2 =高温= GeO2 + 2SO2。
六氯化二锗（Ge2Cl6）：Ge：+3。
5.锗酸盐
化学性质：
①盐的通性：
与酸反应：
与稀盐酸反应（类比碳酸盐）：Na2GeO3 + 2HCl(少量) = 2NaCl + H2O + GeO2。Na2GeO3 + 6HCl(足量) = 2NaCl + GeCl4 + 3H2O。
与稀硫酸反应（类比碳酸盐）：Na2GeO3 + H2SO4 (少量) = Na2SO4 + H2O + GeO2。Na2GeO3 + 3H2SO4(足量) = Na2SO4 + Ge2(SO4)3 + 3H2O。
与稀硝酸反应（类比碳酸盐）：Na2GeO3 + 2HNO3(少量) = 2NaNO3 + H2O + GeO2。Na2GeO3 + 6HNO3(足量) = 2NaNO3 + Ge(NO3)4 + 3H2O。
锗酸铋（Bi4Ge3O12）（BGO）：Bi：+3。Ge：+4。
6.有机锗化合物
锗烷的通式：GenH2n+2。
甲锗烷（GeH4）：GeH4 + 2AgNO3 =△= Ge↓ + 2Ag↓ + H2↑ + 2HNO3。
四甲基锗[(CH3)4Ge]。
四乙基锗[(CH3CH2)4Ge]。
异丁基锗烷[(CH3)2CHCH2GeH3]。
检验锗：①取少量待测样品于试管中，加入足量酸溶解，加入少量稀硝酸，加入少量仲钼酸铵溶液，若溶液变为金黄色（锗钼酸：H4GeMo12O40），则证明有锗。②取少量待测样品于试管中，加入足量稀硫酸溶解，通入足量硫化氢，若产生白色沉淀（硫化锗/二硫化锗：GeS2），则证明有锗。
四、锡
元素名称：锡。
元素符号：Sn。
原子序数：50。
在周期表中的位置：第五周期ⅣA族。
电子排布式：[Kr]4d105s25p2。
1.锡单质
化学式：Sn。
分类：两性金属单质。
同素异形体：灰锡（α型）（粉末状固体） -286K-> 白锡（β型） -434K-> 脆锡（γ型）。
锡疫：锡在低温下自毁。
化学性质：
①两性金属单质的通性：
与非金属单质反应：
与氧气反应：Sn + O2 =△= SnO2。
与氯气反应：Sn + 2Cl2 =△= SnCl4。
与溴单质反应：Sn + 2Br2 =△= SnBr4。
与碘单质反应：Sn + 2I2 =△= SnI4。
与硫单质反应：Sn + S =△= SnS。
与酸反应：
与浓盐酸反应（类比Fe）：Sn + 2HCl(浓) =△= SnCl2 + H2↑。
与稀氢溴酸反应（类比Fe）：Sn + 2HBr =△= SnBr2 + H2↑。
与碱反应：
与氢氧化钠反应（类比Si）：Sn + 2NaOH + H2O = Na2SnO3 + 2H2↑。
与盐反应：
与氯化铁反应：Sn + 4FeCl3 = SnCl4 + 4FeCl2。
②还原性：
与稀硝酸反应（类比Ge）：3Sn + 4HNO3(稀) = 3SnO2 + 4NO↑ + 2H2O。
2.氧化亚锡/一氧化锡
化学式：SnO。
分类：两性氧化物（碱性 > 酸性）。
物理性质：蓝黑色固体，难溶于水。
化学性质：
①两性氧化物的通性：
与酸反应：
与稀盐酸反应（类比CuO）：SnO + 2HCl =△= SnCl2 + H2O。
与稀硫酸反应（类比CuO）：SnO + H2SO4 = SnSO4 + H2O。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：SnO + 2NaOH = Na2SnO2 + H2O。
②还原性：
与氧气反应：2SnO + O2 =△= 2SnO2。
3.氧化锡/二氧化锡
化学式：SnO2。
分类：两性氧化物（酸性 > 碱性）。
物理性质：白色固体，难溶于水。
化学性质：
①两性氧化物的通性：
与酸反应：
与稀盐酸反应：SnO2 + 4HCl = SnCl4 + 2H2O。
与稀硫酸反应：SnO2 + 2H2SO4 = Sn(SO4)2 + 2H2O。
与稀硝酸反应：SnO2 + 4HNO3 = Sn(NO3)4 + 2H2O。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：SnO2 + 2NaOH = Na2SnO3 + H2O。
4.氢氧化亚锡
化学式：Sn(OH)2。
分类：两性氢氧化物（碱性 > 酸性）。
物理性质：白色固体，难溶于水。
化学性质：
①两性氢氧化物的通性：
与酸反应：
与稀盐酸反应:Sn(OH)2 + 2HCl = SnCl2 + H2O。
与稀硫酸反应:Sn(OH)2 + H2SO4 = SnSO4 + H2O。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：Sn(OH)2 + 2NaOH = Na2SnO2 + 2H2O。
5.氢氧化锡
化学式：Sn(OH)4。
分类：两性氢氧化物（酸性 > 碱性）。
物理性质：白色固体，难溶于水。
化学性质：
①两性氢氧化物的通性：
与酸反应：
与稀盐酸反应：Sn(OH)4 + 4HCl = SnCl4 + 4H2O。
与稀硫酸反应：Sn(OH)4 + 2H2SO4 = Sn(SO4)2 + 4H2O。
与稀硝酸反应：Sn(OH)4 + 4HNO3 = Sn(NO3)4 + 4H2O。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：Sn(OH)4 + 2NaOH = Na2SnO3 + 3H2O。
6.亚锡盐
化学性质：
①盐的通性：
与碱反应：
与氢氧化钠反应：SnCl2 + 2NaOH(少量) = Sn(OH)2↓ + 2NaCl。SnCl2 + 4NaOH(足量) = Na2SnO2 + 2NaCl + 2H2O。
②还原性：
与二氧化硫反应：6SnCl2 + 2SO2 + 8HCl = SnS2↓ + 5SnCl4 + 4H2O。
与氯化汞反应：SnCl2(少量) + 2HgCl2 = Hg2Cl2↓ + SnCl4。SnCl2(足量) + HgCl2 = Hg↓ + SnCl4。
与氯化亚汞反应：SnCl2 + Hg2Cl2 = 2Hg↓ + SnCl4。
检验亚锡离子：白加黑反应。
7.锡盐
化学性质：
①盐的通性：
与碱反应：
与氢氧化钠反应：SnCl4 + 4NaOH(少量) = Sn(OH)4↓ + 4NaCl。SnCl4 + 6NaOH(足量) = Na2SnO3 + 4NaCl + 3H2O。
五、铅
元素名称：铅。
元素符号：Pb。
原子序数：82。
在周期表中的位置：第六周期ⅣA族。
电子排布式：[Xe]4f145d106s26p2。
1.铅单质
化学式：Pb。
分类：金属单质。
化学性质：
①金属单质的通性：
与非金属单质反应：
与氧气反应：2Pb + O2 =△= 2PbO。
与氯气反应：Pb + Cl2 =△= PbCl2。
与溴单质反应：Pb + Br2 =△= PbBr2。
与碘单质反应：Pb + I2 =△= PbI2。
与硫单质反应：Pb + S =△= PbS。
与酸反应：
与浓盐酸反应（类比Fe）：Pb + 2HCl(浓) =△= PbCl2 + H2↑。
与稀高氯酸反应（类比Fe）：Pb + 2HClO4 == Pb(ClO4)2 + H2↑。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：Pb + 2NaOH + H2O = Na2PbO3 + 2H2↑。
②还原性：
与稀硝酸反应（类比Cu）：3Pb + 8HNO3(稀) = 3Pb(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O。
与过氧化氢反应：Pb + H2O2 = PbO + H2O。
2.氧化亚铅/一氧化铅
化学式：PbO。
分类：两性氧化物（碱性 > 酸性）。
物理性质：黄色固体，难溶于水。
化学性质：
①两性氧化物的通性：
与酸反应：
与稀盐酸反应：PbO + 2HCl = PbCl2 + H2O。
与稀硫酸反应：PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O。
与稀硝酸反应：PbO + 2HNO3 = Pb(NO3)2 + H2O。
与稀醋酸反应：PbO + 2CH3COOH = (CH3COO)2Pb + H2O。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：PbO + 2NaOH = Na2PbO2 + H2O。
3.氧化铅/二氧化铅
化学式：PbO2。
分类：两性氧化物（酸性 > 碱性）。
物理性质：褐色固体，难溶于水、稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、浓硝酸，易溶于浓盐酸、浓硫酸。
化学性质：
①两性氧化物的通性：
与碱反应：
与氢氧化钠反应（类比CO2）：PbO2 + 2NaOH = Na2PO3 + H2O。
②氧化性：
与碳单质反应：PbO2 + C =高温= Pb + CO2。
与浓盐酸反应（类比MnO2）：PbO2 + 4HCl(浓) = PbCl2 + Cl2↑ + 2H2O。
4.四氧化三铅
化学式：Pb3O4（2PbO·PbO2）。
俗名：铅红、铅丹、红丹。
分类：混合氧化物。
物理性质：鲜红色固体，难溶于水。
化学性质：
①与酸反应：
与稀硝酸反应：Pb3O4 + 4HNO3 = PbO2↓ + 2Pb(NO3)2 + 2H2O。
5.氢氧化亚铅
化学式：Pb(OH)2。
分类：两性氢氧化物（碱性 > 酸性）。
化学性质：
①两性氢氧化物的通性：
与酸反应：
与稀盐酸反应：Pb(OH)2 + 2HCl = PbCl2 + H2O。
与稀硫酸反应：Pb(OH)2 + H2SO4 = PbSO4 + H2O。
与稀硝酸反应：Pb(OH)2 + 2HNO3 = Pb(NO3)2 + H2O。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：Pb(OH)2 + 2NaOH = Na2PbO2 + 2H2O。
6.氢氧化铅
化学式：Pb(OH)4。
分类：两性氢氧化物（酸性 > 碱性）。
化学性质：
①两性氢氧化物的通性：
与酸反应：
与稀盐酸反应：Pb(OH)4 + 4HCl = PbCl4 + 4H2O。
与稀硫酸反应：Pb(OH)4 + 2H2SO4 = Pb(SO4)2 + 4H2O。
与稀硝酸反应：Pb(OH)4 + 4HNO3 = Pb(NO3)4 + 4H2O。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：Pb(OH)4 + 2NaOH = Na2PbO3 + 3H2O。
7.亚铅盐
物理性质（PbSO4）：白色固体，难溶于水，易溶于浓硫酸、饱和醋酸铵溶液。
化学性质：
①盐的通性：
与酸反应：
与浓硫酸反应：PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2。
与碱反应：
与氢氧化钠反应：PbCl2 + 2NaOH(少量) = Pb(OH)2↓ + 2NaCl。PbCl2 + 4NaOH = Na2PbO2 + 2NaCl + 2H2O。
与盐反应：
与醋酸铵反应：PbSO4 + 3CH3COONH4 = NH4[Pb(CH3COO)3] + (NH4)2SO4。
与氟化钾反应：(CH3COO)2Pb + 2KF = PbF2↓ + 2CH3COOK。
与溴化锂反应：PbBr2 + 2LiBr = Li2[PbBr4]。
酸性：SiO2 < GeO2。Si(OH)4 < Ge(OH)4。
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——蘸以清墨，书我弦歌。
