碳硅与化合物---讲义

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1、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

2、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;9C+

3、4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O4.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+H2O5.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+C6.碳酸盐①

4、溶解性:Ca(HCO3)2>CaCO3;Na2CO3>NaHCO3。②热稳定性:Na2CO3>CaCO3;碱金属正盐>碱金属酸式盐:Na2CO3>NaHCO3。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

5、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.SiO2①SiO2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

6、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。9b.酸性氧化物

7、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,这种纤维称为光导纤维。光纤通信是一种新技术,它将光信号在光导纤维中进行全反射传播,取代了电信号在铜线中的传播,达到两地通信的目的。光纤通信优点:信息传输量大,每根光缆可同时通过10亿路电话;原料来源广

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