元素及其化合物碳族元素.ppt

元素及其化合物 碳族元素,今年的诺贝尔物理奖的获得者华裔科学家 高锟,被誉为“光纤之父”,第 A族 （碳族元素）,碳、硅单质及其化合物的性质以及碳、硅单质与化合物之间的转化关系,【高考及课标要求】,1、掌握碳、硅单质及其化合物的性质 2、了解碳族元素性质的相似性和递变性 3、了解碳、硅单质及其重要化合物的应用 4、了解硅、碳的氧化物对环境的影响,【教学重点】,知识点一 碳族元素,碳族元素性质递变规律,1、硅、锗单质为半导体材料 2、碳、硅、锗、锡+4价化合物稳定 3、碳、硅为非金属，锗金属性比非金属性强，锡、铅为金属 4、锡比铅容易跟稀硫酸反应置换出H2,半径依次增大,稳定性依次减弱,酸性减弱，碱性增强,金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱,知识点一 碳族元素,关于碳族元素性质及规律的考查,知识点一 碳族元素,碳族元素性质变化规律的应用,知识点二 碳单质及其化合物,1、碳的单质 （1）同素异形体,金刚石、石墨、C60 O2、O3 白磷、红磷 晶体硅、无定形硅,常见的同素异形体,思考：物理性质为何出现差异？,1、碳的单质 （1）同素异形体,（2）化学性质,知识点二 碳单质及其化合物,2、碳的化合物（氧化物CO、CO2）,知识点二 碳单质及其化合物,CO2+Ca（OH）2= CaCO3+ H2O,Na2CO3 +H2O+CO2=2 NaHCO3,思考：,知识点二 碳单质及其化合物,将除杂所用到的方法进行连线,【例题2】（09广东理综）下列除去杂质的方法正确的是,A除去CO2中混有的CO：用澄清石灰水洗气,B除去BaCO3固体中混有BaSO4的：加过量盐酸后，过滤、洗涤,C除去FeCl2溶液中混有的FeCl3：加入过量铁粉，过滤,D除去Cu粉中混有的CuO：加适量稀硝酸后，过滤、洗涤,知识点二 碳单质及其化合物,C,碳及其化合物小结：,二.硅及其化合物的作用,硅的用途树形图,知识点三 硅单质及其化合物,1.单质硅,Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2,（2）化学性质 常温下性质稳定，只能与F2、HF、NaOH溶液反应。,Si 2F2 =SiF4 Si 4HF=SiF4 2H2,加热的情况下可以与O2、Cl2进行的反应,（1）主要物理性质 单质硅有 和 两种，晶体硅是 色 、有金属 光泽、 硬 而 脆 的固体。它的结构类似于金刚石，熔、沸点较高，是良好的 材料,自然界中没有 态的硅，常见的 态的硅有SiO2和硅酸盐.,知识点三 硅单质及其化合物,硅也是将太阳能转化成电能的常用材料，利用高纯硅单质的半导体性能，可制成光电池，将光能直接转化成电能。 光电池目前的应用范围: 计算器 人造卫星 火星探测器 太阳能动力车 登月车,2.二氧化硅 （1） 晶体，具有 结构， 溶于水。以二氧化硅的为主要成分的物质有石英、水晶、玛瑙 （2）化学性质 酸性氧化物 弱氧化性 特性 （3）用途：1、信息高速公路的骨架-光导纤维。 2、石英坩埚、石英玻璃、石英钟表等 3、光学仪器、工艺饰品（水晶、玛瑙）,知识点三 硅单质及其化合物,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,SiO4四面体结构,1、为什么盛放碱性溶液（NaOH溶液、Na2SiO3溶液等）可以用玻璃试剂瓶，但却不能用玻璃塞，而用橡皮塞或软木塞？,思考：,知识点三 硅单质及其化合物,【解析】玻璃成分中含SiO2，而SiO2常温下能与强碱缓慢反应，普通玻璃表面光滑，不易与NaOH溶液反应，所以可以盛放。但在磨口处易反应，且生成黏性好的硅酸钠，所以不能用磨口玻璃塞，防止试剂瓶黏结无法打开。盛放硅酸钠溶液的试剂瓶更不能用磨口玻璃塞。,【解析】 HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。,2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？,2、二氧化碳与二氧化硅性质小结,知识点三 硅单质及其化合物,CO2 + H2O = H2CO3,CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3,（4）特性：与氢氟酸反应 SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O（腐蚀玻璃）,硅及其化合物小结：,硅及其化合物知识中的特例 1.非金属单质一般为非导体（如硫），但Si却为半导体。 2.非金属单质与碱反应一般是非金属发生歧化反应（非金属既作氧化剂，又作还原剂），而Si与碱液反应却只作还原剂。 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O) 3.C、Si同属A族，还原性是Si大于C，而C却能将Si从SiO2中还原出来（条件是高温），原因是产物CO气体迅速从反应体系中逸出。 SiO2+2C Si+2CO 4.非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而Si却能与HF发生反应。 Si+4HF=SiF4+2H2 5.酸性氧化物一般不与酸发生非氧化还原反应，但SiO2却能与HF作用。SiO2+4HF=SiF4+2H2O,知识点三 硅单质及其化合物,【变式演练2】判断下列表述是否正确： 人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅（ ） 化学家采用玛瑙研钵研磨固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐（ ） 提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥成分是二氧化硅（ ） 太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能（ ）,【例题2】 （07年广东）下列说法正确的是（ ） A硅材料广泛应用于光纤通讯 B工艺师利用盐酸刻腐石英制作艺术品 C水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐产品 D粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应,A,关于硅及其化合物材料应用的考查,【例题3】（06天津理综）晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下： 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅,粗硅与干燥HCl气体反应制得 SiHCl3: Si+3HCl SiHCl3 + H2 SiHCl3与过量H2在1 0001 100反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题： （1）第步制备粗硅的化学反应方程式为 。 （2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0)中含有少量SiCl4（沸点57.6)和HCl（沸点-84.7),提纯SiHCl3采用的方法为_,关于晶体硅的制备及提纯实验的考查,分馏（或蒸馏）,（3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）： 装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。 反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_， 装置D不能采用普通玻璃管的原因是_， 装置D中发生反应的化学方程式为_。 为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。 为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号）是_。 a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 e. Na2SO3溶液,浓硫酸,使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化,有固体物质生成,在反应过程中，普通玻璃会软化,SiHCl3+H2 Si+3HCl,排尽装置中的空气,bd,解析：本题考查了硅的工业制法和粗硅提纯，较全面地考查了物质的分离、除杂、制备、检验、现象描述等内容，以及实验能力、观察能力和思维能力。,本节课小结：,碳族元素： 知识点一 了解碳族元素的递变规律 知识点二 掌握碳单质及其化合物（氧化物）的性质 知识点三 掌握硅单质及其化合物（氧化物）的性质,1、 （09广东理综）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ）,硅是构成一些岩石和矿物的基本元素,水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品,高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料,A B C D,C,巩固训练,2、（09广东理综）下列除去杂质的方法正确的是（ ）,A除去CO2中混有的CO：用澄清石灰水洗气,B除去BaCO3固体中混有BaSO4的：加过量盐酸后，过滤、洗涤,C除去FeCl2溶液中混有的FeCl3：加入过量铁粉，过滤,D除去Cu粉中混有的CuO：加适量稀硝酸后，过滤、洗涤,巩固训练,3、下列反应的离子方程式，正确的是 （ ） A.二氧化硅与氢氟酸反应 SiO2+4H+=Si4+2H2O B.硅与氢氧化钾溶液反应 Si+2OH-+H2O=SiO2+2H2 C.把水玻璃溶液滴入盐酸中 SiO32- +2H+=H2SiO3 D.碳酸钡溶于稀硝酸 CO3 2-+2H+=H2O+CO2,C,C,4（09浙江卷28）（15分）单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硫、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450-500C），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。,巩固训练,相关信息如下：,a.四氯化硅遇水极易水解；,b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；,c.有关物质的物理常数见下表：,请回答下列问题：,（1）写出装置A中发生反应的离子方程式 。,（2）装置A中g管的作用是 装置C中的试剂是 ；装置E中的h瓶需要冷却理由是 。,（3）装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是 （填写元素符号）。,平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；,浓硫酸,产物SiCl4沸点低，需要冷凝收集,Al、P、Cl,3.硅酸、硅酸盐,（一）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： 。 硅酸在水中易聚合形成胶体。浓度较小时 ；浓度较大时 。硅酸凝胶干燥部分脱水后形成的多孔状固体，硅酸干胶，又称硅胶，吸附水分能力强(物理吸附法)，常用作干燥剂，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：Na2SiO3+2HCl= ,Na2SiO3+CO2+H2O= 。,知识点三 硅单质及其化合物,H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O 。,2NaCl+H2SiO3 Na2CO3+H2SiO3,思考：实验室可否用SiO2制备H2SiO3？,（二）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