无机6高一教师版碳、硅

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1、高中化学加油站 主讲：岳阿娟老师第 1 页 共 21 页人生不可能永远幸福，也不可能长久地陷入不幸福无机非金属材料的主角碳、硅一、碳族元素：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)。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。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、

2、锗是半导体材料。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。几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C 60、C 70 等；硅：晶体硅，无定形硅。2、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。燃烧反应与某些氧化物的反应：CCO 2 2CO；C2CuO CO22Cu；CH 2O COH 2O（CO 、H 2 的混合气体叫水煤气） ；2C+SiO2 Si+2CO与氧化性酸反应：C2H 2SO4（浓） CO22SO 22H 2O；C4HNO 3（浓） CO24NO 22H 2O3、一氧化碳：态度决定高度细节决定成败高中化学加

3、油站 主讲：岳阿娟老师第 2 页 共 21 页人生不可能永远幸福，也不可能长久地陷入不幸福不溶于水，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。可燃性还原性：CO+CuO CO2Cu，CO+H 2O(g) CO2+H2O4、二氧化碳：直线型（OCO）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：CaCO 32HClCaCl 2CO 2H 2O。酸性氧化物一酸酐Ca(OH)2CO 2CaCO 3H 2O(用于检验 CO2)氧化性：CO 2C 2C

4、O；2MgCO 2 2MgOC6、碳酸盐：溶解性：Ca(HCO 3)2CaCO3；Na 2CO3NaHCO3。热稳定性：Na 2CO3CaCO3；碱金属正盐碱金属酸式盐: Na2CO3NaHCO3。相互转化：碳酸正盐 碳酸酸式盐 (除杂用) 二、硅1硅元素的存在硅元素在地壳中的含量仅次于氧元素，居第二位，硅酸盐及二氧化硅构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。2.硅的原子结构示意图： 其原子既不易失去电子也不易得到电子，所以性质不活泼，较难形成离子化合物，主要形成四价化合物。注意：在地壳中的元素含量排前五位是“氧硅铝铁钙” 硅元素虽然比较稳定，但因为其为亲氧元素，故自然界中只有化合态无游离态。二

5、、硅单质2 8 4+14高中化学加油站 主讲：岳阿娟老师第 3 页 共 21 页人生不可能永远幸福，也不可能长久地陷入不幸福单质硅有晶体和无定形两类（与碳相似） ，其结构与金刚石相似。1.硅的性质物理性质：晶体硅是一种灰黑色、具有金属光泽的固体，硬度大、熔沸点高、有脆性，是良好的半导体材料。化学性质：很稳定，常温下，与常见的物质如： 不反应。常温下除 F2、HF、强碱溶液反应。a. . Si+2F2 SiF4、b. . Si+4HFSiF 4+2H2c.2Si +2 NaOH+2H2O = Na2SiO3+2H2注.常见的硅酸盐Na 2SiO3Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性，能制

6、备硅胶、木材防火剂、粘胶剂等。加热时可与 O2、 Cl2等反应a. SiO 2 SiO2。b. Si 十 2C12 SiCl4、高温下条件下与碳反应生成 SiC（金刚砂）. 2.硅的用途它在元素周期表中处于金属与非金属的过渡位置，故可做半导体，用于制造大规模集成电路板、大功率晶体管、硅芯片，光电池，太阳能板等。3.硅的制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO 22C Si2CO，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 2C12 SiCl4、 SiCl4+2H2 Si+4HCl。SiO2 + 2C Si(

7、 粗硅) + 2CO（制取粗硅） ；Si(粗硅) + 2Cl 2 SiCl4 （ 提纯）SiCl4 + 2H2 Si(精硅) + 4HCl（还原）高中化学加油站 主讲：岳阿娟老师第 4 页 共 21 页人生不可能永远幸福，也不可能长久地陷入不幸福三、二氧化硅(SiO 2)1.SiO2的存在SiO2主要以晶体和无定形两大形态存在，统称天然二氧化硅为硅石。沙子、石英、玛瑙和水晶的主要成分是结晶的 SiO2。2. SiO2的结构SiO2 为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。SiO 2晶体是有 Si和 O 按 1：2 的比例所组成的立体结构，基本结构单元为(正四面体)。每个 Si 周围

8、结合 4 个 O，每个 O 周围结合 2 个 Si，因此 SiO2晶体中不存在单个的二氧化硅分子而 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。CO 2 是分子晶体，故熔点很低。3. SiO2的物理性质熔点高、硬度大、不溶于水的固体4. SiO2的化学性质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。不与水、一般的酸反应。具有酸性氧化物的通性：与 CaO 反应的化学方程式为：SiO 2 + CaO 高温 CaSiO 3；与强碱反应的化学方程式为：SiO 2 + 2NaOH Na2SiO3+H2O （碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中)。注意：虽然 SiO2是酸

9、性氧化物，但是不能与水直接化合成硅酸：粗糙的 SiO2可与 NaOH 反应，故不能用带玻璃塞的玻璃试剂瓶保存 特性：与氢氟酸反应：SiO 2 + 4HF SiF4+2H 2O ；(可用于雕玻璃)高沸点制低沸点：Na 2CO3+ SiO2 CO2 +Na2SiO3（图示）高中化学加油站 主讲：岳阿娟老师第 5 页 共 21 页人生不可能永远幸福，也不可能长久地陷入不幸福5用途： SiO 2 是制造光导纤维的主要原料 石英制造石英玻璃、石英电子表、石英钟等。 水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品。 石英砂常用作制玻璃。 危害：在隧道开凿、石英粉加工等工厂环境下易形成含有二氧化硅的粉尘

10、，人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（矽肺病）点睛：（1）玻璃中含有 SiO2，所以不能用玻璃瓶而应用塑料瓶装氢氟酸，实验室制备氢氟酸应在铅皿中进行。利用 SiO2 与氢氟酸反应，可以用 HF 来刻蚀玻璃。（2）SiO 2 与 NaOH 能缓慢反应生成具有粘结性的 Na2SiO3，因此盛装碱液的玻璃瓶应使用橡皮塞而不用玻璃塞。（3）SiO 2 虽然是酸性氧化物，但不能与水反应。（4）SiO 2 中 Si 处于最高化合价+4 价，在化学反应中只能得电子，但得电子能力较弱，所以表现弱氧化性。（5）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

11、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：SiO22NaOH Na2SiO3H 2O，SiO 2Na 2CO3 Na2SiO3CO 2，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na 2SiO3+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+4HFSiF 4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)。四、硅酸（H 2SiO3） ）硅酸（H 2SiO3）是一种难溶于水、很弱的酸，酸性比碳酸弱。向 Na2SiO3溶液中通入 CO2,反应的化学方程

12、式为 CO2 +H2O +Na2SiO3= Na2CO3+ H2SiO3；（1）不稳定受热易分解:H 2SiO3 高温 SiO2 +H2O高中化学加油站 主讲：岳阿娟老师第 6 页 共 21 页人生不可能永远幸福，也不可能长久地陷入不幸福（2）硅酸在水中易聚合成胶体溶液或白色悬浊液。浓度小时，形成胶体溶液；浓度大时，形成硅酸凝胶。干燥脱水，形成硅胶，可做干燥剂1硅酸的性质：硅酸有多种形式，如 H4SiO4、H 2SiO3、H 2Si2O5 等。一般用通式 xSiO2yH2O 表示，由于“H 2SiO3”分子式最简单，习惯采用 H2SiO3 作为硅酸的代表。硅酸酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明：

13、Na2SiO3+CO2+H2OH 2SiO3+Na 2CO3硅胶：刚制得的硅酸是单个小分子，能溶于水，在存放过程中，它会逐渐失水聚合，形成各种多硅酸，接着就形成不溶于水，但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶” 。如果向硅溶胶中加入电解质，则它会失水转为“硅凝胶” 。把硅凝胶烘干可得到“硅胶” 。烘干的硅胶是一种多孔性物质，具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用，所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。2.硅酸的制备：原理：强酸制弱酸。 CO 2 +H2O+Na2SiO3= Na2CO3+ H2SiO3 2HCl+Na 2SiO3= 2NaCl+ H2SiO3注意： 1.SiO2是酸性氧化物，但

14、它不溶于水，不能直接与 H2O 反应制备 H2SiO32.原硅酸（ H4SiO4）也为不溶于水的弱酸， H2SiO3和 H4SiO4的酸酐都是 SiO2 3、硅及其化合物的“反常”Si 的还原性大于 C，但 C 却能在高温下还原出 Si：SiO 22C Si2CO非金属单质跟碱液作用一般无 H2 放出，但 Si 却放出 H2：Si+2NaOH+H2ONa 2SiO3+2H2非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但 Si 能与 HF 作用 ：Si+4HFSiF 4+2H2非金属单质大多为非导体，但 Si 为半导体。SiO 2 是 H2SiO3 的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备 H2Si

15、O3。酸性氧化物一般不与酸作用，但 SiO2 能跟 HF 作用：SiO 2+4HFSiF 4+2H2O无机酸一般易溶于水，但 H2SiO3 难溶于水。因 H2CO3 的酸性大于 H2SiO3，所以在 Na2SiO3 溶液中通人 CO2 能发生下列反应：Na2SiO3+CO2+H2OH 2SiO3 +Na2CO3，但在高温下 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2也能发生。Na 2SiO3 的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液( 即水玻璃)称高中化学加油站 主讲：岳阿娟老师第 7 页 共 21 页人生不可能永远幸福，也不可能长久地陷入不幸福泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。 五、硅酸盐1概念：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。2硅酸盐的组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形成表示组成。例如 Na2SiO3可表示为Na2OSiO2；硅酸钠 Na2SiO3(Na2OSiO2)；镁橄榄石 Mg2SiO4(2MgOSiO2)；高岭石 Al2(Si2O5)(OH)4(A12O32SiO22H2O)