【同素异形体】(亦称同素异性体)同种元素组成的不同单质,例如石墨和金刚石、氧气和臭氧、白磷和红磷等。同素异形体的分子组成或晶体结构不同,它们的物理性质和化学性质有明显的区别,
例如金刚石是由碳原子以共价键连接形成的正四面体空间网状结构的原子晶体;石墨是一种层状结构的过渡型晶体,层内碳 原子以共价键结合形成正六边形网状结构,层与层之间距离较大,相当于分子间力的作用。金刚石是硬度最大的物质,不能导电;而石墨的硬度较小,层之间可以相 对滑动,导电性好,化学性质较金刚石活泼。
又如白磷和红磷,白磷是由正四面体结构的分子(P4)组成,为白色腊状固体,有剧毒,易溶于CS2,着火点低(40℃),在空气中可自燃;红磷是较复杂的层状晶体,红色粉末,无毒,不溶于CS2,着火点240℃。隔绝空气加热温度升至260℃时,白磷转变成红磷,红磷受热在416℃时先升华,蒸气冷却又变为白磷。
O2和O3的分子组成不同,O3是较O2更活泼的氧化剂。
【顺反异构】顺反异构即几何异构。通常存在于含有双键或环架结构的分子中,双键中的π键不能旋转,环架结构也阻碍了C-C单键的旋转,不同取代基在空间可形成不同的分布而产生异构,顺反异构分顺式和反式两种。若相同的原子或取代基在双键或碳架规定平面的同一侧叫顺式,若位于两侧叫反式。如含C=C双键和ab两种原子团
具体的物质象丁烯二酸,有顺丁烯二酸和反丁烯二酸:
含环架结构的象1,4一二甲基环乙烷:
【定义】分子式相同而分子结构和性质不同的化合物,叫做同分异构体。这一现象叫做同分异构现象。
【说明】
同分异构现象是由于分子中各原子可以有不同的结合顺序和方式或不同的空间排列和定向所引起的。同分异构现象可分成结构异构和立体异构。
1.结构异构是因分子中各原子的结合顺序和方式不同而产生的异构,其中包括碳架异构、位置异构、类别异构等。
2. 立体异构是因为分子中各原子的空间排列和定向不同而产生的异构,其中包括顺反异构、对映异构和构象异构。
分子中存在双键或环状结构,使分子中某些原子或基团具有不同的空间位置,这样产生的异构,叫做顺反异构。
分子中的中心碳原子周围的四个不同原子或基团有两种互为镜象而不能彼此重合的四面体空间构型,这种异构叫做对映异构。
围绕单键旋转向产生的分子中的原-f-或基团在空间的排列不同,这样产生的异构叫做构象异构。
【定义】 结构相似而分子组成相差一个或若干个CH2原子团的一系列化合物,叫的一系列化合物,叫做同系列。同系列中的各化合物互称同系物。
【说明】
1.CH2叫做系(列)差。例如,甲烷(CH4)和丁烷(C4H10)相差3 个系(列)差(3 CH2)。
2.同系列中的各同系物可用同一个通式表示。例如,甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等都符合CnH2n+2通式,形成烷烃同系列。
3.同系物之间化学性质基本相似,物理性质(如熔点、沸点、密度)随着碳原子个数的递增而呈现有规律的变化。
4.如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等,其中甲烷与正丁烷互为同系物,甲烷与异丁烷也互为同系物。乙烯、丙烯、丁烯等互为同系物。乙烯(CH2=CH2)和丁二烯(CH2=CH-CH=CH2)的分子虽都呈链状,都有双键,但分子组成不符合相差2个CH2原子团,故不属同系物。又如乙酸乙酯和三乙酸甘油酯虽都属于酯类,但分子组成不符合相差若干个CH2原子团,故也不属同系物。
【硝基化合物】烃分子中的氢原子被硝基(一NO2)取代所生成的化合物,叫做硝基化合物。
说明
1.硝基化合物和硝酸酯分子中都含有硝基,但它们是两类不的有机物。硝基化合物(R一NO2 )分子中的硝基跟烃基中的碳原子连接,而硝酸酯(R-O-NO2)分子中的硝基通过氧原子跟烃基中的碳原子连接。一硝基化合物(R-NO2)和亚硝酸酯(R-ONO)互为同分异构体。
2.硝基化合物一般有颜色,能被多种试剂还原。在酸性条件下,硝基还原成氨基。例如,硝基苯(C6HsNO2)还原成苯胺(C6H5NH2)。在碱性条件下比较复杂,会发生还原和缩合反应,形成一系列的含氮有机化合物。芳香族多硝基化合物有强氧化性,能用作炸药(如TNT)。【定义】是有机化合物的简称。指含碳元素的化合物。组成有机物的元素除碳以外,通常还含有氢、氧、氮、硫、磷、卤素等。以前,把动植物等有机体中取得的糖类、蛋白质、油脂等物质叫有机物,到19世纪20年代,科学家先后从非生物体内取得的物质合成了许多有机物,如尿素、醋酸等,从而打破了有机物只能从有机体中取得的概念,但习惯上一直沿用有机物这个名称。有机物一般难溶于水而易溶于有机溶剂;熔点低;绝大多数有机物受热容易分解,而且容易燃烧;有机物的化学反应比较慢,并常伴有副反应发生。有机物一般可以分为烃和烃的衍生物两大类,因此有机物也就是烃和烃的衍生物的总称。
【说明】
1.有机物是有机化合物的简称。目前人类已知的有机物达900多万种,数量远远超过无机物。
2.早先,人们已知的有机物都从动植物等有机体中取得,所以把这类化合物叫做有机物。到19世纪20年代,科学家先后用无机物人工合成许多有机物,如尿素、醋酸,脂肪等等,从而打破有*机物只能从有机体中取得的观念。但是,由于历史和习惯的原因,人们仍然沿用有机物这个名称。
3.有机物一般难溶于水,易溶于有机溶剂,熔点较低。绝大多数有机物受热容易分解、容易燃烧。有机物的反应L般比较缓慢,并常伴有副反应发生。
4.有机物种类繁多,可分为烃和烃的衍生物两大类。根据有机物分子中所含官能团的不同,又分为烷、烯、炔、芳香烃和醇、醛、羧酸、酯等等。根据有机物分子的碳架结构,还可分成开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三类。
5.有机物对人类的生命、生活、生产有极重要的意义。地球上所有的生命体中都含有大量有机物。
【烃的衍生物】烃分子里的氢原子被其它原子或原子团所取代,生成一系列新的有机物。这些有机物,从结构上说,都可以看做是由烃衍变而来的,所以叫做烃的衍生物。不同的衍生物具有不同的化学性质。烃的衍生物种类很多,如卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯、硝基化合物等。从结构上看,它们的衍变关系是:
【官能团】是有机化合物分子中能够反映特殊性质的原子或原子团。例如,羧酸类

酸性,后者呈碱性。又如醇类分子中的羟基—OH反映醇的特性,烯烃分子中

据之一。
重要的官能团如下表:


锡有三种同素异形体:灰锡(α体)、白锡(β体)、脆锡(γ体),其转化温度为:
白锡是银白色金属,有延展性,密度7.31克/厘米3,熔点231.88℃,沸点2270℃。平常的白锡为金刚石晶型,可在13.2℃时极缓慢地转变成灰锡,当温度远低于零度时才有明显变化,而在-48℃时变得最快,变为灰锡时锡制品完全毁坏,毁坏先在某点开始,迅速蔓延开,故称为锡疫。灰锡为四方晶体,密度为5.75克/厘米3。白锡在161℃时转变为脆锡,脆锡为正交晶体,密度为6.52~6.56克/厘米3。
锡在空气中可形成致密氧化物保护膜,阻止进一步氧化。高温时锡在空气中燃烧发白光生成二氧化锡。常温下不跟水反应,红热时跟水反应。可跟卤素和硫化合,如氯气跟熔融锡化合生无色液体四氯化锡。与稀盐酸反应慢,跟热浓盐酸反应快,生成二氯化锡和氢气。与稀硫酸难反应,跟热浓硫酸反应生成硫酸锡。
跟冷稀硝酸反应生成Sn(NO3)2:4Sn+10HNO3(稀)=4Sn(NO3)2+NH4NO3+3H2O
跟浓硝酸反应生成白色沉淀β锡酸:Sn+4HNO3(浓)=H2SnO3↓+4NO2↑+H2O
与强碱溶液反应生成锡酸钠并放出氢气 :Sn+2NaOH+H2O=2H2↑+Na2SnO3
锡用于制各种合金如青铜、焊锡合金、巴氏合金、铅字合金等。由于锡和锡的无机盐无毒,用于制贮存食品的镀锡容器,镀锡铁片叫马口铁,还应用电镀、陶瓷和塑料工业。锡在古代是人类最早应用于生产和生活的金属之一。在地壳中占质量的0.004%。主要的矿物是锡石SnO2。将锡石经选矿后,用碳还原制得粗锡,然后用电解法或加热重熔精制。
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| 锡制工艺品 |
银白色有光泽金属,质脆,晶体锗具有金刚石结构,密度5.35克/厘米3,熔点937.4℃,沸点2830℃。
室温下在空气中较稳定,在高温下能被氧化。粉状锗可在氯或溴中燃烧。不溶于水和盐酸及稀硫酸。能溶于浓硝酸、浓硫酸或王水。不溶于稀苛性碱溶液;可溶于熔融的苛性碱、硝酸盐或碳酸盐,生成锗酸盐。能跟硫化合生成硫化锗。在1000℃以上可跟氢化合。
高纯度锗是半导体材料,掺有微量特定杂质的锗单晶可用于制各种晶体管、整流器及其他器件,作为温差电池材料用于制太阳能电池、光电池,用于制热敏电阻、薄膜电阻、半导体温度计、专门透过红外线的锗窗、棱镜或透镜等。锗的化合物用于制荧光板及各种高折光率玻璃。锗属于稀散元素,没有可供工业开采的矿石,在地壳中占质量的7.0×10-4,在煤、银、锡、锌、铜等矿中含有少量。近代工业生产主要以硫化锌矿、煤以及冶金废料或烟道灰尘中回收。
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| 锗 |
门捷列夫于1871年曾预言其存在,十四年后德国化学家文克勒于1885年在分析硫银锗矿时发现了锗,后由硫化锗与氢共热,制出了锗。提炼锗的原理是先将硫化物矿氧化,使矿石中的硫化锗转化为二氧化锗,再用盐酸溶解并蒸馏,利用四氯化锗的挥发性将它分离出来。再将四氯化锗水解,使其转变为二氧化锗,然后在低于540℃的温度用氢气还原氧化锗。
【硅烷】硅原子跟碳原子结构相似,可跟氢组成一系列硅氢化合物。硅氢化合物总称为硅烷,通式是SinH 2n+2,目前已制得的有一硅烷SiH4也叫甲硅烷到六硅烷Si6H14共六种。
甲硅烷:SiH4,无色无臭气体、密度1.44克/升,熔点-185℃,沸点-111.8℃,不溶于水。
乙硅烷:Si2H6,无色无臭气体,密度2.87克/升,熔点-132.5℃,沸点-14.5℃,微水解。
其它硅烷是液体。硅烷都能溶于有机溶剂,如乙醇、苯、二硫化碳等。硅烷比烷烃化学性质活泼。所有硅烷热稳定性都很差。将高硅烷适当加热,分解为低硅烷。低硅烷(如SiH4)在温度高于500℃时分解为硅和氢气。有强还原性。在空气中能自燃,生成二氧化硅和水,并放出大量的热,可被一般氧化剂氧化,如:SiH4+2KMnO4=2MnO2↓+K2SiO3+H2↑+H2O
室温下跟卤素发生爆炸性的反应。在强碱溶液中水解为硅酸盐和氢气。在卤化铝催化作用下,跟干燥的卤化氢反应,生成卤硅烷。用硅化镁跟盐酸反应,立即有气体放出,这种气体为硅烷的混合物,其中大部分为甲硅烷。还可用硅化镁跟溴化铵在液氨中反应制得。混合气体经液化后再分馏,得到不同硅烷。
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| 硅烷处理剂 |
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| 硅胶 |
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| 石英玻璃 |
【二氧化硅】二氧化硅又称硅石,化学式SiO2。自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。结晶二氧化硅因晶体结构不同,分为石英、鳞石英和方石英三种。纯石英为无色晶体,大而透明棱柱状的石英叫水晶。若含有微量杂质的水晶带有不同颜色,有紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是细小的石英晶体,有黄砂(较多的铁杂质)和白砂(杂质少、较纯净)。二氧化硅晶体中,硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键,硅原子位于正四面体的中心,4个氧原子位于正四面体的4个顶角上,整个晶体是一个巨型分子,SiO2是表示组成的最简式不表示单个二氧化硅分子,仅是表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。SiO2中Si—O键的键能很高,熔点、沸点较高(熔点1723℃,沸点2230℃)。自然界存在的硅藻土是无定形二氧化硅,是低等水生植物硅藻的遗体,为白色固体或粉末状,多孔、质轻、松软的固体,吸附性强。
二氧化硅是酸性氧化物、硅酸的酸酐。化学性质很稳定。不溶于水也不跟水反应,不跟一般的酸起作用。能与氟化氢气体或氢氟酸反应生成四氟化硅气体。
SiO2+4HF
SiF4↑+2H2O
有酸性氧化物的其它通性,高温下能与碱(强碱溶液或熔化的碱)反应生成盐和水。

常温下强碱溶液与SiO2缓慢地作用生成相应的硅酸盐。强碱溶液能腐蚀玻璃,故贮存强碱溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞,若采用玻璃塞(玻璃中含SiO2),会生成有粘性的硅酸钠,将玻璃瓶塞和瓶口粘结在一起。玻璃瓶内不能久放浓碱液。
高温下二氧化硅与碱性氧化物或某些金属的碳酸盐共熔,生成硅酸盐。
SiO2+CaO
CaSiO3(炼铁造渣)

将此高温下熔融状态的硅酸钠降温、冷却,可得石英玻璃,它有良好的透过紫外线性能,可作水银灯罩、耐高温的化学仪器、石英坩埚和光学仪器等。
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| 二氧化硅 |
【硅】元素符号Si,原子序数14,原子量28.086,外围电子排布3s23p2,位于第三周期第ⅣA族,共价半径117皮米,离子半径42皮米,第一电离能786.1千焦/摩尔,电负性1.8。
有晶体和无定形两种同素异形体。晶体硅呈银灰色,有明显的金属光泽、晶格和金刚石相同,硬而脆,能导电,但导电率不如金属且随温度的升高而增加,属半导体。密度2.33克/厘米3,熔点1410℃,沸点2355℃,硬度7。
低温时单质硅不活泼,不跟空气、水和酸反应。室温下表面被氧化形成1000皮米二氧化硅保护膜。高温时能跟所有卤素反应,生成四卤化硅,跟氧气在700℃以上时燃烧生成二氧化硅。跟氯化氢气在500℃时反应,生成三氯氢硅SiHCl3和氢气。高温下能跟某些金属(镁、钙、铁、铂等)反应,生成硅化物,如:
赤热时跟水蒸气反应生成二氧化硅和氢气。跟强碱溶液反应生成硅酸盐放出氢气。跟氢氟酸反应生成四氟化硅。
用于制造合金如高硅铸铁、硅钢等,还用于制造有机硅化合物如硅酮树脂、硅油和硅橡胶等。高纯度的单晶硅是半导体材料;掺有微量杂质的单晶硅可用于制造晶体管、整流器和太阳能电池等,广泛应用于电子工业。1823年瑞典的贝采利乌斯用氟化硅或氟硅酸钾与钾共热得到粉状硅,并确定其为元素。
从前叫矽(音西),因同音元素较多,我国化学界于1953年把矽改称硅。硅在自然界分布很广,在地壳中硅原子的含量为16.7%,质量百分含量为27.6%,自然界的硅由硅-28、硅-29、硅-30三种稳定同位素组成,硅是组成岩石矿物的一种基本元素,主要以石英砂或硅酸盐的形式存在。工业上用碳在电炉内还原二氧化硅制得粗硅。用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅可制得高纯度硅。
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| 硅 |
【干冰】化学式CO2,固态二氧化碳的俗称。白色冰雪状固体,分子型晶体。无毒无腐蚀性,密度1.56克/厘米3(-79℃)、熔点-56.6℃(226.89千帕——5.2大气压)。受热后,在-78.5℃时不经过液态直接变成气体(升华)。常压下气化时可得-80℃左右的低温,减压蒸发可得更低的温度。用作低温致冷剂,用于冷冻食品的运输箱、冷藏卡车。与乙醚、氯仿或丙酮等有机溶剂组成的冷膏在施工中用于低温冷浴,还可用于人工降雨、灭火和制汽水等。使液态二氧化碳减压膨胀可制得干冰。
【四氧化三铅】俗称红丹或铅丹,红色氧化铅。化学式Pb3O4,式量685.57。橙红色晶体或粉末,密度9.1克/厘米3 ,不溶于水和醇。四氧化三铅中,有2/3的铅氧化数为+2,1/3的铅氧化数为+4,化学式可写作2PbO·PbO2。根据结构应属于铅酸二价铅盐(Pb2[PbO4])。在加热至500℃以上时分解为一氧化铅和氧气。不溶于水。可溶于热碱溶液中。有氧化性,跟盐酸反应放出氯气;跟硫酸反应放出氧气。可被稀硝酸分解,其中2/3的铅被酸溶解,生成硝酸铅(Ⅱ),其它为不溶的二氧化铅。一氧化铅有碱性,溶于稀硝酸,二氧化铅呈弱碱性,稍溶于酸。有毒。用于制铅玻璃、油漆、蓄电池、陶瓷、搪瓷。还用于制钢铁涂料。将一氧化铅粉末在空气中加热至450~500℃氧化制得。
将Pb在纯O2中加热,或者在673~773K间将PbO小心地加热,都可以得到红色的四氧化三铅Pb3O4粉末。这种化合物俗名“铅丹”或“红丹”。在它的晶体中既有Pb(IV)又有Pb(II),化学式可以写为2PbO·PbO2。但根据其结构它应属于铅酸盐,所以化学式是Pb[PbO4]。
Pb3O4与HNO3反应得到PbO2:
Pb3O4 + 4HNO3
PbO2↓+ 2Pb(NO3)2 + 2H2O
这个反应也说明了在Pb3O4的晶体中有2/3的Pb(II)和1/3的Pb(IV)。
铅丹用于制铅玻璃和钢材上用的涂料。因为它有氧化性,涂在钢材上有利于钢铁表面的钝化,其防锈蚀效果好,所以被大量地用于油漆船舶和桥梁钢架。
【二氧化铅】又称棕色氧化铅。化学式PbO2,式量239.19,棕色细片粉末。密度9.375克/厘米3,难溶于水和乙醇。将二氧化铅加热,它会逐步转变为铅的低氧化态氧化物并放出氧 ,
二氧化铅系两性氧化物,酸性比碱性强。跟强碱共热生成铅酸盐。有强氧化性。跟硫酸共热生成硫酸铅、氧气和水。跟盐酸共热,生成二氯化铅、氯气和水。跟硫、磷等可燃物混和研磨引起发火。用作分析试剂、氧化剂、媒染剂、蓄电池电极,还用于制火柴、染料等。用熔融的氯酸钾或硝酸盐氧化一氧化铅,或用次氯酸钠氧化亚铅酸盐可制得二氧化铅。
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| 二氧化铅 |
银灰色有光泽的重金属,在空气中易氧化而失去光泽,变灰暗,质柔软,延性弱,展性强。密度11.34克/厘米3,熔点327.5℃,沸点1740℃。有较强的抗放射性穿透的性能。有毒。
在常温下在空气中,铅表面易生成一层氧化铅或碱式碳酸铅,使铅失去光泽且防止进一步氧化。不溶于水。易和卤素、硫化合,生成PbCl4、PbI2、PbS等。熔融的铅跟空气反应生成一氧化铅,将铅在纯氧中加热可得二氧化铅。与盐酸反应放出氢气并生成微溶性的PbCl2,覆盖在铅表面,使反应中止。与热浓盐酸反应生成HPbCl3、和H2。与稀硫酸反应放出氢并生成难溶的PbSO4覆盖层,使反应中止。但易溶于热的浓硫酸生成Pb(HSO4)2并放出SO2。跟稀硝酸或浓硝酸反应都可生成硝酸铅Pb(NO3)2。
在有氧存在的条件下可溶于醋酸等有机酸,生成可溶性的铅盐。跟强碱溶液缓慢的反应放出氢气生成亚铅酸盐,如:Pb+2NaOH=Na2PbO3+H2↑
在有氧气条件下跟水反应生成难溶的Pb(OH)2。铅早在公元前三千年左右就被人类发现并应用。在地壳中质量百分比为0.0016%。主要存在于方铅矿(PbS),白铅矿(PbCO3)中。用作电缆,蓄电池、铸字合金、巴氏合金、金属结构的阴极保护层、防X射线等辐射的材料。用焦炭还原氧化铅制得。
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| 铅 |
B2H6+6H2O=2H3BO3↓+6H2↑
乙硼烷有强还原性,可作还原剂。它跟氢化锂反应生成更强的还原剂硼氢化锂,用于有机合成:
乙硼烷可用硼的卤化物在乙醚溶液中跟氢化铝锂LiAlH4反应制得。将乙硼烷加热到100~250℃得其它高硼烷。
游离态的碳以金刚石和石墨两种单质形式存在,硅以化合态存在于二氧化硅和硅酸盐中,锗、锡主要以氧化物形式存在(锗石GeO2、锡石SnO2)、铅以硫化物存在居多。铅单质为金属晶体,其它四种元素的单质为原子晶体(石墨为层状晶体、白锡为金属晶体)。空气中的二氧化碳、地壳中各种碳酸盐、煤、石油里都含有大量的碳,脂肪、糖类、蛋白质及其它有机物都是含碳的化合物。碳和锡都有同素异形体(金刚石、石墨和碳-60,灰锡和白锡等)。
本族元素随着原子序数的增加,电子层数逐渐增加,原子核对外层电子的引力逐渐减弱,非金属性逐渐减弱(得电子能力减弱),金属性逐渐增强(失电子能力增强)。化学性质差异很大。
1.碳可以跟浓硫酸、硝酸反应,被氧化成二氧化碳,不与盐酸作用。硅不跟盐酸、硫酸、硝酸作用,只与氢氟酸反应。锗不和稀盐酸、稀硫酸反应,但能被浓H2SO4、浓HNO3氧化。锡和稀盐酸、稀H2SO4反应,生成低价锡Sn(Ⅱ)的化合物;跟浓H2SO4、浓HNO3反应生成高价锡Sn(Ⅳ)的化合物。铅跟盐酸、硫酸、硝酸都能反应被氧化成Pb2?。
2.能与碱液反应的有硅和锡,如生成硅酸根离子,放出氢气,表明锡不完全是金属性的。
3.在加热时都能跟氧反应,被氧化成CO2、SiO2和PbO等。
4.跟硫、氯共热生成相应的高价氯化物和硫化物,铅则生成PbS和PbCl2。
5.碳、硅跟金属共热生成碳化物和硅化物,锡、铅与金属形成合金。都不能直接与氢化合,其氢化物是间接制得的。
高温下有还原性,使一些金属氧化物或硅酸盐还原成金属。1600℃时SiC跟Al2O3反应得硅铝合金。将砂(二氧化硅)和焦炭的混合物,在电炉内加热至2000℃即可生成SiC,因其含杂质而带暗红色。
SiO2+3C
SiC+2CO↑
用于制砂轮、砂纸、磨料、耐火砖等。其单晶可制电子器件。
通常所说的金刚砂是磨料(粗的金刚石)、刚玉、碳化硅的总称。
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| 碳化硅 |
【硅酸】原称偏硅酸, 化学式H2SiO3, 式量78.10。白色无定形粉末, 不溶于水。是一种二元弱酸, 电离平衡常数K1=2×10-10 (室温)。不溶于盐酸、硫酸, 溶于氢氟酸。溶于氢氧化钾或氢氧化钠溶液, 生成硅酸钾K2SiO3或硅酸钠Na2SiO3和水。熔点为150℃(分解)。加热到150℃以上时分解为二氧化硅和水, 二氧化硅是硅酸酐。用做气体和蒸气的吸收剂、催化剂或做其它催化剂的载体。由于二氧化硅不跟水化合, 所以硅酸主要通过硅酸盐溶液跟强酸反应制得。
硅酸实际是白色无定形二氧化硅的水合物,是不溶于水的二元弱酸,酸性化碳酸还弱。不溶于盐酸、硫酸,能溶于氢氟酸或氢氧化钠溶液。但它不能用二氧化硅和水作用得到,只能用可溶性硅酸盐与酸(包括碳酸)反应来制取。它很容易形成胶体溶液,制得的硅酸是胶冻状物质,沉淀析出。将其干燥脱水,变成白色透明多孔性的固体物质,一般称为硅胶(化学式mSiO2·nH2O)具有多孔结构吸附力强,能吸收多种气体和蒸气,且吸湿量很大,是实验室常用的干燥剂、吸附剂。
硅酸用于油脂和蜡的脱色及催化剂、气体吸附剂,密封玻璃瓶包装。硅胶作干燥剂。
【定义】化合物分子中去掉一些原子或原子团后剩下不带电荷的部分,叫做基。基是原子团的一种类型。
【说明】
1. 有时把化合物分子中有特殊性质的一部分原子或原子团叫做基。有机化合物的官能团是决定物质主要特性的基,如醇的羟基(一OH)、羧酸的竣基(一COOH)。
2. 烷烃RH分子中去掉一个氢原子后留下的部分(R•)含有未成对的价电子,叫做烷基自由基,如CH3•是甲基自由基, CH2=CH-CH2•是丙烯基自由基。
3. 有些同核双原子分子均裂后得到单原子的自由基,例如 Cl:Cl→2C1•。产生自由基后可发生自由基型反应。
4. 上述定义中如果所剩下的部分是带有电荷的,就叫做根, 如氢氧根(OH-、铵根(NH4+)。
【定义】分子中两个原子之间由共用一对电子而形成的共价键叫做单键。
【说明】
1. 单键通常在代表两个原子的元素符号间画上一条短线表示。含有单键的有机物具有饱和性。
2. 单键通常是比较稳定的σ键。在环丙烷、环丁烷等张力较大的小环分子中的碳碳单键,不是以核间直线为对称轴的σ键,轨道重叠程度不及一般σ键,所以不稳定,容易断裂。
3. 碳、氮、氧等原子在形成单键时,通常利用杂化轨道。例如,在CH4、NH3和H2O分子中,碳、氮、氧都以sp3杂化轨道跟氢的s轨道重叠而形成σ键,NH3和H20分子中孤对电子处在未参加成键的sp3杂化轨道中。
【定义】分子中两个原子之间由共用两对电子而形成的共价键,叫做双键。
【说明】
1. 双键通常用两条短线表示。
2. 双键通常由一个σ键和一个π键构成的,但它不是单键的简单加和。例如,乙烯分子中碳碳双键,键能是598kJ/mol,而乙烷分子中碳碳单键,键能是374kJ/mol。这表明碳碳双键,键能小于碳碳单键键能的两倍。而丙酮分子中碳氧双键键能 (750kJ/mol)大于甲醚分子中碳氧单键的键能(360kJ/mol)的两 倍。
3. 一般情况下,双键不能自由转动,否则双键中的π键要断裂。双键的主要化学特性是其中的π键容易断裂而跟其他原子或原子团发生加成反应。
4. 在共轭二烯烃等有机物中,两个双键被一个单键间隔。最简单的二烯烃是1,3-丁二烯(CH2= CH—CH=CH2)。该分子中所有的原子处于同一平面上,4个碳原子都以sp2杂化轨道成键形成3个碳碳σ键和6个碳氢σ键。每个碳原子上的未杂化p轨道垂直于该平面,相互侧面交叠,形成一个π- π共轭体系,叫做共轭双键。
【定义】分子中两个原子之间由共用三对电子而形成的共价键,叫做叁键(曾用名:三键>。
【说明】
1.三键通常用三条短线表示。
2.三键通常是由二个σ键和两个π键构成的。但三键不是三个单键或单键和双键的简単加和。例如,C—N、C=N和C≡N 的键能分别是 305kJ/molv616kJ/mol 和 893kJ/mol
3.三键跟双键一样不能自由转动。三键的主要化学特性是其中的两个π键容易断裂而跟其他原子或原子团发生加成反应。
【有机物的命名】
1. 最初,人们根据有机物的来源和性质来命名。后来根据有 机物的结构特点来命名,例如用烷、烯、炔……等。这种命名法能反映有机物之间的相互关系。有机物的异构现象发现以后,为了区别各种异构物,在有机物名称前面加“正”、“异”、“新”……等冠 词,这就是有机物的习惯命名法。例如,C5H12的3种异构体分别命名为正戊烷、异戊烷和新戊烧(季戊烷)。
2. 有机物数目,繁多,结构和组成较复杂,命名相当困难。因此,1892年化学家在日内瓦召开一次国际化学会议,拟定有机物新的命名法,称为“日内瓦命名法”。以后经过国际纯粹与应用化学联合会的多次修订,1979年颁布新的有机化学命名法,即 IUPAC系统命名法。我国目前用的系统命名法,是根据国际上通用的原则,再结合我国文字的特点制订的。1980年中国化学会公布有机化学命名原则。
3. 有机物系统命名的基本要点是:
第一,给有机化合物的母体—链烃、环烃及杂环系统制定名称;
第二,按一定原则给母体 规定位次编排法;
第三,给官能团、取代基及其母体形成的基以相应的名称;
第四,使用一些代表结合情况的化学介词,然后把母体名称作为主体后,用介词连缀上取代基和官能团的名称,并按位次编排法注出取代基和官能团的位次给出各有机化合物名称。
【同分异构现象】化合物具有相同的分子式但结构不同的现象,叫同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。在烷烃分子里,随着碳原子数目的增加,碳原子之间的结合方式也就越多样化,同分异构体的数目也就越多。如丁烷有两种同分异构体,己烷有5种同分异构体,庚烷有9种,癸烷有75种之多。在有机化学中,常见的同分异构现象有:
1.碳链异构 碳原子在分子中的排列不同,如丁烷和异丁烷
2.位置异构 官能团在碳链中的位置不同,如丙醇和异丙醇
3.官能团异构 如:
4.立体异构 具有相同分子式的化合物中,由于原子或原子团在空间排列不同而引起的同分异构现象。有几何异构(也称顺反异构)和旋光异构(从略)。由于双键或环的存在,某些原子或原子团在空间的排列不同而产生几何异构。如:2—丁烯
【定义】组成相同而分子中碳原子相互连接的顺序不同的化合物,叫做碳链异构体。这一现象叫做碳链异构现象。
【说明】碳架异构只涉及分子中碳原子的结合顺序不同,不涉及分子中各原子在空间的排列和定向,所以在书写各种碳架异构体的构型时只要求能表明碳原子的结合顺序。例如,C5Hl2的三种碳链异构可写成正戊烷、异戊烷、新戊烷。
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| 戊烷 |
【定义】组成相同而分子中的取代基或官能团(包括碳碳双键和三键)在碳架(碳链或碳环)上的位置不同,这些化合物叫位置异构体。这一现象叫做位置异构现象。
【说明】位置异构只涉及取代基或官能团的位置,通常是针对碳架结构相同的化合物来讲的。在推导某有机物的异构体时,可先推导出碳架异构体,然后根据各种碳架异构体分别推导可能有的位置异构体。
【定义】组成相同而分子中的各种原子结合方式或顺序不同, 因此有不同的官能团,这些化合物叫类别异构(叫官能团异构)。 这一现象叫做类别异构现象。
【说明】
1.类别异构涉及分子中碳原子的结合方式(单键、双键或三键)、碳架的基本结构(成链或成环)以及其他原子在碳链中或碳链 上的位置。这类异构如1, 3-丁二烯和1-丁炔,环丁烷和1-丁烯, 乙醇和甲醚,丙酮和丙醛。
2.类别异构跟碳架异构、位置异构有很大的不同,类别异构体之间在化学性质上往往有本质上的差别。例如,组成相同的醇和醚属于类别异构,它们是化学性质完全不同的两类物质。
【定义】烃分子中去掉一个或几个氢原子后剩余的原子团,叫做烃基。
【说明】烃基通常用R表示。烃基可分为一价基、二价基和三价基。
例如,一价基:CH3CH2—(乙基)、(CH3)2CH—(异丙基)、CH≡C—CH2— (2-丙炔基);
二价基:CH3CH-(亚乙基)、一CH=CH—(1, 2-亚乙烯基)。三价基:CH3C≡(次乙基)
烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的一价烃基叫烷基,通式是 CnH2n+l。
【定义】由缺电子试剂(亲电试剂)进攻反应物电子云密度较大的部位而引起的反应,叫做亲电反应。例如,

【定义】带有未共甩电子对的负离子或中性分子(亲核试剂)进攻反应物中带有正电荷(或部分正电荷)的碳原子,由此引起的反应叫做亲核反应。例如,
