碳、硅及其化合物.doc

第14讲 碳、硅及其化合物（主备人 马海林）非金属及其化合物【课标要求】内容标准：通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。活动探究：氯气的漂白性；查阅日常生活中的含氯化合物；查阅资料并讨论：减少向大气中排放氮氧化物、二氧化硫的措施；讨论：自然界碳、氮循环对维持生态平衡的作用；查阅：硅及其化合物在信息技术、材料科学等领域的应用。【考纲要求】常见非金属元素（如H、C、N、O、Si、S、Cl等）1.了解常见非金属单质及其重要化合物的主要性质及应用。2了解常见非金属单质及其重要化合物对环境质量的影响。3以上各部分知识的综合应用。【近五年全国各地考查情况】1、（2014全国理综I）利用右图所示装置进行下列实验，能得出相应实验结论的是（ ）选项实验结论A稀硫酸Na2SAgNO3与AgCl的浊液(AgCl) (Ag2S)B浓硫酸蔗糖溴水浓硫酸具有脱水性、氧化性C稀盐酸Na2SO3Ba(NO3)2溶液SO2与可溶性钡盐均可生成白色沉淀D浓硝酸Na2CO3Na2SiO3溶液酸性：硝酸碳酸硅酸2、下列说法正确的是 A、SiO2既能与NaOH反应，又能与盐酸反应B、晶体硅熔点高硬度大，可用于制作半导体材料C、Si和SiO2都用于制造光导纤维D、玻璃容器可长期盛放各种酸E、二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸F、石英只能用于生产光导纤维 G、SiO2可与HF反应，故HF不能保存在玻璃瓶中H、高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅I、单质硅是将太阳能转化为电能的常用材料J、SiO2 是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应3、（2010全国卷1）下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是 （ ）A存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角B最小的环上，有3个Si原子和3个O原子C最小的环上，Si和O原子数之比为1：2D最小的环上，有6个Si原子和6个O原子4、（2010浙江卷）有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期， Z、M同主族； X+与M2-具有相同的电子层结构；离子半径：Z2-W-；Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料。下列说法中，正确的是 （ ）A. X、M两种元素只能形成X2M型化合物B. 由于W、Z、M元素的氢气化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低C. 元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体D. 元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂5、（2013海南化学）硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：（1）1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是 （2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有 （3）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为 ；碳化硅又称 ，其晶体结构与 相似。在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/235557.631.88.2-30.4-84.9-111.9SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为 。（4）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是 。6、（2012重庆）金刚石SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛.(1) 碳与周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物H为非积极性分子，碳元素在周期表中的位置是 ，Q是 ，R的电子式为 (2) 一定条件下，Na还原CCl4可制备金刚石，反应结束冷却至室温后，回收中CCl4的实验操作名称为 ，除去粗产品中少量钠的试剂为 .(3)碳还原制,其粗产品中杂志为和.先将20.0g粗产品加入到过量的溶液中充分反应，收集到0.1mol氢气，过滤得固体11.4g，滤液稀释到1L，生成氢气的离子方程式为 ，硅盐酸的物质量浓度为 （4）下列叙述正确的有 （填序号）， 还原CCl4的反应、Cl2与的反应均是置换反应水晶、干冰熔化时克服粒子间作用力的类型相同溶液与的反应可用于推断与的非金属性强弱钠、锂分别在空气中燃烧，生成的氧化物中阴阳离子数目比均为1:2【知识梳理】1、本考点知识结构：CCO2 CaCO3 CaC2C2H2 CO有机物NH4HCO3 CH4 H2CO3 Na2CO3 NaHCO3 O2 SiC 、CCl4不完全燃烧O2(不足)O2 (不足)O2 CuO 炽热的碳NH3H2O O2 (点燃)H2O CaO Si、Cl2 ()Mg (点燃)O2 (点)CuO ()C、CO Na2O2NaOH H2O NaOH H Ca(OH)2 高温H+ Ca2 CO2 、H2O Ca(OH)2 CO2 (水)OH 加热2、碳族元素：碳族元素的特征：碳族元素原子最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，易形成共价键，难形成离子键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大，熔沸点最高(如金刚石、晶体硅)。碳族元素的化合价：碳族元素的主要化合价有+2，+4，其中铅+2价稳定，其余元素+4价稳定。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、铅是金属，硅、锗是半导体材料。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；硅在地壳里无游离态，主要以含氧化合物的形式存在。几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60、C70等；硅：晶体硅，无定形硅。3、碳：在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。燃烧反应与某些氧化物的反应：CCO22CO；C2CuOCO22Cu；CH2OCOH2O（CO、H2的混合气体叫水煤气）；2C+SiO2Si+2CO与氧化性酸反应：C2H2SO4（浓）CO22SO22H2O；C4HNO3（浓）CO24NO22H2O4、一氧化碳：不溶于水，有毒(CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和O2结合，而使细胞缺氧引起中毒)，但由于CO无色无味因此具有更大的危险性。可燃性还原性：CO+CuOCO2Cu，CO+H2O(g)CO2+H2O5、二氧化碳：直线型（OCO）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可倾倒，易液化。固态CO2俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：CaCO32HClCaCl2CO2H2O。酸性氧化物一酸酐Ca(OH)2CO2CaCO3H2O(用于检验CO2)氧化性：CO2C2CO；2MgCO22MgOC6、碳酸盐：溶解性：Ca(HCO3)2CaCO3；Na2CO3NaHCO3。热稳定性：Na2CO3CaCO3；碱金属正盐碱金属酸式盐: Na2CO3NaHCO3。相互转化：碳酸正盐碳酸酸式盐(除杂用) 7、硅：硅在地壳中只有化合态，没有游离态。其含量在地壳中居第二，仅次于氧，是构成矿物和岩石的主要成分。晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较高的硬度和熔点。硅的化学性质不活泼，常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应:Si+2F2SiF4、Si+4HFSiF4+2H2、Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2；在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合：SiO2SiO2。制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO22CSi2CO，将制得的粗硅，再与C12反应后，蒸馏出SiCl4，然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为：Si十2C12SiCl4、 SiCl4+2H2Si+4HCl。硅在高新技术中的应用：高纯硅可作半导体材料，晶体硅还可做光电转换材料及制作DNA芯片为代表的生物工程芯片。 8、二氧化硅：SiO2为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO2通常状况下是气体，固体熔点很低。其差别在于晶体类型不同。CO2是分子晶体，故熔点很低。二氧化硅的化学性质很稳定，不能跟酸(氢氟酸除外)发生反应。由于它是一种酸性氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应。SiO2+CaO CaSiO3、SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中)。二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。a酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸)只能用相应的可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得：首先让SiO2和NaOH（或Na2CO3）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO22NaOHNa2SiO3H2O，SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na2SiO3+2HCl =H2SiO3+2NaCl。b酸性氧化物一般不跟酸作用，但二氧化硅却能跟氢氟酸起反应：SiO2+4HFSiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)。光导纤维：从高纯度的SiO2或石英玻璃熔融体中，拉出的直径约100m的细丝，称为石英玻璃纤维，这种纤维称为光导纤维。光纤通信是一种新技术，它将光信号在光导纤维中进行全反射传播，取代了电信号在铜线中的传播，达到两地通信的目的。光纤通信优点：信息传输量大，每根光缆可同时通过10亿路电话；原料来源广；质量轻，每千米27克；不怕腐蚀，铺设方便；抗电磁干扰，保密性好。石英、水晶及其压电效应石英的主要成分是SiO2,可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合物,它们以溶解状态存在于石英中,呈各种颜色。纯净的SiO2晶体叫做水晶,它是六方柱状的透明晶体,是较贵重的宝石。水晶或石英在受压时能产生一定的电场,这种现象被称为“压电效应”。后来这种“压电效应”被应用在电子工业及钟表工业和超声技术上。9、硅酸和硅胶：硅酸：硅酸有多种形式，如H4SiO4、H2SiO3、H2Si2O5等。一般用通式xSiO2yH2O表示，由于“H2SiO3”分子式最简单，习惯采用H2SiO3作为硅酸的代表。硅酸酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明：Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3+Na2CO3硅胶：刚制得的硅酸是单个小分子，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，接着就形成不溶于水，但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质，则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。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。10、硅及其化合物的“反常”Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO22CSi2CO非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si却放出H2：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si+4HFSiF4+2H2非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HFSiF4+2H2O无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通人CO2能发生下列反应：Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3+Na2CO3，但在高温下SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2也能发生。Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液(即水玻璃)称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。 11、硅酸盐：硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，组成可用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠Na2SiO3(Na2OSiO2)；镁橄榄石Mg2SiO4(2MgOSiO2)；高岭石Al2(Si2O5)(OH)4(A12O32SiO22H2O)云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。人造硅酸盐：主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，可作粘合剂，防腐剂。硅酸盐由盐的书写改写为氧化物的形式即改写的一般方法归纳为：碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水(xMOnSiO2mH2O)。氧化物前系数配置的原则：除氧元素外，其他元素配置前后按原子个数守恒原则配置系数。注意：氧化物之间以“”隔开；系数配置出现的分数应化为整数。如：正长石KAlSi3O8不能改写成K2OAl2O33SiO2，应改写成K2OAl2O36SiO2。金属氧化物在前（活泼金属氧化物较活泼金属氧化物），非金属氧化物在后，若同一元素有变价，那么低价在前，高价在后，H2O一般写在最后。12、水泥、玻璃、陶瓷：普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）和铝酸三钙（3CaOAl2O3），水泥具有水硬性，水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。制玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英，主要反应是：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2、SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2，玻璃是无固定熔点的混合物。加入氧化钴后