第四章第14讲碳、硅及无机非金属材料详解.docx

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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+Ceq \o(=====,\s\up7(△))2CO; ②SiO2+2Ceq \o(=====,\s\up7(高温))Si+2CO↑; ③C+H2O(g)eq \o(=====,\s\up7(高温))CO+H2; ④2CuO+Ceq \o(=====,\s\up7(△))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+2Cl2eq \o(=====,\s\up7(△))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+Na2CO3eq \o(=====,\s\up7(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+CaOeq \o(=====,\s\up7(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+SiO2eq \o(=====,\s\up7(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)

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