元素及其化合物-碳族元素(課外拓展)-滬教版(共14頁)

1、PAGE 第五章 元素(yun s)及其化合物5.4 碳族元素(yun s)一、碳在常溫下碳很穩(wěn)定，只在高溫下能發(fā)生反應(yīng)，通常(tngchng)表現(xiàn)為還原性。1.碳的同素異形體金剛石：正四面體構(gòu)型、空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。無色透明，熔沸點高，硬度大，難溶于溶劑，不導(dǎo)電。用途：鉆具、裝飾品。石墨：平面層狀正六邊形結(jié)構(gòu)，層間以范德華力結(jié)合。熔點很高，質(zhì)軟，有滑膩感，電的良導(dǎo)體。用途：潤滑劑、電極、鉛筆芯、耐火材料。C60：形似足球，俗稱“足球烯”，分子晶體。無定形碳：木炭、活性炭（有吸附性）等，實際是石墨的微小晶體和少量雜質(zhì)組成。燃燒反應(yīng)：2C+O2（不足）2CO C+O2（足量）CO2與某些氧化物的

2、反應(yīng)：CCO22CO；C2CuOCO22Cu；CH2OCOH2O（CO、H2的混合氣體叫水煤氣）；2C+SiO2Si+2CO與氧化性酸反應(yīng)：C2H2SO4（濃）CO22SO22H2O；C4HNO3（濃）CO24NO22H2O 與氫氣反應(yīng)：C+2H2CH42.CO物理性質(zhì)：不溶于水，有毒(CO和血紅蛋白結(jié)合，使血紅蛋白無法和O2結(jié)合，而使細(xì)胞缺氧引起中毒)，由于CO無色無味因此具有更大的危險性。化學(xué)性質(zhì)可燃性：2CO+ O22CO2（淡藍(lán)色火焰，作氣體燃料）還原性：CO+CuOCO2Cu（可還原(hun yun)多種金屬氧化物，如氧化鐵），CO+H2O(g) CO2+H2O3.CO2分子結(jié)構(gòu)(f

3、n z ji u)：直線型（OCO）非極性分子(fnz)物理性質(zhì)：無色能溶于水，密度大于空氣，可傾倒，易液化。固態(tài)CO2俗稱干冰，能升華，常用于人工降雨。 化學(xué)性質(zhì)： 弱氧化性：CCO22CO 2Mg+CO22MgO+C 具有酸性氧化物的性質(zhì)，是碳酸的酸酐CO2+H2OH2CO3 制法 工業(yè)制法：鍛燒石灰石 實驗室制法：CaCO3+2HClCaCl2+CO2+H2O 4.碳酸鹽 溶解性：正鹽溶解度比較酸式鹽K+、Na+、NH4+可溶可溶其它難溶可溶 將CO2通入飽和Na2CO3溶液中，可以觀察到有晶體析出，反應(yīng)的離子方程式： 熱穩(wěn)定性： 類別穩(wěn)定性分解產(chǎn)物穩(wěn)定性變化正鹽K+、Na+高溫不分解穩(wěn)

4、定性減弱其它難溶性常溫穩(wěn)定，高溫分解金屬氧化物+CO2酸式鹽K+、Na+加熱可分解，200正鹽+CO2+H2O其它Ca2+、Mg2+等加熱可分解，100正鹽+CO2+H2O銨鹽(NH4)2CO3、NH4HCO3不穩(wěn)定，常溫已分解NH3+CO2+H2O Na2CO3CaCO3；堿金屬正鹽(zhn yn)堿金屬酸式鹽； Na2CO3NaHCO3。分別(fnbi)在80和120條件(tiojin)下使(NH4)2CO3、NH4HCO3完全分解，求所得混合氣體的平均分子量。 相互轉(zhuǎn)化：7.碳化物（1）SiC，金剛砂，原子晶體。、（2）CaC2、MgC2、Mg3C2等，極易水解。電子式為。二、硅 在地殼

5、中含量僅次于氧居第二位。在自然界中僅以化合態(tài)存在，是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分。（1）結(jié)構(gòu)(jigu)：類似金剛石的原子晶體，正四面體，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（2）物理性質(zhì)：灰黑色有金屬光澤的固體，熔沸點高，硬度大，它的導(dǎo)電性介于(ji y)導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。（3）化學(xué)性質(zhì)(huxu xngzh)與碳一樣，硅最外層有4個電子。常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氟氣、氫氟酸和強堿外，硅不跟其他物質(zhì)，如氧氣、氯氣、硫酸、硝酸等起反應(yīng)。在加熱條件下，硅能跟一些非金屬反應(yīng)。常溫下：Si + 2F2 SiF4 Si + 4HF SiF4 + 2H2 Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3

6、 + 2H2 高溫下：在加熱時，研細(xì)的硅能在氧氣中燃燒，生成二氧化硅并放出大量熱。Si + O2SiO2Si + 2H2SiH2（易自燃）Si + 2FeO2Fe+ SiO2（4）工業(yè)制法制備：在電爐里用碳還原二氧化硅先制得粗硅：SiO22CSi2CO，一般還原劑的還原性大于還原產(chǎn)物，這是一個特例，可從平衡角度解釋。 提純方法： 將制得的粗硅，再與C12反應(yīng)后，蒸餾出SiCl4，然后用H2還原SiCl4可得到純硅。有關(guān)的反應(yīng)為：Si+2C12SiCl4（l）、 SiCl4+2H2Si+4HCl。2、氧化硅物理性質(zhì) 結(jié)構(gòu)(jigu)：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體。1個Si原子(yunz)同4 個O原子

7、(yunz)形成共價鍵，1個O原子同2個Si原子形成共價鍵。1mol SiO2晶體中約含4NA個SiO共價鍵？構(gòu)成一個最小的環(huán)需要12個原子。 SiO2為原子晶體也叫硅石，是一種堅硬難熔的固體，硬度、熔點都很高。而CO2通常狀況下是氣體，固體熔點很低。其差別在于晶體類型不同。CO2是分子晶體，故熔點很低?；瘜W(xué)性質(zhì)(1).二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，它不溶于水，也不與水反應(yīng)。也不與酸（氫氟酸除外）反應(yīng)，但能與堿性氧化物或強堿反應(yīng)生成鹽。SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O，盛裝堿液的試劑瓶不能用玻璃塞，而只能用橡皮塞。生成的硅酸鈉具有粘性，要將瓶塞

8、和瓶頸粘在一起而不能打開。特性SiO2 + 4HFSiF4 + 2H2O，這就是工業(yè)上用氫氟酸雕刻玻璃的反應(yīng)原理。用途：光導(dǎo)纖維，光學(xué)儀器，玻璃原料等。SiO2與CO2化學(xué)性質(zhì)的比較物質(zhì)二氧化硅二氧化碳與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2 + H2OH2CO3與酸反應(yīng)SiO2 + 4HFSiF4 + 2H2O不反應(yīng)與堿反應(yīng)SiO2 + 2NaOHNa2SiO3 + H2O生成正鹽和酸式鹽與堿性氧化物反應(yīng)SiO2 + CaOCaSiO3CO2 + Na2ONa2CO3與碳反應(yīng)SiO2 + 2CSi + 2COCO2 + C2CO三.硅 酸、硅 酸 鹽（了解）1、H2SiO3 ：硅酸(u sun) H4SiO4：

9、原硅酸是一種白色膠狀沉淀物。原硅酸幾乎不溶于水，是一種弱酸，很不穩(wěn)定。這種白色膠狀物在空氣里干燥(gnzo)，失去一部分水后，變成白色粉末即硅酸。（1）物理性質(zhì)(wl xngzh)：原硅酸是白色膠狀沉淀，失水變成硅酸。（2）特性：不溶于水的二元弱酸，熱分解產(chǎn)物為SiO2和H2O （3）化學(xué)性質(zhì)：硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱。將CO2通入Na2SiO3的溶液中，會析出原硅酸沉淀。CO2 + Na2SiO3+2H2ONa2CO3 + H4SiO4（4）制法：二氧化硅是一種特殊的酸性氧化物。酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅卻不能直接跟水化合，它的對應(yīng)水化物(硅酸)只能用相應(yīng)的可溶性硅酸

10、鹽跟鹽酸作用制得：首先讓SiO2和NaOH（或Na2CO3）在熔化條件下反應(yīng)生成相應(yīng)的硅酸鈉：SiO22NaOHNa2SiO3H2O，SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，然后用酸與硅酸鈉作用制得硅酸：Na2SiO3+2HCl H2SiO3+2NaCl。2、硅酸鹽 硅酸、原硅酸和由它們縮水結(jié)合而成的各種酸所對應(yīng)的鹽，統(tǒng)稱硅酸鹽。一般難溶于水。硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，通?？捎枚趸韬徒饘傺趸锏男问絹肀硎酒浣M成。具體表示順序是：活潑金屬氧化物，較活潑金屬氧化物，二氧化硅，水。 如硅酸鈉Na2SiO3 Na2OSiO2 鎂橄欖石Mg2SiO4 2MgO

11、SiO2 鈣沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O CaO Al2O3 3SiO2 3H2O 正長石KAlSi3O8 K2OAl2O36SiO2 可溶性硅酸鹽中最常見的是硅酸鈉，它的水溶液俗名水玻璃。水玻璃又叫做泡化堿，它是一種無色粘稠的液體，是一種礦物膠，它既不能燃燒又不受腐蝕，在建筑工業(yè)上可作粘合劑。可用作耐火材料。3.硅及其化合物的特性(txng)（1）硅的還原性比碳強，得在高溫(gown)下碳能將硅從SiO2中還原(hun yun)出來。（2）非金屬單質(zhì)與強堿溶液反應(yīng)一般不產(chǎn)生氫氣，但硅要產(chǎn)生氫氣。（3）非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，而硅卻能與氫氟酸反應(yīng)，且能產(chǎn)生氫氣。（4）非金屬

12、單質(zhì)一般不具有金屬光澤，而石墨和硅卻具有，且都能導(dǎo)電，硅是常用的半導(dǎo)體材料。（5）非金屬氧化物一般是分子晶體，熔沸點較低，但二氧化硅卻是原子晶體，熔點很高。（6）酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，而二氧化硅卻能與氫氟酸反應(yīng)，生成四氟化硅和水。（7）無機酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸卻難溶于水。（8）在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸的強，二氧化碳與硅酸鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和硅酸沉淀。在高溫下碳酸鈉與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，其原因是在高溫條件下，生成的二氧化碳離開反應(yīng)體系而使反應(yīng)進(jìn)行到底。4.硅膠硅膠是很好的干燥劑、吸附劑以及催化劑載體四、硅酸鹽工業(yè)1、水泥 主要原料：粘土、石灰石 主要設(shè)

13、備：水泥回轉(zhuǎn)窯 普通水泥的主要成分：3CaO SiO2、2CaO SiO2、3CaO Al2O3 性質(zhì)：具有水硬性（跟水摻和攪拌后容易凝固變硬） 加入石膏的作用：調(diào)節(jié)水泥的硬化速度 應(yīng)用：水泥砂漿、混凝土2、玻璃 主要原料：純堿、石灰石、石英 主要成分：Na2SiO3CaSiO34SiO2、Na2OCaO6SiO2 反應(yīng)原理： 有色玻璃：Co2O3藍(lán)色、Cu2O紅色(hngs)3、陶瓷(toc) 主要原料(yunlio)：粘土 成分：硅酸鹽五、無機非金屬材料1、材料分為無機非金屬材料、金屬材料、高分子材料。2、無機非金屬材料分為傳統(tǒng)無機非金屬材料（硅酸鹽材料）和新型無機非金屬材料。3、新型無機

14、非金屬材料具有以下幾個方面的特性A、承受高溫，B、強度高，C、電學(xué)特點，D、光學(xué)特性，E、生物功能4、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷指的是一類物質(zhì)例如氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等。這類陶瓷能經(jīng)受高溫，不怕氧化，耐腐蝕，耐磨損，密度小等優(yōu)點。是金屬材料所不具有的。5、光導(dǎo)纖維簡稱光纖，是一種能高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維，制取的基本原料是SiO2，它具有通信信息量大，原料來源廣，重量小，成本低，性能好，保密性強等特點。碳族元素成員：碳C硅Si鍺Ge錫Sn鉛Pb位于A族一、碳族元素在元素周期表中的位置（周期、族、原子序數(shù)）表示方法：原子結(jié)構(gòu)示意圖、電子式比較原子結(jié)構(gòu)相同點：最外層電子數(shù)相同，都是4個不同點：電子層

15、數(shù)不同相似性：不易得失電子，易形成共價鍵，難形成離子鍵，最高正價為4，最低價為4。主要性質(zhì) 遞變性：隨原子序數(shù)遞增，元素金屬性增強，非金屬性減弱；氫化物穩(wěn)定性減弱（CH4可燃，SiH4易自燃）；最高價氧化物對應(yīng)水化物酸性減弱，堿性增強，Ge(OH)4呈兩性。碳族元素的金屬性比同周期氮族元素強，且自上而下由非金屬性向金屬性遞變(d bin)比氮族更為明顯。1、碳族元素(yun s)的主要特征（1）C是非金屬，Si貌似金屬，但大多數(shù)情況(qngkung)下顯示非金屬性，Ge的金屬性比非金屬性強，Sn、Pb都是金屬。（2）碳族主要化合價是2、4，除Pb的2價化合物穩(wěn)定外，其他元素的4價化合物穩(wěn)定。（

16、3）金剛石、石墨、C60互為同素異形體，金剛石的硬度最大。（4）碳元素是形成化合物種類最多的元素。（5）在所有非金屬元素形成的氣態(tài)氫化物中，甲烷含氫量最大（25%）。（6）硅在地殼中的含量僅次于氧，是良好的半導(dǎo)體材料。2、碳族元素單質(zhì)的物理性質(zhì)元素符號CSiGeSnPb金剛石石墨晶體硅顏色無色灰黑色灰黑色銀灰色銀白色藍(lán)白色狀態(tài)都是固體密度g/cm33.512.252.345.357.2811.34熔沸點較高，無明顯規(guī)律導(dǎo)電性不導(dǎo)電導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體3、碳族元素單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)元素符號CSiGeSnPb原子序數(shù)614325082原子半徑變化趨勢金屬性與非金屬性遞變最高正價+4最高正價氧化物化

17、學(xué)式CO2SiO2GeO2SnO2PbO2最高正價氧化物對應(yīng)的水化物的化學(xué)式及酸堿性強弱H2CO3H2SiO3或H4SiO4Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4氫化物的化學(xué)式及穩(wěn)定性強弱CH4SiH4注意(zh y)：碳族元素的氫化物的寫法是碳族元素在前，氫元素在后?？偨Y(jié)(zngji)：1.相似性最外層(wi cn)上均有4個電子，易形成共價鍵。最高正價均為+4價，最高價氧化物通式為RO2，對應(yīng)水化物通式為H2RO3或R(OH)4，特殊的原硅酸為H4SiO4。氣態(tài)氫化物可表示成RH4。2遞變性隨著原子序數(shù)的遞增，元素的原子半徑逐漸增大，得電子能力逐漸減弱，失電子能力逐漸增強，元素由非金屬

18、性向金屬性遞變的趨勢明顯。3主要化合價碳族元素的化合價主要有+4和+2，碳、硅、鍺、錫的+4價化合物是穩(wěn)定的，而鉛的+2價化合物是穩(wěn)定的。根據(jù)此性質(zhì)可判斷：錫的+2價化合物應(yīng)具有強的還原性，鉛的+4價的化合物應(yīng)具有較強的氧化性。4、碳硅化學(xué)性質(zhì)比較化學(xué)性質(zhì)碳硅還原性與單質(zhì)反應(yīng)（不穩(wěn)定）與氧化物反應(yīng)與酸反應(yīng)不與、等反應(yīng)，但有：與水或堿溶液反應(yīng)與反應(yīng)5、二氧化碳(r yng hu tn)和二氧化硅的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)比較項目類別酸性氧化物酸性氧化物晶體類型分子晶體原子晶體熔點和沸點低高，硬度大化學(xué)性質(zhì)不溶于水，與水也不反應(yīng)聯(lián)系6、硅及其化合物的特性(txng)（1）Si的還原性大于C，但C卻能在高溫(go

19、wn)下還原出Si：（2）非金屬單質(zhì)(dnzh)跟堿液作用一般無放出，但Si卻放出H2： （3）非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能與HF作用：（4）非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體。（5）SiO2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備H2SiO3。（6） 非金屬氧化物的熔沸點一般較低，但SiO2的卻很高。（7）酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟HF作用：（8）無機酸一般易溶于水， 卻難溶于水。（9）因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：，但在高溫下也能發(fā)生。（10）Na2SiO3的水溶液稱水玻璃，但它與玻璃的成分大不相同，硅酸鈉水溶液（即水玻璃）俗稱泡花堿，但它卻是鹽的溶液，并不是堿溶液。7、硅與堿溶液的反應(yīng)特點硅與強堿溶液反應(yīng)的實質(zhì)是什么？究竟哪種物質(zhì)是氧化劑？根據(jù)化學(xué)方程式：進(jìn)行分析，似乎和都是氧化劑，其實不然。上述反應(yīng)實際分兩步進(jìn)行 其中反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)。合并兩式得總反應(yīng)方程式。其中NaOH既不是氧化劑，也不是還原劑，