Question

关于碳族元素的一些考研简答题

Answer 1

学习碳元素主要有以下疑难点，一是碳族元素的相似性和递变性，二是碳族元素及其单质的一些重要性质。三是碳族元素的金属性与非金属性。下面作简单介绍，仅供参考：
（一）先了解碳元素。
碳族元素包括（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）等五种元素，位于周期表的第IVA族，其原子最外层上均有4个电子。碳族元素的原子不容易得、失电子，通常表现为较易形成共价化合物，而较难形成离子化合物。
①碳族元素为何容易形成共价化合物，而不易形成离子化合物呢？
碳族元素介于典型金属（IA）和典型非金属（VIIA）的中间，其最外层电子数为4。因为碳族元素原子的最外层上有4个电子，在化学反应中往往既不容易失去电子形成阳离子，也不容易得到电子形成阴离子，而是以共价键的形式与其他元素结合形成化合物，这就是碳族元素的成键特点。故碳族元素通常易形成共价化合物，不易形成简单的离子。
注意，不能将这个问题绝对化。第一、碳族元素不易直接形成离子键，并不是说碳族元素不能存在于离子化合物之中，因为很多碳酸盐及简单的硅酸盐都是离子化合物。第二、像铅等原子半径特别大的元素，也可在一定条件下形成简单的阳离子。
②碳族元素的主要化合价有+4价和+2价，其中C、Si、Ge、Sn的+4价化合物比较稳定，而Pb的+2价化合物比较稳定。——“铅的+2价化合物稳定，而其它碳族元素的+4价化合物稳定”体现出了同一主族元素的一般性与特殊性之间的关系。
（二）了解碳族元素及其单质的一些重要性质。
①在周期表中从上到下，颜色：碱金属略有加深，卤素依次加深，氧族中氧→硒加深，碳族中分为三截：C→Si加深，Sn→Pb加深；Ge比Si浅，但比Sn深。熔点、沸点：碱金属依次降低，卤素和氧族依次升高，碳族总体呈降低趋势（熔点：锡比铅低；沸点：锗比硅高）。
②碳是明显的非金属，硅、锗是半导体，锡、铅是明显的金属。碳、硅虽属非金属，但其熔、沸点明显比卤族、氧族中的非金属要高得多，其原因主要是碳、硅属原子晶体。卤族，氧族中的非金属通常属于分子晶体，据此便可解释有关熔、沸点的递变现象。同理，从锡、铅熔点递变与碱金属递变的差异性中，也可说明锡、铅结构不同的实质。
碱金属、卤素单质的熔沸点随着原子序数的递增，均呈现出一定的变化规律，但碳族元素单质的熔沸点却无明确的变化规律。这是因为，物质的熔沸点决定于物质形成晶体的结构。
对于碱金属和卤素，它们同一族元素的单质所形成的晶体属于同一类型。碱金属单质形成金属晶体，它们的价电子数相同，随着原子半径的增大，其金属键减弱，故熔沸点降低；卤素的单质形成分子晶体，随着分子量的增大，其分子间作用力增强，故熔沸点升高。对于碳族元素而言，由于它们的单质的晶体类型不同，所以不可能形成同一规律。碳可形成金刚石（原子晶体）、石墨（混合型晶体）及C60等多种晶体，硅通常形成原子晶体，而锡和铅形成金属晶体，锗的晶体类型不甚明确。氧族元素、氮族元素的单质也有类似的情况。金刚石、石墨、晶体硅属原子晶体，其熔、沸点很高，碳族元素单质的结构相对于其它族元素单质的结构较为复杂。
（三）碳族元素的金属性与非金属性
①在碳族元素的单质中，碳是非金属；硅虽外貌像金属，但在化学反应中多显示非金属性，通常被认为是非金属；锗的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属。可见，金属和非金属之间并无绝对严格的界限，如石墨虽属非金属，却具有金属光泽、能导电、导热等金属性质；硅、锗则是良好的半导体材料等。碳族元素的金属性和非金属性递变规律——学习中主要把握其表现形式，如比较碳族元素和其他族元素的原子半径大小、氢化物稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸碱性强弱等等。
②已知在金属活动性顺序表中，锡位于铅之前，而根据元素周期律，由同主族元素性质的递变规律推断可知铅应比锡的金属性强，这是为什么呢？
金属性的相对强弱与金属活动性的相对强弱看来还有一定的差别。金属活动性主要是通过测定在溶液中发生反应的活性而得，金属性的测定则更强调原子状态下的反应活性。由于锡铅在固态时，其晶体结构可能有差异，从而导致在通常状况下的反应活性与其原子结构的不一致性。可见判断物质的化学性质具有一定的复杂性。元素的金属性是指元素的气态原子失去电子的性质，主要用第一电离能来量度，第一电离能越小，则元素的金属性越强。查有关化学数据手册可知，锡的第一电离能为7.34eV，而铅的第一电离能为7.42eV，故锡的金属性应比铅强。金属活动顺序表是以实验事实为依据编写的，金属活动性除了与第一电离能有关外，还与金属离子的水和能、水和离子在水中的迁移速率等有关。不管从哪个角度比较，都是锡的金属性比铅强。
这样一来，就出现了事实与现阶段