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1、第 12 講 碳、硅及其化合物,一、碳及其重要化合物,1碳族元素的主要特征,碳族元素包括碳、硅、鍺、錫、鉛五種元素。碳族元素原 子最外層均有____________，特殊的結(jié)構(gòu)決定了該族元素易形 成__________化合物，碳是構(gòu)成有機(jī)物的主角，硅是構(gòu)成礦物 的主角，因而碳族元素形成物質(zhì)的種類繁多。 2碳元素的單質(zhì),常見的碳單質(zhì)有________、________、C60 等，它們之間互,為__________________。,4 個電子,共價,金剛石,石墨,同素異形體,3碳的氧化物,COH2,CuCO2,2Fe3CO2,2CO2,CaCO3,H2O,H2CO3,2CO,2MgOC,4.碳
2、酸和碳酸鹽,(1)碳酸(H2CO3)不穩(wěn)定，容易分解成________和_______。 (2)熱穩(wěn)定性：正鹽酸式鹽酸。例如：,Ca(HCO3)2在溶液中加熱可以分解，NaHCO3在溶液中穩(wěn) 定，加熱固體可以分解，而 Na2CO3 加強(qiáng)熱也難分解。,CO2,H2O,例如：常溫下，S(CaCO3),S(NaHCO3)。,(4)正鹽與酸式鹽可以相互轉(zhuǎn)化：,(3)溶解性：第A族元素對應(yīng)的碳酸的正鹽溶解性小于其 酸式鹽，而第A族元素對應(yīng)的碳酸的正鹽溶解性大于其酸式鹽。,二、硅和二氧化硅 1硅 (1)硅具有____________結(jié)構(gòu)，為帶有金屬光澤的灰黑色固 體，熔點(diǎn)高、硬度大，有脆性。 (2)硅在常
3、溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，只能與 F2、HF、NaOH溶液 等反應(yīng)。,正四面體,SiO2,Na2SiO32H2,2二氧化硅,(1)二氧化硅具有____________結(jié)構(gòu)，______溶于水。 (2)二氧化硅具有弱氧化性和酸性氧化物的通性。,正四面體,不,Si2CO,Na2SiO3H2O,CaSiO3CO2,Na2SiO3CO2,三、硅酸、硅酸鹽 1硅酸 (1)性質(zhì)。 硅酸是難溶于水的______酸，其酸性比碳酸________，硅 酸不能使紫色石蕊試液變紅色。,硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：,硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與 NaOH 溶液反應(yīng)的化學(xué)方程 式為：H2SiO32NaOH===Na2SiO32H2O。
4、,弱,還弱,硅 酸 在 水 中 易 聚 合 形 成 膠 體。濃度較小時 ________________；濃度較大時凝膠。硅酸凝膠干燥 脫水變成硅酸干膠(或硅膠)，硅酸干膠吸附水分能力強(qiáng)，常用 作__________，也用作催化劑的載體。,(2)制備。,硅酸可通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，反應(yīng)的化學(xué) 方程式為：Na2SiO32HCl===________________，Na2SiO3 CO2H2O===________________ 。,無色透明溶液,干燥劑,2NaClH2SiO3,Na2CO3H2SiO3 ,2硅酸鹽,(1)硅酸鹽是由____、____和______組成的化合物的總稱
5、。 硅酸鹽是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)，一般都__________?；瘜W(xué)性質(zhì) 很______，通常用________和__________的形式表示其組成。,(2)三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品。,硅,氧,金屬,不溶于水,穩(wěn)定,二氧化硅,金屬氧化物,3.新型陶瓷,【基礎(chǔ)導(dǎo)練】,1對于A 族元素，下列敘述中不正確的是(,)。,ASiO2和CO2中，Si 和 O、C 和 O 之間都是共價鍵 BC、Si 和 Ge 的最外層電子數(shù)都是 4，次外層電子數(shù)都 是 8 CCO2 和 SiO2 都是酸性氧化物，在一定條件下都能和氧 化鈣反應(yīng) D該族元素的主要化合價是4 價和2 價,B,解析：A中SiO2和CO2為共價化合物，原
6、子間以共價鍵結(jié) 合；B中C、Ge的次外層電子數(shù)分別為2、18；C、D顯然正確。,2在室溫下，下列物質(zhì)不與晶體硅反應(yīng)的是(,)。,AF2 CKOH 溶液,BHF DCl2,解析：在室溫下，Cl2不能與Si發(fā)生反應(yīng)，而F2、HF、KOH 溶液能與 Si 發(fā)生反應(yīng)。,D,(,)。,A C,B D,解析：氫氟酸及呈堿性的石灰水、Na2CO3溶液、NaOH溶 液都不能存放在帶玻璃塞的試劑瓶中。,3下列溶液中不能保存在帶玻璃塞的試劑瓶中的是,氫氟酸；NaCl；KNO3；石灰水；CuSO4； NaOH；Na2CO3；NaHSO4。,A,4下列說法正確的是(,)。,二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應(yīng)，但不能
7、與任 何酸反應(yīng)； 的酸性比碳酸強(qiáng)； 二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸； 二氧化硅常被用來制造光導(dǎo)纖維。,A,B,C,D,解析：SiO2可與HF反應(yīng)；反應(yīng)是由于CO2在高溫下逸 出反應(yīng)體系，并不能說明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)。,C,5某科研小組用高嶺土(主要成分是 Al2O32SiO22H2O，并 含少量 CaO、Fe2O3)研制新型凈水劑(鋁的化合物)，其實(shí)驗步驟 如下：,將土樣和純堿混勻，加熱熔融，冷卻后用水浸取熔塊，過 濾，棄去殘渣，濾液用鹽酸酸化，經(jīng)過濾分別得到沉淀和溶液， 溶液即為凈水劑。,(1)寫出熔融時高嶺土的主要成分與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程 式 是 (Al2O3 與 純 堿 的 反
8、應(yīng) 和 SiO2 與 純 堿 的 反 應(yīng) 相 似 ) ： _____________________________________________________。,(2)最后的沉淀物是________，生成該沉淀的離子方程式,是：________________________________。,(3)實(shí)驗室中常用瓷坩堝、氧化鋁坩堝和鐵坩堝，本實(shí)驗在,熔融高嶺土?xí)r應(yīng)選用的坩堝是________。,解析：(1)由題意可知Al2O3與純堿反應(yīng)和SiO2與純堿反應(yīng) 類似，均是生成鹽和CO2，Al2O3與Na2CO3反應(yīng)生成NaAlO2， SiO2與Na2CO3反應(yīng)生成Na2SiO3。,(2)濾液
9、中含有Na2SiO3和NaAlO2，向其中加入鹽酸，二者 均可與鹽酸反應(yīng)，Na2SiO3與鹽酸反應(yīng)生成H2SiO3沉淀，而 NaAlO2與鹽酸反應(yīng)先生成Al(OH)3沉淀，后又溶解，所以最后 的沉淀是H2SiO3。 (3)由于高溫下SiO2和Al2O3均可和Na2CO3反應(yīng)，所以應(yīng) 選擇鐵坩堝。,考點(diǎn) 1 碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì),由于硅元素原子的最外層電子數(shù)與碳元素原子的最外層電 子數(shù)都是 4，所以硅的許多化學(xué)性質(zhì)與碳相似，但也有不同。 具體見下表：,【例 1】下列關(guān)于硅的說法中，不正確的是(,)。,A硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體 B硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好
10、的半導(dǎo) 體 C硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng) D加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng) 解析：硅既有金屬性，又有非金屬性，其導(dǎo)電性也介于導(dǎo) 體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料；硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑， 但常溫下仍能與氟氣、氟化氫和 NaOH 溶液等發(fā)生反應(yīng)；加熱 至一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應(yīng)。 答案：C,【變式訓(xùn)練】,1下列說法正確的是(,)。,A硅材料廣泛應(yīng)用于光纖通訊 B工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品 C水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品 D粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng),A,考點(diǎn) 2,CO2和SiO2的比較,【例 2 】( 雙選) 下列關(guān)于二氧化硅
11、的敘述中，正確的是,(,)。,A二氧化硅不溶于水，也不與水反應(yīng)生成對應(yīng)的酸 B二氧化硅是一種酸性氧化物，它不與任何酸發(fā)生反應(yīng) C 二氧化硅在高溫下與碳酸鈉發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鈉和 CO2，說明硅酸的酸性強(qiáng)于碳酸，這就是用較強(qiáng)的酸 制較弱的酸 D二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大差異,硅酸,思路指導(dǎo)：解答本題要注意以下兩點(diǎn)： SiO2的性質(zhì)：穩(wěn)定性強(qiáng)、酸性氧化物。 SiO2的特性：能與氫氟酸反應(yīng)，不能與水直接反應(yīng)生成,解析：SiO2是由 Si 和 O 按12的比例所組成的立體網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)的晶體，不存在SiO2分子，而二氧化碳則是由碳、氧原子 結(jié)合成的二氧化碳分子構(gòu)成的，SiO2
12、和CO2在組成微粒及微粒 間的相互作用方面有很大的區(qū)別，故性質(zhì)有很大差別，二氧化 硅在常溫下為固體，熔沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水及一般溶劑，,答案：AD,【變式訓(xùn)練】 2常溫下二氧化硅是很堅硬的固體而二氧化碳是氣體的原,因是(,)。,A硅的非金屬性比碳弱 B硅具有一定的非金屬性而碳是典型的非金屬 C二氧化硅里硅與氧結(jié)合的化學(xué)鍵和二氧化碳里碳與氧 結(jié)合的化學(xué)鍵的種類不同 D二氧化硅是原子晶體，二氧化碳是分子晶體 解析：化合物在常溫下的存在狀態(tài)取決于它們的熔沸點(diǎn)高 低，SiO2和CO2的熔沸點(diǎn)不同，主要原因在于二者晶體類型的 差異。,D,碳、硅及其化合物在推斷題中的考查,考向分析歷年高考常以推斷題形
13、式對 C、Si 元素的單質(zhì) 及其重要化合物的主要性質(zhì)、應(yīng)用及對環(huán)境質(zhì)量的影響進(jìn)行考 查。,【典例】A、B、C、D、E 代表單質(zhì)或化合物，它們之間的 相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖 2121 所示。A 為地殼中含量僅次于氧的 非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似。,圖 2121,請?zhí)羁眨?(1)形成單質(zhì) A 的原子的結(jié)構(gòu)示意圖為________，它的最高,化合價為________。,(2)B 的化學(xué)式為________，B 和碳反應(yīng)生成 A 和 E 的化學(xué) 方程式是：____________________________________。 (3)C 的化學(xué)式為_____________________，
14、D 的化學(xué)式為,______________________________________________________,__________________。,考查要點(diǎn)：硅及其化合物的相互轉(zhuǎn)化。,思路指導(dǎo)：“A 為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單 質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似”可推知 A 為 Si，是本題的突破 口。,答案：(1),4,,,【突破訓(xùn)練】,1下列各單質(zhì)和化合物之間有以下轉(zhuǎn)化關(guān)系，而且各單質(zhì),和化合物的組成元素皆為短周期元素。,根據(jù)上述關(guān)系判斷：,(1)單質(zhì) A 只可能是________。,(2)單質(zhì) B 是________(填“金屬”或“非金屬”)。,(3)寫出各化合物的化
15、學(xué)式：甲：________、乙：________、,丙：________、?。篲_______。,圖 2122,答案：(1)硅(2)非金屬(3)SiO2Na2SiO3H2OH4SiO4,解析：本題是元素及化合物的推斷題，解題的突破口是短 周期元素的單質(zhì)A與NaOH溶液反應(yīng)生成氫氣，此元素可能是 Al或Si，而產(chǎn)生的化合物乙與過量鹽酸溶液反應(yīng)，生成的化合 物丁能兩次失去化合物丙生成化合物甲，則進(jìn)一步推斷出A單 質(zhì)不是金屬Al，而只能是Si。又由于單質(zhì)A和化合物甲都能跟 NaOH溶液反應(yīng)，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不過A的另一 種產(chǎn)物是氫氣，而化合物甲的一種產(chǎn)物為化合物丙，丙又可通 過氫
16、氣與單質(zhì)B反應(yīng)生成，故單質(zhì)B為O2、丙為水、甲為二氧 化碳，繼而推出丁為原硅酸。,題組一 碳和硅的單質(zhì),1下列關(guān)于碳和硅的敘述中，不正確的是()。 A4 價氧化物都與氫氧化鈉溶液反應(yīng) B單質(zhì)在加熱時都能與氧氣反應(yīng) C氧化物都能溶于水生成相應(yīng)的酸 D碳和硅兩種元素都有能導(dǎo)電的單質(zhì),解析：A 項，碳和硅的4 價氧化物都是酸性氧化物，都 能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)；B 項，碳和硅的單質(zhì)在加熱時都能與 O2反應(yīng)，生成氧化物；C項，SiO2不溶于水，不能與水反應(yīng)生 成硅酸；D 項，石墨是導(dǎo)體，晶體硅是半導(dǎo)體，都能導(dǎo)電。,答案：C,2(2011 年山東高考)某短周期非金屬元素的原子核外最外,)。,層電子數(shù)是次外
17、層電子數(shù)的一半，該元素( A在自然界中只以化合態(tài)的形式存在 B單質(zhì)常用作半導(dǎo)體材料和光導(dǎo)纖維 C最高價氧化物不與酸反應(yīng) D氣態(tài)氫化物比甲烷穩(wěn)定,答案：A,解析：依據(jù)原子核外電子的排布規(guī)律可知，在短周期元素 中原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半的元素可以是 Li或Si元素，但Li屬于金屬不符合題意，因此該元素是Si元 素。硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相化合的，因此 在自然界中硅主要以熔點(diǎn)很高的氧化物及硅酸鹽的形式存在， 選項A正確；硅位于金屬和非金屬的分界線附近常用作半導(dǎo)體 材料，二氧化硅才用作光導(dǎo)纖維，選項B不正確；硅的最高價 氧化物是二氧化硅，SiO2與一般的酸不反應(yīng)但氫氟酸例
18、外，與 氫氟酸反應(yīng)生成SiF4和水，因此氫氟酸不能保存在玻璃瓶中， 選項C不正確；硅和碳都屬于A，但硅位于碳的下一周期， 非金屬性比碳的弱，因此其氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性比甲烷弱，選 項D也不正確。,題組二 CO2和SiO2的性質(zhì),3關(guān)于二氧化硅，下列敘述不正確的是(,)。,A水晶的成分是二氧化硅 B二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大差別 C二氧化硅不溶于水，也不能跟水反應(yīng)生成酸 D二氧化硅是一種酸性氧化物，它不跟任何酸起反應(yīng),答案：D,解析：水晶、瑪瑙、沙子都含二氧化硅，A正確；CO2在 通常狀況下為氣體，與SiO2的物理性質(zhì)相差很大，B正確；SiO2 晶體不溶于水，也不能與水反應(yīng)生成H2SiO
19、3，制取H2SiO3是利 用可溶性硅酸鹽與酸的反應(yīng)，C正確；SiO2雖然是酸性氧化物， 但它可以與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：SiO24HF===SiF42H2O，這 是它的特性，氫氟酸可用于刻蝕玻璃就是利用了這一性質(zhì)，D 錯誤。,(,)。 焦炭；純堿；碳酸鈣；氫氟酸；硝酸； 氫氧化鈉；硝酸鈣。,A,B,C,D,4在一定條件下，下列物質(zhì)不能與二氧化硅反應(yīng)的是,B,解析：由于SiO2不與HNO3反應(yīng)，也不能與Ca(NO3)2反應(yīng)， 故選項B正確；焦炭能在高溫下與SiO2反應(yīng)；與純堿反應(yīng)： Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2；與氫氟酸反應(yīng)：4HF SiO2===SiF42H2O；與氫氧化鈉反應(yīng)：
20、2NaOHSiO2=== Na2SiO3H2O。,題組三 碳酸鹽和硅酸鹽的性質(zhì) 5下列有關(guān) Na2CO3溶液、Na2SiO3溶液的共同點(diǎn)的描述中,不正確的是(,)。,A水溶液均顯堿性 B滴入鹽酸均有氣泡產(chǎn)生 C均能與 CO2 反應(yīng) D均不能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶保存,B,解析：二者水解均呈堿性，故A、D正確；均能與CO2反 應(yīng)，分別生成NaHCO3、H2SiO3，C正確；B項Na2SiO3與鹽酸 反應(yīng)生成H2SiO3，不能放出氣泡，B錯誤。,,6 青花瓷中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、 “色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷 中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學(xué)家才得知
21、大多為硅酸 鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為2 價)，下列關(guān)于,硅酸銅鋇的說法不正確的是(,)。,A可用氧化物形式表示為 BaOCuO2SiO2 B性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色 C易溶解于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿 Dx 等于 6,答案：C,解析：硅酸銅鋇能穩(wěn)定存在說明其性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色， 不易與酸、堿反應(yīng)。硅酸銅鋇中Ba為2價，Cu為2價，Si 為4價，O為2價，則x6，用氧化物形式表示復(fù)雜的硅 酸鹽的組成，具體方法為：遵循各元素種類和原子個數(shù)比不 變的原則，分別寫成氧化物的形式；氧化物一般按活潑金屬 氧化物、較活潑金屬氧化物、二氧化硅、最后為水的順序排列； 氧化物之間用圓點(diǎn)隔開，各氧化物前面的化學(xué)
22、計量數(shù)均為整 數(shù)，因此，A、B、D均正確。,題組四 新型無機(jī)材料,7未來的交通工具將采用新一代無機(jī)非金屬材料制成的無 水冷發(fā)動機(jī)。這類材料中研究得較多的是化合物 G。,(1)化合物G的相對分子質(zhì)量為140，G中硅元素的質(zhì)量分 數(shù)為60%，另有元素Y。G可以由化合物E(含兩種元素)與NH3 反應(yīng)而生成，同時產(chǎn)生HCl氣體。請推斷：化合物G的化學(xué) 式為________，1 mol NH3和0.75 mol E恰好完全反應(yīng)生成G 和HCl，則化合物E的分子式為________。,(2)粉末狀 G 能夠分別與空氣中的氧氣和水作用，所得產(chǎn)物 中都有一種酸性氧化物，它是工業(yè)上生產(chǎn)玻璃的主要原料。與 氧反應(yīng)
23、所得的產(chǎn)物還有一種單質(zhì)，與水反應(yīng)生成另一種產(chǎn)物是 該種單質(zhì)元素的氫化物。請寫出化合物 G 與水反應(yīng)的化學(xué)方程 式：_________________________________________________。 (3)為了使化合物 G 能成為新一代汽車發(fā)動機(jī)材料，現(xiàn)采用 常壓下在 G 中添加氧化鋁，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成一種高強(qiáng)度、超硬 度、耐磨損、抗腐蝕的陶瓷材料，它的商品名叫“賽倫”，化,學(xué)通式可表達(dá)為Si6xAlxOxY8x。在接近于1 700 時x的極限 值約為4.0，在1 400 時x為2.0，以保持整個化合物呈電中 性。試問：賽倫中Y元素的化合價為________。,答案：(1)Si3N4SiCl4 (2)Si3N46H2O===3SiO24NH3 (3)3,
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