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第一讲：碳、硅及其化合物（碳族）第一讲：碳、硅及其化合物（碳族）高高 三三 总总 复复 习习高考高考说明说明1了解碳元素的单质及某些氧化物、氢化物、了解碳元素的单质及某些氧化物、氢化物、碳酸盐的性质。碳酸盐的性质。2了解碳的氧化物对大气的污染及其防治；初了解碳的氧化物对大气的污染及其防治；初步了解粉尘对环境及人类健康的影响。步了解粉尘对环境及人类健康的影响。3掌握碳族元素在周期表中的位置及与其性质掌握碳族元素在周期表中的位置及与其性质的关系。的关系。4了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的性了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的性质与应用。质与应用。考纲考纲解读解读1.Si和和SiO2的结构和性质，的结构和性质，2.C、CO、CO2的性质及主要用途。的性质及主要用途。3.碳酸盐、碳酸氢盐的性质，碳酸根离子的检验碳酸盐、碳酸氢盐的性质，碳酸根离子的检验4.硅酸及常见硅酸盐的性质硅酸及常见硅酸盐的性质5.常见的硅酸盐产品的特性与应用常见的硅酸盐产品的特性与应用一、基础知识1.碳族元素：碳族元素：_。2、碳族元素的特征：碳族元素原子最外层电子数为、碳族元素的特征：碳族元素原子最外层电子数为4，既不容既不容易失去电子，又不容易得到电子，易形成共价键，难形成离子易失去电子，又不容易得到电子，易形成共价键，难形成离子键。键。碳族元素形成的单质在同周期中碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大，熔沸点最高硬度最大，熔沸点最高(如金刚石、晶体硅如金刚石、晶体硅)。3、碳族元素的化合价：碳族元素的主要化合价有、碳族元素的化合价：碳族元素的主要化合价有+2，+4，其中其中铅铅+2价稳定价稳定，其余元素其余元素+4价稳定价稳定。4、碳族元素的递变规律：从上到下电子层数增多，原子半径增大，、碳族元素的递变规律：从上到下电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，失电子的能力增强，从上原子核对最外层电子的吸引能力减弱，失电子的能力增强，从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中碳是非金属，锡、碳是非金属，锡、铅是金属，硅、锗是半导体材料铅是金属，硅、锗是半导体材料。C(碳碳)Si(硅硅)Ge(锗锗)Sn(锡锡)Pb(铅铅)5、碳族元素在自然界里的存在：自然界里碳有游离态、碳族元素在自然界里的存在：自然界里碳有游离态和化合态两种；和化合态两种；硅在地壳里无游离态硅在地壳里无游离态，主要以含氧化合，主要以含氧化合物的形式存在物的形式存在 6、几种同素异形体：、几种同素异形体：碳：碳：金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60、C70等；等；硅：硅：晶体硅，无定形硅晶体硅，无定形硅金刚石或金刚石或硅单质硅单质石墨石墨C60二氧化硅二氧化硅二.碳、硅单质性质碳硅制取非金属单质O2（量的问题）O2 F2 Cl2一些氧化物CO2、H2O、SiO2、Fe2O3等酸强氧化性酸只和HF碱SiO22CSi2CO Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2 三、氧化物性质1、基础知识、基础知识：CO不溶于水，有毒不溶于水，有毒(CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和法和O2结合，而使细胞缺氧引起中毒结合，而使细胞缺氧引起中毒)，但由于，但由于CO无色无味无色无味因此具有更大的危险性。因此具有更大的危险性。CO2直线型（直线型（OCO）非极性分子，无色能溶于水，密度）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可排放，易液化。固态大于空气，可排放，易液化。固态CO2俗称干冰，能升华，常用俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。于人工降雨。温室效应主要原因。低碳指降低温室效应主要原因。低碳指降低CO2排放排放。实验室制法实验室制法：CaCO32HClCaCl2CO2H2O。光导纤维主要成分是光导纤维主要成分是SiO2.。石英、水晶石英、水晶 都是都是SiO2注意CO2的收集，检验2、CO2和和SiO2性质对比：性质对比：CO2SiO2水微溶于水不溶于水且不反应酸不反应只和HF反应强碱反应（注意量的问题）盐Na2CO3,Ca(ClO)2等Na2CO3,CaCO3碱性氧化物CaOCaOCa(OH)2CO2CaCO3H2O(用于检验用于检验CO2)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中的试剂瓶中)SiO2+4HFSiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)。有人认为有人认为SiO2既能和酸又能和碱反应，所以认为既能和酸又能和碱反应，所以认为它是一种两性氧化物，你同意这种看法吗？它是一种两性氧化物，你同意这种看法吗？不同意：因为不同意：因为SiO2只和只和HF反应其反应其它的酸不反应，这是它的特性。它的酸不反应，这是它的特性。SiO2是酸性氧化物。是酸性氧化物。3.3.碳酸盐的性质规律碳酸盐的性质规律 CaCO3考虑：考虑：NaHCO3在溶于水或处于熔融状态（常压）时，都存在在溶于水或处于熔融状态（常压）时，都存在的离子是（的离子是（）（已知碳酸氢钠的熔点高于其分解温度）（已知碳酸氢钠的熔点高于其分解温度）A.B.C.D.NaNa+H H+HCOHCO3 3-COCO3 32-2-C（1 1）溶解性规律：）溶解性规律：如果碳酸正盐的溶解度较大，则酸式盐的如果碳酸正盐的溶解度较大，则酸式盐的溶解度小（如溶解度小（如Na2CO3 NaHCO3);如果碳酸正盐的溶解度小，如果碳酸正盐的溶解度小，则对应的酸式盐的溶解度较大（如则对应的酸式盐的溶解度较大（如CaCO3 Ca(HCO3)2）（2 2）稳定性规律：）稳定性规律：难溶性的碳酸盐及碳酸的酸式盐（包括铵盐）难溶性的碳酸盐及碳酸的酸式盐（包括铵盐）受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。4.4.碳酸正盐与酸式盐的相互转化碳酸正盐与酸式盐的相互转化 现有现有Na2CO3溶液溶液2mol/L500mL、HCl溶液溶液2mol/L750mL.若若向向HCl溶液中逐滴加溶液中逐滴加Na2CO3溶液溶液，向向Na2CO3溶液中逐滴加溶液中逐滴加HCl溶液，分别产生溶液，分别产生CO2多少？多少？0.5+y5.5.了解硅酸盐的特点了解硅酸盐的特点是构成地壳岩石和矿物的主要成分是构成地壳岩石和矿物的主要成分种类繁多，结构复杂，常用氧化物的形式表示组成种类繁多，结构复杂，常用氧化物的形式表示组成绝大多数硅酸盐难溶于水绝大多数硅酸盐难溶于水 1、硅酸钠：易溶于水，其水溶液俗名硅酸钠：易溶于水，其水溶液俗名水玻璃水玻璃，粘，粘性很強，是一种重要的矿物胶。性很強，是一种重要的矿物胶。2、粘土的主要成分是粘土的主要成分是硅酸盐硅酸盐（3）正长石）正长石KAlSi3O8（1）硅酸钠）硅酸钠Na2SiO3:（2）高岭石）高岭石Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3 2SiO2 2H2OK2O Al2O3 6SiO2Na2O SiO2例：硅酸盐可以改写成氧化物的形式（例：硅酸盐可以改写成氧化物的形式（注意金属氧化注意金属氧化物在前，非金属氧化物在后，低价在前，高价在后，物在前，非金属氧化物在后，低价在前，高价在后，HH2 2OO一般写在最后一般写在最后）（1 1）许多含氧酸及其盐类类似地改写为氧化物形式，）许多含氧酸及其盐类类似地改写为氧化物形式，请改写下列物质：请改写下列物质：HNOHNO3 3:;HCOOH:;HCOOH:;KAl(SOKAl(SO4 4)2 212H12H2 2O O ;（2 2）已知在一定条件下，）已知在一定条件下，FeFe在在ClCl2 2中燃烧可以生成中燃烧可以生成FeFe3 3ClCl8 8,它可以改写成它可以改写成FeClFeCl2 2 2FeCl 2FeCl3 3。类似地碘与。类似地碘与FeFe在在一定条件下可得到一定条件下可得到FeFe3 3I I8 8，则它可以看作是，则它可以看作是 。N N2 2O O5 5 H H2 2OOCO CO H H2 2OOK K2 2OOAlAl2 2OO3 34SO4SO3 324H24H2 2OO3FeI3FeI2 2 I I2 26、H2SiO3性质性质1、硅酸：硅酸有多种形式，如、硅酸：硅酸有多种形式，如H4SiO4、H2SiO3、H2Si2O5等。一般用通式等。一般用通式xSiO2yH2O表示，由于表示，由于“H2SiO3”分子式最简单，习惯采用分子式最简单，习惯采用H2SiO3作为作为硅酸的代表。硅酸的代表。2、硅酸酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明：、硅酸酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明：Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3+Na2CO3SiO32-+2H+=H2SiO3H2SiO3=SiO2+H2O3、硅胶：、硅胶：刚制得的刚制得的硅酸是单个小分子硅酸是单个小分子，能溶于水，在存放过程中，它会逐渐失水能溶于水，在存放过程中，它会逐渐失水聚合，形成各种多硅酸，接着就形成不溶聚合，形成各种多硅酸，接着就形成不溶于水，但又暂不从水中沉淀出来的于水，但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶硅溶胶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质，则它。如果向硅溶胶中加入电解质，则它会失水转为会失水转为“硅凝胶硅凝胶”。把硅凝胶烘干可。把硅凝胶烘干可得到得到“硅胶硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性。烘干的硅胶是一种多孔性物质，具有良好的吸水性。而且吸水后还物质，具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用，所以在实验室中常把硅能烘干重复使用，所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。胶作为作为干燥剂。3、SiO2高温时与高温时与Na2CO3反应产生反应产生CO2，将，将CO2通入通入Na2SiO3溶液中可产生溶液中可产生H2SiO3，说明，说明H2SiO3酸性有时比酸性有时比H2CO3强，有时比强，有时比H2CO3弱？弱？提示：强酸制弱酸适用于常温下水溶液提示：强酸制弱酸适用于常温下水溶液里的复分解反应，不适用于高温非水体里的复分解反应，不适用于高温非水体系的反应。系的反应。7.7.硅酸盐工业硅酸盐工业 （以含硅物质为原料的材料制造）（以含硅物质为原料的材料制造）3、制造陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分：、制造陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分：Al2O32SiO22H2O。无机非金属材料包含除传统陶瓷外的各无机非金属材料包含除传统陶瓷外的各种性能优异的精细陶瓷：耐高温的二氧种性能优异的精细陶瓷：耐高温的二氧化锆（化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（）和碳化硅（SiC）陶瓷；透）陶瓷；透明的氧化铝、砷化镓（明的氧化铝、砷化镓（GaAs）、硫化）、硫化锌（锌（ZnS）、硒化锌（）、硒化锌（ZnSe）、氟化镁）、氟化镁（MgF2）、氟化钙（）、氟化钙（CaF2）等氧化物）等氧化物或非氧化物陶瓷；生物陶瓷；超细微粉或非氧化物陶瓷；生物陶瓷；超细微粉体粒子制造的纳米陶瓷等。体粒子制造的纳米陶瓷等。习题习题1实验室用右图的装置将实验室用右图的装置将CO2和和CO进行进行分离和干燥分离和干燥.已知已知a、b均为活塞，试回答均为活塞，试回答(1)甲瓶中装的是甲瓶中装的是 溶液，乙瓶中装的溶液，乙瓶中装的 是是 溶液，分液漏斗中装的是溶液，分液漏斗中装的是 .(2)当当CO2与与CO的混和气体通过该装置时，的混和气体通过该装置时，先分离得到的是先分离得到的是 ，活塞操作是，活塞操作是 ；然后得到然后得到 ，活塞操作是，活塞操作是 .2、我国古代炼丹中经常使用红丹，俗称铅丹在一我国古代炼丹中经常使用红丹，俗称铅丹在一定条件下铅丹（用定条件下铅丹（用X表示）与硝酸发生如下反应：表示）与硝酸发生如下反应：X+4HNO3=PbO2+2Pb(NO3)2+2H2O (1)铅丹的化学式是铅丹的化学式是_，此铅丹中铅的化合价是此铅丹中铅的化合价是_。（2）由此反应可推测）由此反应可推测PbO是是_氧化物氧化物,PbO2是是_氧化物氧化物.+2和和+4价价Pb3O4碱性碱性酸性酸性3、海战中为了进行掩蔽，常喷放海战中为了进行掩蔽，常喷放SiCl4 和液氨，和液氨，形成很浓的烟幕。写出有关的化学方程式：形成很浓的烟幕。写出有关的化学方程式：_._.SiCl4+4H2O=H4SiO4+4HClHCl+NH3=NH4Cl4、三硅酸镁被用来治疗胃酸过多的胃溃疡，三硅酸镁被用来治疗胃酸过多的胃溃疡，因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸镁作用持久。把三硅酸镁MgMg2 2SiSi3 3O O8 8nHnH2 2O O改写改写成氧化物的形式为成氧化物的形式为_,_,它中和胃酸的化学方程式是它中和胃酸的化学方程式是_2MgO 3SiO2nH2OMg2Si3O8nH2O+4H+=2Mg2+3SiO2+(n+2)H2O 5、(1)(1)化学行业合成了一种晶体化学行业合成了一种晶体氮化碳。氮化碳。试推断它的化学式试推断它的化学式_._.(2)(2)写出写出CaSiOCaSiO3 3和氢氟酸反应的化学方程式和氢氟酸反应的化学方程式_ _C C3 3N N4 4CaSiOCaSiO3 3+6HF=CaF+6HF=CaF2 2+SiF+SiF4 4+3H+3H2 2O OCCO2 CaCO3 CaC2C2H2 CO有机物有机物NH4HCO3 CH4 H2CO3 Na2CO3 NaHCO3 O2 SiC、CCl4不完全燃烧不完全燃烧O2(不足不足)O2(不足不足)O2 CuO 炽炽热的碳热的碳NH3H2O O2(点燃点燃)H2O CaO Si、Cl2()Mg(点燃点燃)O2(点点)CuO()C、CO Na2O2NaOH H2O NaOH H Ca(OH)2 高温高温H H+Ca2 CO2、H2O Ca(OH)2 CO2(水水)OH 加热加热Ca(HCO3)2 Na2SiO3 CO2,H2O NaOH H2SiO3 SiH4Si SiO2 CaSiO3 SiF4 H4SiO4 SiC SiCl4O2(自燃自燃)H2 O2()FeO(高温高温)F2 HF Cl2(高温高温)H2(高温高温)C(高温高温)C(高温高温)足量足量Na2CO3(高温高温)NaOH(溶液溶液)CaO()CaCO3()Ca2-H2O
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