第1讲 碳、硅及其化合物2

1、2013高三化学第一轮复习高三化学第一轮复习碳、硅及其化合物碳、硅及其化合物1.掌握掌握C、Si元素单质及其重要化合物元素单质及其重要化合物 的主要性质及应用。的主要性质及应用。2.了解碳族元素结构与性质的相似性及了解碳族元素结构与性质的相似性及 递变性。递变性。3.以上各部分知识的综合应用。以上各部分知识的综合应用。考试大纲解读考试大纲解读例例1 下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A.硅材料广泛应用于光纤通讯硅材料广泛应用于光纤通讯 B.工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 C.水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品制品 D.粗

2、硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应A1 1、碳单质：、碳单质：（1 1）同素异形体：）同素异形体：（2 2）无定形碳：）无定形碳：金刚石、石墨、金刚石、石墨、C C6060等等木炭、焦炭、活性炭木炭、焦炭、活性炭吸附性吸附性一、碳和硅的比较一、碳和硅的比较（一）物理性质（一）物理性质2 2、硅单质：、硅单质： SiSi是是带有金属光泽的灰黑色固体带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性熔点高，硬度大，有脆性。硅的导电性介于导体。硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的和绝缘体之间，是良好的_材料。材料。 半导体半导体 在地壳中硅的含量仅次于在地壳中硅的含量仅

3、次于_，而居第，而居第_位硅在元素周期表位于第位硅在元素周期表位于第_周期第周期第_族，位于族，位于_的下方，在自然界中以的下方，在自然界中以化合态化合态形形式存在。式存在。氧氧二二三三碳碳AA（二）、硅的化学性质（二）、硅的化学性质在常温下，硅的化学性质不活泼，在常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气除氟气(F2)、氢氟酸、氢氟酸(HF)和强碱外和强碱外，它，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气、不易与其他物质如氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应。在加热条件下，硅硫酸、硝酸等反应。在加热条件下，硅能与某些非金属单质发生反应。能与某些非金属单质发生反应。化学化学性质性质碳碳(主要有主要有+2、+4价

4、）价）硅硅（主要（主要+4价）价）还还原原性性与非与非金属金属反应反应与氧与氧化物化物反应反应与酸与酸反应反应与与2O或碱或碱反应反应C + O2 (足量足量) = CO2点燃点燃2C + O2(不足不足) =2 CO点燃点燃Si + O2= SiO2Si +2Cl2= SiCl4Si +C = SiC高温高温Si +2F2 = SiF4（常温）（常温）C+2CuO =2Cu + CO2C+4HNO3(浓浓) =CO2+4NO2+2H2OC+2H2SO4(浓浓) =CO2+2SO2+2H2O与与HNO3、H2SO4等等不反应不反应Si+4HF = SiF4+ 2H2C + H2O = CO +

5、 H2高温高温Si+2NaOH+ H2O =Na2SiO3+ 2H2化学性质化学性质碳碳硅硅制取制取用途用途(1)粗硅制取粗硅制取 SiO2 + 2C = Si (粗粗) + 2CO高温高温高温高温(2)粗硅提纯粗硅提纯 Si (粗粗) + 2Cl2 = SiCl4SiCl4 + 2H2 = Si(纯纯) + 4HCl 集成电路、半导体晶体管集成电路、半导体晶体管及芯片、光电池等等及芯片、光电池等等【实战演练】【实战演练】1、下列关于硅的说法中不正确的是、下列关于硅的说法中不正确的是A、硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光、硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光 泽的固体泽的固体B、

6、硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的、硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的 半导体材料半导体材料C、硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应、硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D、加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等反应、加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等反应2、若把、若把4.2g的硅和的硅和9.2g的钠同时投入适量的水的钠同时投入适量的水 中，充分反应，能收集到氢气（标准状况）中，充分反应，能收集到氢气（标准状况） 的体积是的体积是A、22.4L B、11.2L C、5.6L D、2.8LCB二、二氧化硅二、二氧化硅1、物理性质、物理性质 SiO2也叫硅石，石英砂、玻

7、璃、沙子的也叫硅石，石英砂、玻璃、沙子的主要成分也为主要成分也为SiO2， SiO2为坚硬的固体，为坚硬的固体，纯纯SiO2是无色透明晶体，称之为水晶。熔点是无色透明晶体，称之为水晶。熔点高，硬度大，高，硬度大，不溶于水不溶于水（由（由原子原子组成）。组成）。 固态固态CO2称为干冰，称为干冰， CO2可溶于水并与可溶于水并与水结合为水结合为H2CO3（由（由分子分子组成）。组成）。2、二氧化硅的化学性质（与、二氧化硅的化学性质（与CO2比较）比较）物质物质CO2(酸性氧化物酸性氧化物)SiO2(酸性氧化物酸性氧化物)与水反应与水反应与酸反应与酸反应不反应不反应与碱反应与碱反应与酸性氧与酸性氧

8、化物反应化物反应与盐反应与盐反应CO2 +H2O H2CO3CO2+2OH- = CO32- +2H2OCO2+OH- = HCO3- CO2+Na2O = Na2CO3 CO2+H2O+Na2SiO3= Na2CO3 + H2SiO3SiO2+4HF = SiF4+2H2OSiO2+2OH- = SiO32- +H2OSiO2+CaO = CaSiO3 高温高温SiO2+Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2高温高温不反应不反应(故不能直接故不能直接与水反应制硅酸与水反应制硅酸)2、二氧化硅的化学性质（与、二氧化硅的化学性质（与CO2比较）比较）物质物质CO2(酸性氧化物酸性氧化物)S

9、iO2(酸性氧化物酸性氧化物)制法制法CaCO3 + 2HCl=CaCl2 + H2O + CO2用途用途灭火剂、致冷剂、人工灭火剂、致冷剂、人工降雨、制纯碱、尿素等降雨、制纯碱、尿素等H2SiO3 = SiO2 + H2O光导纤维光导纤维、化学仪器、化学仪器、光学仪器、光学仪器、钟表、钟表、电子部件电子部件思考 ？1.氢氟酸如何保存？氢氟酸如何保存？2.2.为什么实验室中盛放为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡碱液的试剂瓶用橡 皮塞皮塞而不用玻璃塞？而不用玻璃塞？ 氢氟酸不能盛放在玻璃器皿中，而应保存氢氟酸不能盛放在玻璃器皿中，而应保存 在在塑料瓶塑料瓶中。中。 SiO2 + 2NaOH =

10、Na2SiO3 + H2O生成的生成的Na2SiO3具有粘性，久置使瓶塞打不具有粘性，久置使瓶塞打不开。开。【实战演练【实战演练】1.下列对有关化学反应过程或实验现象的解释下列对有关化学反应过程或实验现象的解释中中,正确的是正确的是( )A.在高温条件下在高温条件下,C能置换出能置换出SiO2中的中的Si,说明说明C 的氧化性强于的氧化性强于SiB.酸雨的形成是由于雨水中溶有酸雨的形成是由于雨水中溶有CO2C.长期盛放长期盛放NaOH溶液的滴瓶不易打开溶液的滴瓶不易打开,主要是主要是 因为因为NaOH吸收了吸收了CO2所致所致D.”水滴石穿水滴石穿”是溶解了是溶解了CO2的雨水长期与的雨水长期

11、与 CaCO3作用生成了作用生成了Ca(HCO3)2之故之故D三、三、硅酸硅酸1、硅酸是一种、硅酸是一种很弱很弱的酸（的酸（比碳酸还弱）比碳酸还弱），溶解度溶解度很很小小，由于，由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐（酸盐（Na2SiO3）与其他酸反应制得。）与其他酸反应制得。 如：如： Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3+Na2SO4硅胶：硅胶：硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的装食品、瓶装药品等的干燥剂，干燥剂，也用作也用作催化剂的载体。催化剂的载体。2.硅酸在水中易聚合形

12、成胶体溶液。硅酸在水中易聚合形成胶体溶液。 （1）浓度较小时）浓度较小时 硅酸溶胶硅酸溶胶； （2）浓度较大时）浓度较大时 硅酸凝胶硅酸凝胶。 （3）硅酸凝胶干燥）硅酸凝胶干燥部分脱水部分脱水后形成的多孔状固体，后形成的多孔状固体， 硅酸干凝胶硅酸干凝胶，又称硅胶又称硅胶，3、化学性质、化学性质:硅酸不稳定，受热易分解：硅酸不稳定，受热易分解：弱酸性：弱酸性：比碳酸酸性弱比碳酸酸性弱:制备方法制备方法:(可溶性硅酸盐可溶性硅酸盐+酸酸) H2SiO3=SiO2+H2O加热加热H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2ONa2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3Na2SiO

13、3+2HCl=2NaCl+H2SiO3四、硅酸盐四、硅酸盐水玻璃：水玻璃： 可可作作肥皂填料肥皂填料、木材、织物的木材、织物的防腐剂防腐剂和和防火剂防火剂，建筑、纸张的，建筑、纸张的黏胶剂黏胶剂。1、由、由硅硅、氧氧和和金属元素金属元素组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。2、结构复杂，大多数不溶于水，化学性质很稳定、结构复杂，大多数不溶于水，化学性质很稳定3、最简单的硅酸盐：、最简单的硅酸盐： 硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3），），俗名叫俗名叫泡花碱泡花碱，白色固，白色固体，易溶于水，其体，易溶于水，其水溶液俗名叫水玻璃水溶液俗名叫水玻璃。（2）氧化物化学式法：）氧化物化学式法：活泼金属氧

14、化物活泼金属氧化物 较较活泼金属氧化物活泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水水（1）盐化学式法：）盐化学式法： 如：如：Na2SiO3、CaSiO3、K2SiO3 等等4、硅酸盐组成的表示方法：、硅酸盐组成的表示方法：滑滑 石：石：3MgO4SiO2H2O云云 母：母：K2O3Al2O36SiO22H2O沸沸 石：石：Na2OAl2O33SiO22H2O石石 棉：棉：3MgOCaO4SiO2高岭石（黏土）：高岭石（黏土）：Al2O32SiO22H2O 如：如：五、硅酸盐工业简介五、硅酸盐工业简介 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2硅酸盐工业硅酸盐工业玻璃玻璃主要原料主要原料: 纯碱、石灰石、

15、石英纯碱、石灰石、石英主要主要反应反应产品成分：产品成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2水泥水泥主要原料：黏土、石灰石主要原料：黏土、石灰石产品成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙产品成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙陶瓷陶瓷高温高温Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高温高温原料：黏土原料：黏土（玻璃（玻璃熔炉）熔炉）（水泥（水泥回转窑）回转窑）（陶瓷窑）（陶瓷窑）新型无机非金属材料的种类和用途新型无机非金属材料的种类和用途材料类材料类别别主要特性主要特性示例示例用途用途高温结高温结构陶瓷构陶瓷能承受高温、能承受高温、强度高强度高氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 汽轮机叶片、汽轮机叶片、

16、轴承、永久性轴承、永久性模具模具半导体半导体陶瓷陶瓷具有电学特具有电学特性性氧化锡陶瓷氧化锡陶瓷 集成电路的半集成电路的半导体导体光学材光学材料料具有光学特具有光学特性性光导纤维光导纤维光缆通讯、医光缆通讯、医疗、照明等疗、照明等生物陶生物陶瓷瓷具有生物功具有生物功能能氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 人造骨、人造人造骨、人造关节、接骨螺关节、接骨螺钉钉高温高温SiHCl3H2SiO3+2+4 返回返回碳族元素在周期表中的位置碳族元素在周期表中的位置 族族周期周期 AA A AA A A1 12 23 34 45 56 67 7 H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K

17、 Ca Ga Ge As Se Br Rb Sr In Sn Sb Te I Cs Ba Tl Pb Bi Po At Fr金属性逐渐增强非金属性逐渐增强金属性逐渐增强非金属性逐渐增强CSiGeSnPbCSiGeSnPbCSiGeSnPb六六、碳族元素碳族元素 一、碳族元素一、碳族元素（在周期表中位置：第A族）C iG相似性相似性 递变性递变性( (随随核电荷数增大核电荷数增大)(1)、最外层都有、最外层都有4个个电子，化合价主要有电子，化合价主要有+4 和和 +2，一般形成，一般形成共价化合物共价化合物。(2)、气态氢化物、气态氢化物的通式：的通式：RH4(3)、最高价氧化物、最高价氧化物对

18、应的水化物通式对应的水化物通式为为H2RO3或或R(OH)4原子结构原子结构 单质物性单质物性 单质化性单质化性电子层增多电子层增多原子半径增大原子半径增大熔沸点降低熔沸点降低单质密度增大单质密度增大非金属性减弱、金属性增强非金属性减弱、金属性增强最高价氧化物对应水化物的酸性减弱最高价氧化物对应水化物的酸性减弱氢化物的稳定性减弱氢化物的稳定性减弱碳族元素性质碳族元素性质七七.碳酸根离子、碳酸氢根离子和硅酸根离子检验碳酸根离子、碳酸氢根离子和硅酸根离子检验1、 CO32-的检验的检验原理：原理：CO32-+Ca2+ =CaCO3CaCO3为白色固体，不溶于水但溶为白色固体，不溶于水但溶 于盐酸或

19、硝酸，且生成无色、无味的气味。于盐酸或硝酸，且生成无色、无味的气味。 CaCO3+2H+ =Ca 2+CO2+ H2O方法：向待检溶液中加入过量的方法：向待检溶液中加入过量的CaCl2溶液，若生成白色沉淀，再溶液，若生成白色沉淀，再 加入稀盐酸或稀硝酸，若白色加入稀盐酸或稀硝酸，若白色 沉淀又溶解，且生成无色、沉淀又溶解，且生成无色、 无味气体，则待检溶液中有无味气体，则待检溶液中有CO32-。注意：注意：试剂试剂CaCl2溶液也可用溶液也可用Ca(NO3)2 、BaCl2、Ba(NO3)2 等的溶液代之，但不能用等的溶液代之，但不能用Ca(OH)2 溶液或溶液或Ba(OH)2 溶液，溶液， 原因是无法排除原因是无法排除HCO3-的干扰；的干扰； 对白色沉淀要加入稀盐酸或稀硝酸溶之以排除对白色沉淀要加入稀盐酸或稀硝酸溶之以排除Ag+、 SiO32-的干扰。但不可用硫酸溶液，原因是的干扰。但不可用硫酸溶液，原因是H2 SO4溶解溶解 CaCO3 或或BaCO3的效果不佳的效果不佳. 白色沉淀溶解之后还要通过气体及其气味来进一步排除白色沉淀溶解之后还要通过气体及其气味来进一步排除 等等SO32-的干扰。的干