《碳硅及其化合物》PPT课件.ppt

第 12 讲 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、锗、锡、铅五种元素。碳族元素原 子最外层均有_，特殊的结构决定了该族元素易形 成_化合物，碳是构成有机物的主角，硅是构成矿物 的主角，因而碳族元素形成物质的种类繁多。 2碳元素的单质,常见的碳单质有_、_、C60 等，它们之间互,为_。,4 个电子,共价,金刚石,石墨,同素异形体,3碳的氧化物,COH2,CuCO2,2Fe3CO2,2CO2,CaCO3,H2O,H2CO3,2CO,2MgOC,4.碳酸和碳酸盐,(1)碳酸(H2CO3)不稳定，容易分解成_和_。 (2)热稳定性：正盐酸式盐酸。例如：,Ca(HCO3)2在溶液中加热可以分解，NaHCO3在溶液中稳 定，加热固体可以分解，而 Na2CO3 加强热也难分解。,CO2,H2O,例如：常温下，S(CaCO3),S(NaHCO3)。,(4)正盐与酸式盐可以相互转化：,(3)溶解性：第A族元素对应的碳酸的正盐溶解性小于其 酸式盐，而第A族元素对应的碳酸的正盐溶解性大于其酸式盐。,二、硅和二氧化硅 1硅 (1)硅具有_结构，为带有金属光泽的灰黑色固 体，熔点高、硬度大，有脆性。 (2)硅在常温下化学性质稳定，只能与 F2、HF、NaOH溶液 等反应。,正四面体,SiO2,Na2SiO32H2,2二氧化硅,(1)二氧化硅具有_结构，_溶于水。 (2)二氧化硅具有弱氧化性和酸性氧化物的通性。,正四面体,不,Si2CO,Na2SiO3H2O,CaSiO3CO2,Na2SiO3CO2,三、硅酸、硅酸盐 1硅酸 (1)性质。 硅酸是难溶于水的_酸，其酸性比碳酸_，硅 酸不能使紫色石蕊试液变红色。,硅酸不稳定，受热易分解：,硅酸能与碱溶液反应，如与 NaOH 溶液反应的化学方程 式为：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。,弱,还弱,硅 酸 在 水 中 易 聚 合 形 成 胶 体。浓度较小时 _；浓度较大时凝胶。硅酸凝胶干燥 脱水变成硅酸干胶(或硅胶)，硅酸干胶吸附水分能力强，常用 作_，也用作催化剂的载体。,(2)制备。,硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，反应的化学 方程式为：Na2SiO32HCl=_，Na2SiO3 CO2H2O=_ 。,无色透明溶液,干燥剂,2NaClH2SiO3,Na2CO3H2SiO3 ,2硅酸盐,(1)硅酸盐是由_、_和_组成的化合物的总称。 硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般都_。化学性质 很_，通常用_和_的形式表示其组成。,(2)三种常见的硅酸盐产品。,硅,氧,金属,不溶于水,稳定,二氧化硅,金属氧化物,3.新型陶瓷,【基础导练】,1对于A 族元素，下列叙述中不正确的是(,)。,ASiO2和CO2中，Si 和 O、C 和 O 之间都是共价键 BC、Si 和 Ge 的最外层电子数都是 4，次外层电子数都 是 8 CCO2 和 SiO2 都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧 化钙反应 D该族元素的主要化合价是4 价和2 价,B,解析：A中SiO2和CO2为共价化合物，原子间以共价键结 合；B中C、Ge的次外层电子数分别为2、18；C、D显然正确。,2在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是(,)。,AF2 CKOH 溶液,BHF DCl2,解析：在室温下，Cl2不能与Si发生反应，而F2、HF、KOH 溶液能与 Si 发生反应。,D,(,)。,A C,B D,解析：氢氟酸及呈碱性的石灰水、Na2CO3溶液、NaOH溶 液都不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中。,3下列溶液中不能保存在带玻璃塞的试剂瓶中的是,氢氟酸；NaCl；KNO3；石灰水；CuSO4； NaOH；Na2CO3；NaHSO4。,A,4下列说法正确的是(,)。,二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任 何酸反应； 的酸性比碳酸强； 二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸； 二氧化硅常被用来制造光导纤维。,A,B,C,D,解析：SiO2可与HF反应；反应是由于CO2在高温下逸 出反应体系，并不能说明硅酸的酸性比碳酸强。,C,5某科研小组用高岭土(主要成分是 Al2O32SiO22H2O，并 含少量 CaO、Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物)，其实验步骤 如下：,将土样和纯碱混匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过 滤，弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤分别得到沉淀和溶液， 溶液即为净水剂。,(1)写出熔融时高岭土的主要成分与纯碱反应的化学方程 式 是 (Al2O3 与 纯 碱 的 反 应 和 SiO2 与 纯 碱 的 反 应 相 似 ) ： _。,(2)最后的沉淀物是_，生成该沉淀的离子方程式,是：_。,(3)实验室中常用瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验在,熔融高岭土时应选用的坩埚是_。,解析：(1)由题意可知Al2O3与纯碱反应和SiO2与纯碱反应 类似，均是生成盐和CO2，Al2O3与Na2CO3反应生成NaAlO2， SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3。,(2)滤液中含有Na2SiO3和NaAlO2，向其中加入盐酸，二者 均可与盐酸反应，Na2SiO3与盐酸反应生成H2SiO3沉淀，而 NaAlO2与盐酸反应先生成Al(OH)3沉淀，后又溶解，所以最后 的沉淀是H2SiO3。 (3)由于高温下SiO2和Al2O3均可和Na2CO3反应，所以应 选择铁坩埚。,考点 1 碳、硅单质的化学性质,由于硅元素原子的最外层电子数与碳元素原子的最外层电 子数都是 4，所以硅的许多化学性质与碳相似，但也有不同。 具体见下表：,【例 1】下列关于硅的说法中，不正确的是(,)。,A硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体 B硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导 体 C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、氧气等非金属反应 解析：硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于导 体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质不活泼， 但常温下仍能与氟气、氟化氢和 NaOH 溶液等发生反应；加热 至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应。 答案：C,【变式训练】,1下列说法正确的是(,)。,A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 C水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应,A,考点 2,CO2和SiO2的比较,【例 2 】( 双选) 下列关于二氧化硅的叙述中，正确的是,(,)。,A二氧化硅不溶于水，也不与水反应生成对应的酸 B二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应 C 二氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠和 CO2，说明硅酸的酸性强于碳酸，这就是用较强的酸 制较弱的酸 D二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差异,硅酸,思路指导：解答本题要注意以下两点： SiO2的性质：稳定性强、酸性氧化物。 SiO2的特性：能与氢氟酸反应，不能与水直接反应生成,解析：SiO2是由 Si 和 O 按12的比例所组成的立体网状 结构的晶体，不存在SiO2分子，而二氧化碳则是由碳、氧原子 结合成的二氧化碳分子构成的，SiO2和CO2在组成微粒及微粒 间的相互作用方面有很大的区别，故性质有很大差别，二氧化 硅在常温下为固体，熔沸点高，硬度大，不溶于水及一般溶剂，,答案：AD,【变式训练】 2常温下二氧化硅是很坚硬的固体而二氧化碳是气体的原,因是(,)。,A硅的非金属性比碳弱 B硅具有一定的非金属性而碳是典型的非金属 C二氧化硅里硅与氧结合的化学键和二氧化碳里碳与氧 结合的化学键的种类不同 D二氧化硅是原子晶体，二氧化碳是分子晶体 解析：化合物在常温下的存在状态取决于它们的熔沸点高 低，SiO2和CO2的熔沸点不同，主要原因在于二者晶体类型的 差异。,D,碳、硅及其化合物在推断题中的考查,考向分析历年高考常以推断题形式对 C、Si 元素的单质 及其重要化合物的主要性质、应用及对环境质量的影响进行考 查。,【典例】A、B、C、D、E 代表单质或化合物，它们之间的 相互转换关系如图 2121 所示。A 为地壳中含量仅次于氧的 非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。,图 2121,请填空：,(1)形成单质 A 的原子的结构示意图为_，它的最高,化合价为_。,(2)B 的化学式为_，B 和碳反应生成 A 和 E 的化学 方程式是：_。 (3)C 的化学式为_，D 的化学式为,_,_。,考查要点：硅及其化合物的相互转化。,思路指导：“A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单 质，其晶体结构与金刚石相似”可推知 A 为 Si，是本题的突破 口。,答案：(1),4,【突破训练】,1下列各单质和化合物之间有以下转化关系，而且各单质,和化合物的组成元素皆为短周期元素。,根据上述关系判断：,(1)单质 A 只可能是_。,(2)单质 B 是_(填“金属”或“非金属”)。,(3)写出各化合物的化学式：甲：_、乙：_、,丙：_、丁：_。,图 2122,答案：(1)硅(2)非金属(3)SiO2Na2SiO3H2OH4SiO4,解析：本题是元素及化合物的推断题，解题的突破口是短 周期元素的单质A与NaOH溶液反应生成氢气，此元素可能是 Al或Si，而产生的化合物乙与过量盐酸溶液反应，生成的化合 物丁能两次失去化合物丙生成化合物甲，则进一步推断出A单 质不是金属Al，而只能是Si。又由于单质A和化合物甲都能跟 NaOH溶液反应，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不过A的另一 种产物是氢气，而化合物甲的一种产物为化合物丙，丙又可通 过氢气与单质B反应生成，故单质B为O2、丙为水、甲为二氧 化碳，继而推出丁为原硅酸。,题组一 碳和硅的单质,1下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是()。 A4 价氧化物都与氢氧化钠溶液反应 B单质在加热时都能与氧气反应 C氧化物都能溶于水生成相应的酸 D碳和硅两种元素都有能导电的单质,解析：A 项，碳和硅的4 价氧化物都是酸性氧化物，都 能与氢氧化钠溶液反应；B 项，碳和硅的单质在加热时都能与 O2反应，生成氧化物；C项，SiO2不溶于水，不能与水反应生 成硅酸；D 项，石墨是导体，晶体硅是半导体，都能导电。,答案：C,2(2011 年山东高考)某短周期非金属元素的原子核外最外,)。,层电子数是次外层电子数的一半，该元素( A在自然界中只以化合态的形式存在 B单质常用作半导体材料和光导纤维 C最高价氧化物不与酸反应 D气态氢化物比甲烷稳定,答案：A,解析：依据原子核外电子的排布规律可知，在短周期元素 中原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半的元素可以是 Li或Si元素，但Li属于金属不符合题意，因此该元素是Si元 素。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相化合的，因此 在自然界中硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在， 选项A正确；硅位于金属和非金属的分界线附近常用作半导体 材料，二氧化硅才用作光导纤维，选项B不正确；硅的最高价 氧化物是二氧化硅，SiO2与一般的酸不反应但氢氟酸例外，与 氢氟酸反应生成SiF4和水，因此氢氟酸不能保存在玻璃瓶中， 选项C不正确；硅和碳都属于A，但硅位于碳的下一周期， 非金属性比碳的弱，因此其气态氢化物的稳定性比甲烷弱，选 项D也不正确。,题组二 CO2和SiO2的性质,3关于二氧化硅，下列叙述不正确的是(,)。,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质上有很大差别 C二氧化硅不溶于水，也不能跟水反应生成酸 D二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应,答案：D,解析：水晶、玛瑙、沙子都含二氧化硅，A正确；CO2在 通常状况下为气体，与SiO2的物理性质相差很大，B正确；SiO2 晶体不溶于水，也不能与水反应生成H2SiO3，制取H2SiO3是利 用可溶性硅酸盐与酸的反应，C正确；SiO2虽然是酸性氧化物， 但它可以与氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O，这 是它的特性，氢氟酸可用于刻蚀玻璃就是利用了这一性质，D 错误。,(,)。 焦炭；纯碱；碳酸钙；氢氟酸；硝酸； 氢氧化钠；硝酸钙。,A,B,C,D,4在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是,B,解析：由于SiO2不与HNO3反应，也不能与Ca(NO3)2反应， 故选项B正确；焦炭能在高温下与SiO2反应；与纯碱反应： Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2；与氢氟酸反应：4HF SiO2=SiF42H2O；与氢氧化钠反应：2NaOHSiO2= Na2SiO3H2O。,题组三 碳酸盐和硅酸盐的性质 5下列有关 Na2CO3溶液、Na2SiO3溶液的共同点的描述中,不正确的是(,)。,A水溶液均显碱性 B滴入盐酸均有气泡产生 C均能与 CO2 反应 D均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存,B,解析：二者水解均呈碱性，故A、D正确；均能与CO2反 应，分别生成NaHCO3、H2SiO3，C正确；B项Na2SiO3与盐酸 反应生成H2SiO3，不能放出气泡，B错误。,6 青花瓷中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、 “色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷 中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸 盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为2 价)，下列关于,硅酸铜钡的说法不正确的是(,)。,A可用氧化物形式表示为 BaOCuO2SiO2 B性质稳定，不易脱色 C易溶解于强酸和强碱 Dx 等于 6,答案：C,解析：硅酸铜钡能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色， 不易与酸、碱反应。硅酸铜钡中Ba为2价，Cu为2价，Si 为4价，O为2价，则x6，用氧化物形式表示复杂的硅 酸盐的组成，具体方法为：遵循各元素种类和原子个数比不 变的原则，分别写成氧化物的形式；氧化物一般按活泼金属 氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、最后为水的顺序排列； 氧化物之间用圆点隔开，各氧化物前面的化学计量数均为整 数，因此，A、B、D均正确。,题组四 新型无机材料,7未来的交通工具将采用新一代无机非金属材料制成的无 水冷发动机。这类材料中研究得较多的是化合物 G。,(1)化合物G的相对分子质量为140，G中硅元素的质量分 数为60%，另有元素Y。G可以由化合物E(含两种元素)与NH3 反应而生成，同时产生HCl气体。请推断：化合物G的化学 式为_，1 mol NH3和0.75 mol E恰好完全反应生成G 和HCl，则化合物E的分子式为_。,(2)粉末状 G 能够分别与空气中的氧气和水作用，所得产物 中都有一种酸性氧化物，它是工业上生产玻璃的主要原料。与 氧反应所得的产物还有一种单质，与水反应生成另一种产物是 该种单质元素的氢化物。请写出化合物 G 与水反应的化学方程 式：_。 (3)为了使化合物 G 能成为新一代汽车发动机材料，现采用 常压下在 G 中添加氧化铝，经高温烧结制成一种高强度、超硬 度、耐磨损、抗腐蚀的陶瓷材料，它的商品名叫“赛伦”，化,学通式可表达为Si6xAlxOxY8x。在接近于1 700 时x的极限 值约为4.0，在1 400 时x为2.0，以保持整个化合物呈电中 性。试问：赛伦中Y元素的化合价为_。,答案：(1)Si3N4SiCl4 (2)Si3N46H2O=3SiO24NH3 (3)3,