元素及其化合物-碳族元素(课外拓展)-沪教版(共14页)

1、PAGE 第五章 元素(yun s)及其化合物5.4 碳族元素(yun s)一、碳在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常(tngchng)表现为还原性。1.碳的同素异形体金刚石：正四面体构型、空间网状结构的晶体。无色透明，熔沸点高，硬度大，难溶于溶剂，不导电。用途：钻具、装饰品。石墨：平面层状正六边形结构，层间以范德华力结合。熔点很高，质软，有滑腻感，电的良导体。用途：润滑剂、电极、铅笔芯、耐火材料。C60：形似足球，俗称“足球烯”，分子晶体。无定形碳：木炭、活性炭（有吸附性）等，实际是石墨的微小晶体和少量杂质组成。燃烧反应：2C+O2（不足）2CO C+O2（足量）CO2与某些氧化物的

2、反应：CCO22CO；C2CuOCO22Cu；CH2OCOH2O（CO、H2的混合气体叫水煤气）；2C+SiO2Si+2CO与氧化性酸反应：C2H2SO4（浓）CO22SO22H2O；C4HNO3（浓）CO24NO22H2O 与氢气反应：C+2H2CH42.CO物理性质：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)，由于CO无色无味因此具有更大的危险性。化学性质可燃性：2CO+ O22CO2（淡蓝色火焰，作气体燃料）还原性：CO+CuOCO2Cu（可还原(hun yun)多种金属氧化物，如氧化铁），CO+H2O(g) CO2+H2O3.CO2分子结构(f

3、n z ji u)：直线型（OCO）非极性分子(fnz)物理性质：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。 化学性质： 弱氧化性：CCO22CO 2Mg+CO22MgO+C 具有酸性氧化物的性质，是碳酸的酸酐CO2+H2OH2CO3 制法 工业制法：锻烧石灰石 实验室制法：CaCO3+2HClCaCl2+CO2+H2O 4.碳酸盐 溶解性：正盐溶解度比较酸式盐K+、Na+、NH4+可溶可溶其它难溶可溶 将CO2通入饱和Na2CO3溶液中，可以观察到有晶体析出，反应的离子方程式： 热稳定性： 类别稳定性分解产物稳定性变化正盐K+、Na+高温不分解稳

4、定性减弱其它难溶性常温稳定，高温分解金属氧化物+CO2酸式盐K+、Na+加热可分解，200正盐+CO2+H2O其它Ca2+、Mg2+等加热可分解，100正盐+CO2+H2O铵盐(NH4)2CO3、NH4HCO3不稳定，常温已分解NH3+CO2+H2O Na2CO3CaCO3；碱金属正盐(zhn yn)碱金属酸式盐； Na2CO3NaHCO3。分别(fnbi)在80和120条件(tiojin)下使(NH4)2CO3、NH4HCO3完全分解，求所得混合气体的平均分子量。 相互转化：7.碳化物（1）SiC，金刚砂，原子晶体。、（2）CaC2、MgC2、Mg3C2等，极易水解。电子式为。二、硅 在地壳

5、中含量仅次于氧居第二位。在自然界中仅以化合态存在，是构成矿物和岩石的主要成分。（1）结构(jigu)：类似金刚石的原子晶体，正四面体，空间网状结构。（2）物理性质：灰黑色有金属光泽的固体，熔沸点高，硬度大，它的导电性介于(ji y)导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。（3）化学性质(huxu xngzh)与碳一样，硅最外层有4个电子。常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质，如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。在加热条件下，硅能跟一些非金属反应。常温下：Si + 2F2 SiF4 Si + 4HF SiF4 + 2H2 Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3

6、 + 2H2 高温下：在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧，生成二氧化硅并放出大量热。Si + O2SiO2Si + 2H2SiH2（易自燃）Si + 2FeO2Fe+ SiO2（4）工业制法制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO22CSi2CO，一般还原剂的还原性大于还原产物，这是一个特例，可从平衡角度解释。 提纯方法： 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+2C12SiCl4（l）、 SiCl4+2H2Si+4HCl。2、氧化硅物理性质 结构(jigu)：空间网状结构的原子晶体。1个Si原子(yunz)同4 个O原子

7、(yunz)形成共价键，1个O原子同2个Si原子形成共价键。1mol SiO2晶体中约含4NA个SiO共价键？构成一个最小的环需要12个原子。 SiO2为原子晶体也叫硅石，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。化学性质(1).二氧化硅的化学性质不活泼SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，它不溶于水，也不与水反应。也不与酸（氢氟酸除外）反应，但能与碱性氧化物或强碱反应生成盐。SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O，盛装碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，而只能用橡皮塞。生成的硅酸钠具有粘性，要将瓶塞

8、和瓶颈粘在一起而不能打开。特性SiO2 + 4HFSiF4 + 2H2O，这就是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。用途：光导纤维，光学仪器，玻璃原料等。SiO2与CO2化学性质的比较物质二氧化硅二氧化碳与水反应不反应CO2 + H2OH2CO3与酸反应SiO2 + 4HFSiF4 + 2H2O不反应与碱反应SiO2 + 2NaOHNa2SiO3 + H2O生成正盐和酸式盐与碱性氧化物反应SiO2 + CaOCaSiO3CO2 + Na2ONa2CO3与碳反应SiO2 + 2CSi + 2COCO2 + C2CO三.硅 酸、硅 酸 盐（了解）1、H2SiO3 ：硅酸(u sun) H4SiO4：

9、原硅酸是一种白色胶状沉淀物。原硅酸几乎不溶于水，是一种弱酸，很不稳定。这种白色胶状物在空气里干燥(gnzo)，失去一部分水后，变成白色粉末即硅酸。（1）物理性质(wl xngzh)：原硅酸是白色胶状沉淀，失水变成硅酸。（2）特性：不溶于水的二元弱酸，热分解产物为SiO2和H2O （3）化学性质：硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱。将CO2通入Na2SiO3的溶液中，会析出原硅酸沉淀。CO2 + Na2SiO3+2H2ONa2CO3 + H4SiO4（4）制法：二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。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

10、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：SiO22NaOHNa2SiO3H2O，SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na2SiO3+2HCl H2SiO3+2NaCl。2、硅酸盐 硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐。一般难溶于水。硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。具体表示顺序是：活泼金属氧化物，较活泼金属氧化物，二氧化硅，水。 如硅酸钠Na2SiO3 Na2OSiO2 镁橄榄石Mg2SiO4 2MgO

11、SiO2 钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O CaO Al2O3 3SiO2 3H2O 正长石KAlSi3O8 K2OAl2O36SiO2 可溶性硅酸盐中最常见的是硅酸钠，它的水溶液俗名水玻璃。水玻璃又叫做泡化碱，它是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，它既不能燃烧又不受腐蚀，在建筑工业上可作粘合剂。可用作耐火材料。3.硅及其化合物的特性(txng)（1）硅的还原性比碳强，得在高温(gown)下碳能将硅从SiO2中还原(hun yun)出来。（2）非金属单质与强碱溶液反应一般不产生氢气，但硅要产生氢气。（3）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅却能与氢氟酸反应，且能产生氢气。（4）非金属

12、单质一般不具有金属光泽，而石墨和硅却具有，且都能导电，硅是常用的半导体材料。（5）非金属氧化物一般是分子晶体，熔沸点较低，但二氧化硅却是原子晶体，熔点很高。（6）酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。（7）无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。（8）在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸的强，二氧化碳与硅酸钠溶液反应生成碳酸钠和硅酸沉淀。在高温下碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其原因是在高温条件下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。4.硅胶硅胶是很好的干燥剂、吸附剂以及催化剂载体四、硅酸盐工业1、水泥 主要原料：粘土、石灰石 主要设

13、备：水泥回转窑 普通水泥的主要成分：3CaO SiO2、2CaO SiO2、3CaO Al2O3 性质：具有水硬性（跟水掺和搅拌后容易凝固变硬） 加入石膏的作用：调节水泥的硬化速度 应用：水泥砂浆、混凝土2、玻璃 主要原料：纯碱、石灰石、石英 主要成分：Na2SiO3CaSiO34SiO2、Na2OCaO6SiO2 反应原理： 有色玻璃：Co2O3蓝色、Cu2O红色(hngs)3、陶瓷(toc) 主要原料(yunlio)：粘土 成分：硅酸盐五、无机非金属材料1、材料分为无机非金属材料、金属材料、高分子材料。2、无机非金属材料分为传统无机非金属材料（硅酸盐材料）和新型无机非金属材料。3、新型无机

14、非金属材料具有以下几个方面的特性A、承受高温，B、强度高，C、电学特点，D、光学特性，E、生物功能4、高温结构陶瓷指的是一类物质例如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等。这类陶瓷能经受高温，不怕氧化，耐腐蚀，耐磨损，密度小等优点。是金属材料所不具有的。5、光导纤维简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤维，制取的基本原料是SiO2，它具有通信信息量大，原料来源广，重量小，成本低，性能好，保密性强等特点。碳族元素成员：碳C硅Si锗Ge锡Sn铅Pb位于A族一、碳族元素在元素周期表中的位置（周期、族、原子序数）表示方法：原子结构示意图、电子式比较原子结构相同点：最外层电子数相同，都是4个不同点：电子层

15、数不同相似性：不易得失电子，易形成共价键，难形成离子键，最高正价为4，最低价为4。主要性质 递变性：随原子序数递增，元素金属性增强，非金属性减弱；氢化物稳定性减弱（CH4可燃，SiH4易自燃）；最高价氧化物对应水化物酸性减弱，碱性增强，Ge(OH)4呈两性。碳族元素的金属性比同周期氮族元素强，且自上而下由非金属性向金属性递变(d bin)比氮族更为明显。1、碳族元素(yun s)的主要特征（1）C是非金属，Si貌似金属，但大多数情况(qngkung)下显示非金属性，Ge的金属性比非金属性强，Sn、Pb都是金属。（2）碳族主要化合价是2、4，除Pb的2价化合物稳定外，其他元素的4价化合物稳定。（

16、3）金刚石、石墨、C60互为同素异形体，金刚石的硬度最大。（4）碳元素是形成化合物种类最多的元素。（5）在所有非金属元素形成的气态氢化物中，甲烷含氢量最大（25%）。（6）硅在地壳中的含量仅次于氧，是良好的半导体材料。2、碳族元素单质的物理性质元素符号CSiGeSnPb金刚石石墨晶体硅颜色无色灰黑色灰黑色银灰色银白色蓝白色状态都是固体密度g/cm33.512.252.345.357.2811.34熔沸点较高，无明显规律导电性不导电导体半导体半导体导体导体3、碳族元素单质的化学性质元素符号CSiGeSnPb原子序数614325082原子半径变化趋势金属性与非金属性递变最高正价+4最高正价氧化物化

17、学式CO2SiO2GeO2SnO2PbO2最高正价氧化物对应的水化物的化学式及酸碱性强弱H2CO3H2SiO3或H4SiO4Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4氢化物的化学式及稳定性强弱CH4SiH4注意(zh y)：碳族元素的氢化物的写法是碳族元素在前，氢元素在后。总结(zngji)：1.相似性最外层(wi cn)上均有4个电子，易形成共价键。最高正价均为+4价，最高价氧化物通式为RO2，对应水化物通式为H2RO3或R(OH)4，特殊的原硅酸为H4SiO4。气态氢化物可表示成RH4。2递变性随着原子序数的递增，元素的原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，元素由非金属

18、性向金属性递变的趋势明显。3主要化合价碳族元素的化合价主要有+4和+2，碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。根据此性质可判断：锡的+2价化合物应具有强的还原性，铅的+4价的化合物应具有较强的氧化性。4、碳硅化学性质比较化学性质碳硅还原性与单质反应（不稳定）与氧化物反应与酸反应不与、等反应，但有：与水或碱溶液反应与反应5、二氧化碳(r yng hu tn)和二氧化硅的结构、性质比较项目类别酸性氧化物酸性氧化物晶体类型分子晶体原子晶体熔点和沸点低高，硬度大化学性质不溶于水，与水也不反应联系6、硅及其化合物的特性(txng)（1）Si的还原性大于C，但C却能在高温(go

19、wn)下还原出Si：（2）非金属单质(dnzh)跟碱液作用一般无放出，但Si却放出H2： （3）非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：（4）非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。（5）SiO2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。（6） 非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的却很高。（7）酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：（8）无机酸一般易溶于水， 却难溶于水。（9）因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：，但在高温下也能发生。（10）Na2SiO3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）俗称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。7、硅与碱溶液的反应特点硅与强碱溶液反应的实质是什么？究竟哪种物质是氧化剂？根据化学方程式：进行分析，似乎和都是氧化剂，其实不然。上述反应实际分两步进行 其中反应为氧化还原反应，反应为非氧化还原反应。合并两式得总反应方程式。其中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，