15碳硅及其化合物无机非金属材料课件.doc

碳硅及其化合物 授课主题 碳硅及其化合物 教学目标 1. 了解硅在自然界中含量、存在、用途基本性质、用途，了解硅单质的物理性质 了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质 了解硅酸盐的重要用途及组成掌握硅酸钠的化学性质。 二氧化硅、硅酸盐的性质、用途 硅酸的性质硅酸盐的组成 硅晶体结构Si，在元素周期表中的位置第三周期，第IVA族，最外层有4个电子，属于碳族元素。 ①碳族元素的特征：碳族元素原子最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，易形成共价键，难形成离子键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大，熔沸点最高(如金刚石、晶体硅)。 ②碳族元素的化合价：碳族元素的主要化合价有+2，+4，其中铅+2价稳定，其余元素+4价稳定。 ③碳族元素的递变规律：从上到下电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，失电子的能力增强，从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中碳是非金属，硅、锗是半导体材料，锡、铅是金属。 ④碳族元素在自然界里的存在：自然界里碳有游离态和化合态两种；硅在地壳里无游离态，主要以含氧化合物的形式存在⑤几种同素异形体碳：金刚石、石墨、C60、C70等；硅：晶体硅，无定形硅自然界中无单质硅，硅元素全部以化合态存在，如二氧化硅、硅酸盐等。化合态的硅是构成地壳的矿石和岩石的主要成分，硅在地壳中的含量居第二位。 2）物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高（1410℃），是良好的半导体材料。 3）化学性质： ①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑；Si + 2F2 ＝SiF4；Si + 4HF ＝ SiF4↑+ 2H2↑。 ②在加热时纯硅与O2Cl2等非金属单质发生反应。如研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2＝SiO2（加热） 4）硅的制备 由于自然界中没有单质硅的存在，因此我们使用的硅，都是从它的化合物中提取的。在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。 制粗硅： SiO2＋2C Si＋2CO ↑ 制高纯硅： Si＋2Cl2 SiCl4 SiCl4＋2H2 Si＋4HCl 5）硅的用途：硅可用来制造集成电路，太阳能电池，硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯，耐酸设备等。在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。燃烧反应C＋O2CO2（点燃） 与某些氧化物的反应：C＋CO22CO；C＋2CuOCO2↑＋2Cu； C＋H2OCO＋H2O（CO、H2的混合气体叫水煤气）；2C+SiO2Si+2CO↑ ③与氧化性酸反应：C＋2H2SO4（浓）CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；C＋4HNO3（浓）CO2↑＋4NO2↑＋2H2O CO不溶于水，有毒(CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和O2结合，而使细胞缺氧引起中毒)，但由于CO无色无味因此具有更大的危险性。 ①可燃性②还原性：CO+CuOCO2＋Cu，CO+H2O(g)CO2+H2（高温催化） CO2：直线型（O＝C＝O）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可倾倒，易液化。固态CO2俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O。 ①酸性氧化物一一酸酐Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O(用于检验CO2) ②氧化性：CO2＋C2CO；2Mg＋CO22MgO＋C 碳酸盐①溶解性：Ca(HCO3)2CaCO3；Na2CO3NaHCO3。②热稳定性：Na2CO3CaCO3；碱金属正盐碱金属酸式盐: Na2CO3NaHCO3。③相互转化：碳酸盐碳酸酸式盐(除杂用) ①SiO2为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO2通常状况下是气体，固体熔点很低。其差别在于晶体类型不同。CO2是分子晶体，故熔点很低。 ②二氧化硅的化学性质很稳定，不能跟酸(氢氟酸除外)发生反应。由于它是一种酸性氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应SiO2+CaO CaSiO3，SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞SiO2) ③二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸)只能用相应的可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得：首先让SiO2和NaOH（或Na2CO3）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠： SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2(，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na2SiO3