《碳硅及其化合物讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《碳硅及其化合物讲义（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、碳硅及其化合物讲义集团标准化工作小组Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN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皿教材精讲1. 本考点知识结构2. 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+
2、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、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、c等；硅：晶体硅，无定形硅。60 703. 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：c+co 2CO； C+2CuO丄CO f+2Cu；2 2C+HO 逗CO+HO （CO、H的混
3、合气体叫水煤气）；2 2 22C+SiO Si+2COf2 与氧化性酸反应：C + 2H SO （浓）CO t+2SO t+2HO；24222C + 4HNO （浓）CO t+4NO t+2HO3 2224. CO不溶于水，有毒（CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和O结合，而使细胞缺氧引起2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 CO +Cu，CO+H O（g） CO +H O2 2 2 2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CO俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：CaCO +2HCl=C
4、aCl +CO f2 3 2 2HO。2 酸性氧化物一酸酐Ca(OH) +CO=CaCO J+HO(用于检验 CO)2 2 3 2 2 氧化性：CO +C 巧讯 2CO; 2Mg + CO 2MgO + C2 26. 碳酸盐 溶解性：Ca(HCO ) CaCO ; Na CO NaHCO。3 2 3 2 3 3 热稳定性：Na CO CaCO ;碱金属正盐碱金属酸式盐：Na CO NaHCO o2 3 3 2 3 3Jrn Ofc 相互转化：碳酸正盐“碳酸酸式盐(除杂用)7. 硅 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。 晶体硅是灰黑色，有
5、金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较高的硬度和熔 点。 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 =SiF、Si+4HF = SiF+2H f、Si+2NaOH+H O = Na SiO+2H f;在加热条件下，能与氧气、氯 4 4 2 2 2 3 2气等少数非金属单质化合：Si+O SiOo2 2 制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO +2C- Si + 2COf，将制得2的粗硅，再与C1反应后，蒸馏出SiCl，然后用H还原SiCl可得到纯硅。有关的反应2 4 2 4为：Si 十 2C1 SiCl、SiCl +2H Si+4HCl。2442
6、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 SiO为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO通常状况下22是气体，固体熔点很低。其差别在于晶体类型不同。CO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。SiO +CaOCaSiO、SiO +2NaOH=Na SiO +H 0（碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中）2 3 2 2 3 2 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
7、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SiO和NaOH （或2Na CO ）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO +2NaOH垄Na SiO +H O，SiO +2322322Na CO Na SiO +CO ?，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：NaSiO+2HCl2323223=HSiO+2NaCl。23b. 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：SiO+4HF=2SiF +2HO（氢氟酸不能盛放在玻璃容器中）。42 光导纤维：从高纯度的SiO或石英玻璃熔融体中，拉出的直径约1 OOm的细丝，2称为石英玻璃纤
8、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；质量轻，每千米 27 克；不怕腐蚀，铺设方便；抗电磁干扰，保密性好。 石英、水晶及其压电效应石英的主要成分是SiO ,可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合2物，它们以溶解状态存在于石英中，呈各种颜色。纯净的SiO晶体叫做水晶，它是六方柱2状的透明晶体，是较贵重的宝石。水晶或石英在受压时能产生一定的电场，这种现象被称为“压电效应”。后来这种“压电效应”被应用在电子工业及钟表
9、工业和超声技术上。9硅酸和硅胶 硅酸：硅酸有多种形式，如HSiO、HSiO、HSi O等。一般用通式xSiOyH O表4 4 2 3 2 2 5 2 2示，由于“HSiO ”分子式最简单，习惯采用HSiO作为硅酸的代表。2 3 2 3 硅酸酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明：NaSiO+CO+HO=HSiO !+Na CO2 3 2 2 2 3 2 3 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
10、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。10. 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+2C巧田Si + 2C0f2 非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si却放出H2： Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2 t 非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si+4HF = SiF+2H t42 非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。 SiO是HSiO的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备HSiO。2 2 3 2 3 酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO能跟H
11、F作用：SiO+4HF=SiF+2HO2 2 4 2 无机酸一般易溶于水，但HSi O难溶于水。23 因H CO的酸性大于H SiO，所以在Na SiO溶液中通人CO能发生下列反应：2323232NaSiO+CO+232HO=HSiO 1+NaCO，但在高温下 SiO+Na CO NaSiO+CO t 也能发生。22323223232 NaSiO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)23称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。11. 硅酸盐 硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，组成可用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠Na SiO (Na OSiO)；镁橄榄
12、石MgSiO(2Mg OSiO)；高岭石2322242Al (Si O)(OH) (Al O 2SiO 2H O)22 542 322 云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。 人造硅酸盐：主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子 筛等。 硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅 酸钠，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，可作粘合剂，防腐剂。12. 水泥、玻璃、陶瓷 普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO SiO ）、硅酸二钙（2CaOSiO ）和铝酸22三钙（3CaOAl O ），水泥具有水硬性，水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。
13、23 制玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英，主要反应是：SiO2+Na2CO3巧阳Na2SiO3+CO2仁SiO2+CaCO3帀阳CaSiO+CO f,玻璃是无固定熔点的混32合物。加入氧化钴后的玻璃呈蓝色，加入氧化亚铜后的玻璃呈红色，普通玻璃一般呈淡绿 色，这是因为原料中混有二价铁的缘故。 制造陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分：AlO2SiO2HO。232213. 无机非金属材料无机非金属材料包含除传统陶瓷外的各种性能优异的精细陶瓷：耐高温的二氧化锆（ZrO ）陶瓷、高熔点的氮化硅（SiN ）和碳化硅（SiC）陶瓷；透明的氧化铝、砷化镓 234（GaAs）、硫化锌（ZnS）、硒化锌（Zn
14、Se）、氟化镁（MgF ）、氟化钙（CaF ）等氧化物22 或非氧化物陶瓷；生物陶瓷；超细微粉体粒子制造的纳米陶瓷等。W典型例题例1、（06全国理综）在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当 的化学试剂和实验用品，用图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。（1）A是制取CO的装置。写出A中发生反应的化学方程式：2填写表中空化碳反应的化学方格：化钠与二氧程式：仪器加入试剂加入该试剂的目的B饱和NaHC0溶液CD写出过氧试管F中收集满气体后，下一步实验操作是：。【解析】命题意图就是验证过氧化钠与水或二氧化碳的反应及对供氧剂信息的理解认 识。实验仪器中的A是二氧化碳发生装置，B、D是除杂装置，C是反应装置，E是收集装 置。本实验可能存在的杂质气体有：制取二氧化碳的是HCl和水，但由于过氧化钠与二氧 化碳和水都能反应产生氧气，故水不必除去。答案：（1） CaCO +2HCl=CaCl +H O+CO t3 2 2 2 B饱和NaHCO3除CO中的HCl2CNaO粉末22反应物DNaOH溶液除去未反应的CO2 2Na O +2CO =2Na CO +O2 2 2 2 3 2把E中的导管移出水面，关闭分液漏斗活塞，用姆指堵住试管口，取出试管，立即把带火星的木
