第四章 第14讲碳、硅及无机非金属材料讲解.docx

考点一　碳、硅单质及氧化物 1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途 (1)自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。 (2)单质的结构、物理性质与用途比较 碳 硅 结构 金刚石：空间网状结构 石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构 物理 性质 金刚石熔点高、硬度大 石墨熔点高、质软，有滑腻感 晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高 用途 金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯 晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池 2.碳、硅单质的化学性质——还原性 碳、硅的最外层都是4个电子，位于元素周期表的第ⅣA族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应，一般表现为还原性(如图)。 (1)碳的还原性 碳有重要的用途，除了在氧气中燃烧利用其热能外，还能用于金属冶炼(如铜)、制取粗硅、生产水煤气等，完成上图转化关系中①～④的化学方程式。 ①CO2＋C△2CO； ②SiO2＋2C高温Si＋2CO↑； ③C＋H2O(g)高温CO＋H2； ④2CuO＋C△2Cu＋CO2↑。 碳的还原性还表现为可将强氧化性浓硫酸、浓硝酸分别还原为SO2和NO2，本身被氧化为CO2。 (2)硅的化学性质不活泼，在常温下只能与氟气(F2)、氢氟酸(HF)、强碱反应，不能与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸反应，加热时能与氧气、氯气反应。 完成上图转化关系中⑥～⑧的化学方程式。 ⑥Si＋2Cl2△SiCl4； ⑦Si＋2F2===SiF4； ⑧Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 3．二氧化硅和二氧化碳的比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 结构 立体网状结构，不存在单个分子 存在单个 CO2分子 主要物 理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水 化 学 性 质 与水 反应 不反应 CO2＋H2OH2CO3 与酸 反应 只与氢氟酸反应： SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反应 与碱 反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) CO2少量：CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O、 CO2过量：CO2＋NaOH===NaHCO3 与盐 反应 如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3高温Na2SiO3＋CO2↑ 如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3 与碱 性氧化 物反应 如与CaO反应：SiO2＋CaO高温CaSiO3 如与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 制饮料、制碳酸盐 深度思考 1．从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA族元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？ 答案　没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。 2．从元素周期表的位置看，硅的还原性比碳强，但碳能与SiO2反应制取Si，试从化学平衡的角度认识该反应发生的原因。 答案　2C＋SiO2高温Si＋2CO↑，由于CO气体的逸出，促使反应正向进行。 3．写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法： (1)CO(CO2)：_______________________________________________________________。 (2)CO2(CO)：_______________________________________________________________。 (3)CO2(O2)：________________________________________________________________。 (4)CO2(SO2)：_______________________________________________________________。 (5)CO2(HCl)：_______________________________________________________________。 答案　(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶　(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管　(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管　(4)通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶　(5)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶 4．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的