碳硅及其化合物--讲义.docxVIP

PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 4 碳族元素 Ⅰ.课标要求 通过实验了解硅及其化合物的主要性质，认识其在信息技术、材料科学等领域的应用。 Ⅱ.考纲要求 1.了解单质硅及其重要硅的化合物的主要性质及应用 3.能综合应用硅及硅的化合物知识 Ⅲ.教材精讲 1.本考点知识结构 2.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，锡、铅是金属，硅、锗是半导体材料。 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。 3.碳 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。 ①燃烧反应 ②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 4.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+H2O 5.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—酸酐 Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O(用于检验CO2) ②氧化性：CO2＋C2CO；2Mg＋CO22MgO＋C 6.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：碳酸正盐碳酸酸式盐(除杂用) 7.硅 ①硅在地壳中只有化合态，没有游离态。其含量在地壳中居第二，仅次于氧，是构成矿物和岩石的主要成分。 ②晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较高的硬度和熔点。 ③硅的化学性质不活泼，常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应:Si+2F2＝SiF4、Si+4HF＝SiF4+2H2↑、Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑；在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合：Si＋O2SiO2。 ④制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑，将制得的粗硅，再与C12反应后，蒸馏出SiCl4，然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为：Si十2C12SiCl4、 SiCl4+2H2Si+4HCl。 ⑤硅在高新技术中的应用：高纯硅可作半导体材料，晶体硅还可做光电转换材料及制作DNA芯片为代表的生物工程芯片。 8.SiO2 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+CaOCaSiO3、SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中) ③二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。 a．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+2HCl ===H2SiO3+2NaCl。 b．酸性氧化物一般不跟酸作用，但二氧化硅却能跟氢氟酸起反应：SiO2+4HF＝SiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)。 ④光导纤维：从高纯度的SiO2或石英玻璃熔融体中，拉出的直径约100μm的细丝，称为石英玻璃纤维，这种纤