碳硅及其化合物---講義

1、1碳族元素Ⅰ.課標要求課標要求通過實驗了解硅及其化合物的主要性質(zhì)，認識其在信息技術(shù)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。Ⅱ.考綱要求考綱要求1.了解單質(zhì)硅及其重要硅的化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用3.能綜合應(yīng)用硅及硅的化合物知識Ⅲ.教材精講教材精講1.本考點知識結(jié)構(gòu)2.碳族元素①碳族元素的特征：碳族元素原子最外層電子數(shù)為4，既不容易失去電子，又不容易得到電子，易形成共價鍵，難形成離子鍵。碳族元素形成的單質(zhì)在同周期中硬度最大，熔沸點最高(如金剛石、晶體硅)。②

2、碳族元素的化合價：碳族元素的主要化合價有2，4，其中鉛2價穩(wěn)定，其余元素4價穩(wěn)定。③碳族元素的遞變規(guī)律：從上到下電子層數(shù)增多，原子半徑增大，原子核對最外層電子的吸引能力減弱，失電子的能力增強，從上到下由非金屬遞變?yōu)榻饘俚淖兓浅５湫?。其中碳是非金屬，錫、鉛是金屬，硅、鍺是半導(dǎo)體材料。④碳族元素在自然界里的存在：自然界里碳有游離態(tài)和化合態(tài)兩種；硅在地殼里無游離態(tài)，主要以含氧化合物的形式存在。⑤幾種同素異形體：碳：金剛石、石墨、C60、C7

3、0等；硅：晶體硅，無定形硅。3.碳在常溫下碳很穩(wěn)定，只在高溫下能發(fā)生反應(yīng)，通常表現(xiàn)為還原性。①燃燒反應(yīng)②與某些氧化物的反應(yīng)：C＋CO22CO；C＋2CuOCO2↑＋2Cu；C＋H2OCO＋H2O（CO、H2的混合氣體叫水煤氣）；3a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：Si

4、O2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2?，然后用酸與硅酸鈉作用制得硅酸：Na2SiO32HCl===H2SiO32NaCl。b酸性氧化物一般不跟酸作用，但二氧化硅卻能跟氫氟酸起反應(yīng)：SiO24HF＝SiF42H2O(氫氟酸不能盛放在玻璃容器中)。④光導(dǎo)纖維：從高純度的SiO2或石英玻璃熔融體中，拉出的直徑約100μm的細絲，稱為石英玻璃纖維，這種纖維稱為光導(dǎo)纖維。光纖通信是一種新技術(shù)，它將光

5、信號在光導(dǎo)纖維中進行全反射傳播，取代了電信號在銅線中的傳播，達到兩地通信的目的。光纖通信優(yōu)點：信息傳輸量大，每根光纜可同時通過10億路電話；原料來源廣；質(zhì)量輕，每千米27克；不怕腐蝕，鋪設(shè)方便；抗電磁干擾，保密性好。⑤石英、水晶及其壓電效應(yīng)石英的主要成分是SiO2可用來制造石英玻璃。石英晶體中有時含有其他元素的化合物它們以溶解狀態(tài)存在于石英中呈各種顏色。。純凈的SiO2晶體叫做水晶它是六方柱狀的透明晶體是較貴重的寶石。水晶或石英在受壓時

6、能產(chǎn)生一定的電場這種現(xiàn)象被稱為“壓電效應(yīng)”。后來這種“壓電效應(yīng)”被應(yīng)用在電子工業(yè)及鐘表工業(yè)和超聲技術(shù)上。。9硅酸和硅膠①硅酸：硅酸有多種形式，如H4SiO4、H2SiO3、H2Si2O5等。一般用通式xSiO2yH2O表示，由于“H2SiO3”分子式最簡單，習慣采用H2SiO3作為硅酸的代表。②硅酸酸性比碳酸還弱，由下列反應(yīng)可證明：Na2SiO3CO2H2O＝H2SiO3↓Na2CO3③硅膠：剛制得的硅酸是單個小分子，能溶于水，在存放過

7、程中，它會逐漸失水聚合，形成各種多硅酸，接著就形成不溶于水，但又暫不從水中沉淀出來的“硅溶膠”。如果向硅溶膠中加入電解質(zhì)，則它會失水轉(zhuǎn)為“硅凝膠”。把硅凝膠烘干可得到“硅膠”。烘干的硅膠是一種多孔性物質(zhì)，具有良好的吸水性。而且吸水后還能烘干重復(fù)使用，所以在實驗室中常把硅膠作為作為干燥劑。10.硅及其化合物的“反?！雹賁i的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑②非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無H2放出，但Si卻

8、放出H2：Si2NaOHH2O＝Na2SiO32H2↑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：Si4HF＝SiF42H2↑④非金屬單質(zhì)大多為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體。⑤SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備H2SiO3。⑥酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO24HF＝SiF42H2O⑦無機酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水。⑧因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在N

9、a2SiO3溶液中通人CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3CO2H2O＝H2SiO3↓Na2CO3，但在高溫下SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2↑也能發(fā)生。⑨Na2SiO3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)稱泡花堿，但它卻是鹽的溶液，并不是堿溶液。11.硅酸鹽①硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成可用氧化物的形式表示。例如：硅酸鈉Na2SiO3(Na2OSiO2)；鎂橄欖石Mg2SiO