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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： （CO、 H2 的混合气体叫水煤气） ；与氧化性酸反应： 3、一氧化碳：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，而使细态度决定高度细节决定成败高中化学加油站 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胞缺氧引起中毒)，但由于 CO
3、无色无味因此具有更大的危险性。可燃性还原性： ； 4、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： 酸性氧化物一酸酐(用于检验 CO2)氧化性： ； 6、碳酸盐：溶解性： ； 热稳定性： ；碱金属正盐碱金属酸式盐: 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
4、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、硅单质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。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. . b. c. 注.常见的硅酸盐Na 2SiO3Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，溶液呈碱性，能制备
5、硅胶、木材防火剂、粘胶剂等。加热时可与 O2、 Cl2等反应a. b. 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： ； 三、二氧化硅(SiO 2)1.SiO2的存在高中化学加油站 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S
6、iO2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
7、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： 与强碱反应的化学方程式为： （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： ；(可用于雕玻璃)高沸点制低沸点： （图示）5用途：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 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
8、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，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
9、，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
10、） ）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,反应的化学方程式为 （1）不稳定受热易分解: （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；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
11、列反应可证明：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。 注意： 1.SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接与 H2O 反应制备H2SiO32.原硅酸（ H4SiO4）也为不溶于水的弱酸， H2Si
12、O3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 H2SiO3。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+Na 2CO3，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
