第六讲碳氧族元素

1、碳族元素碳1.C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）CO24NO22H2O2.CO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+H2O3.CO2直线型（OCO）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可倾倒，

2、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；2MgCO22MgOC4.碳酸盐溶解性：Ca(HCO3)2>CaCO3；Na2CO3>NaHCO3。热稳定性：Na2CO3>CaCO3；碱金属正盐>碱金属酸式盐: Na2CO3>NaHCO3。相互转化：碳酸正盐碳酸酸式盐(除杂用) 硅1.晶体硅的物理性质灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。它的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度也很大。它的导电性介于导体和绝缘体之间

3、，是良好的半导体材料。2、硅的化学性质1在常温下，硅的化学性质不活泼。常温下除了能与氟气、氢氟酸、强碱反应外，不能与其他物质反应.Si + 2F2 SiF4 Si + 4HF SiF4 + 2H2 Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H22在加热条件下，能与某些非金属反应。在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧，生成二氧化硅并放出大量热。Si + O2 SiO2三工业制法制备：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+2H2

4、Si+4HCl。二氧化硅1.物理性质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。2.化学性质。(1)SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，它不溶于水，也不与水反应。SiO2与CO2化学性质的比较物质二氧化硅二氧化碳与水反应不反应CO2 + H2O H2CO3与酸反应SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O不反应与碱反应SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O生成正盐和酸式盐与碱性氧化物反应SiO2 + CaO CaSiO3CO2 + Na2O Na2CO3与碳反应SiO2

5、= + 2C Si + 2COCO2 + C 2COSiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O盛装碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，而只能用橡皮塞。生成的硅酸钠具有粘性，要将瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。 二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。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 H2S

6、iO3+2NaCl。2弱的氧化性 SiO2= + 3C SiC + 2CO3特性 SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O这就是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。硅 酸、硅 酸 盐一、硅酸硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱。将CO2通入Na2SiO3的溶液中，会析出原硅酸沉淀。CO2 + Na2SiO3+2H2O Na2CO3 + H4SiO4虽然二氧化硅是酸性氧化物，但不能用二氧化硅跟水直接作用制得硅酸，而只能用相应的可溶性的硅酸盐跟酸作用来制硅酸。2HCl + Na2SiO3 + H2O 2NaCl + H4SiO4原硅酸是一种白色胶状沉淀物。原硅酸几乎不溶于水，是一种弱酸，很不稳定。这种白

7、色胶状物在空气里干燥，失去一部分水后，变成白色粉末即硅酸。二、硅酸盐硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐。硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。具体表达形式为：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水。如硅酸钠Na2SiO3 Na2O·SiO2 镁橄榄石Mg2SiO4 2MgO·SiO2钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O CaO ·Al2O3 ·3SiO2 ·3H2O正长石KAlSi3O8 K2O·Al2O3·6Si

8、O2可溶性硅酸盐中最常见的是硅酸钠，它的水溶液俗名水玻璃。水玻璃又叫做泡化碱，它是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，它既不能燃烧又不受腐蚀，在建筑工业上可作粘合剂。可用作耐火材料。硅及其化合物的特性1硅的还原性比碳强，得在高温下碳能将硅从SiO2中还原出来。2非金属单质与强碱溶液反应一般不产生氢气，但硅要产生氢气。3非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅却能与氢氟酸反应，且能产生氢气。4非金属单质一般不具有金属光泽，而石墨和硅却具有，且都能导电，硅是常用的半导体材料。5非金属氧化物一般是分子晶体，熔沸点较低，但二氧化硅却是原子晶体，熔点很高。6酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能

9、与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。7无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。8在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸的强，二氧化碳与硅酸钠溶液反应生成碳酸钠和硅酸沉淀。在高温下碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其原因是在高温条件下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。硅胶硅胶是很好的干燥剂、吸附剂以及催化剂载体硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷主要设备水泥回转窑玻璃熔炉原料石灰石和粘土纯碱、石灰石、石英粘土反应原理复杂的物理、化学变化Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2复杂的物理化学变化生产过程磨烧磨原料强热为熔体冷却玻璃混合成型干燥凝结冷却陶瓷主

10、要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反应条件高温高温高温种类不同标号普通玻璃、特种玻璃土器、陶器、瓷器等特性水硬性无固定熔沸点，在一定温度范围软化，可制成各种形状抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘体从玻璃的制取原理中能否证明硅酸的酸性比碳酸强呢？不能。二氧化硅能与碳酸钙和碳酸钠反应生成二氧化碳，是由于该反应的反应物都是固体，在高温下发生反应时，生成的二氧化碳气体脱离反应体系使反应得以进行，但不能说明硅酸的酸性比碳酸强。酸性强弱的本质是酸电离出氢离子的难易程度。我们所学过的复分解反应的规律仅适用于溶液里的

11、反应。它与Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3并不矛盾。碳及其化合物的知识网络2难点聚焦碳和硅的化学性质元素符号CSiGeSnPb原子序数614325082原子半径变化趋势金属性与非金属性递变最高正价+4最高正价氧化物化学式CO2SiO2GeO2SnO2PbO2最高正价氧化物对应的水化物的化学式及酸碱性强弱H2CO3H2SiO3或H4SiO4Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4氢化物的化学式及稳定性强弱CH4SiH4注意：碳族元素的氢化物的写法是碳族元素在前，氢元素在后。总结：1。相似性最外层上均有4个电子，易形成共价键。最高正价均为+4价，最高价氧化物通式为RO2，

12、对应水化物通式为H2RO3或R(OH)4，特殊的原硅酸为H4SiO4。气态氢化物可表示成RH4。2递变性 随着原子序数的递增，元素的原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，元素由非金属性向金属性递变的趋势明显。3主要化合价 碳族元素的化合价主要有+4和+2，碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。根据此性质可判断：锡的+2价化合物应具有强的还原性，铅的+4价的化合物应具有较强的氧化性。4单质的物理性质碳族元素单质的密度是从碳到铅逐渐增大，熔点、沸点逐渐降低。化学性质碳硅还原性与单质反应 （不稳定）与氧化物反应与酸反应不与、等反应，但有：与水或碱溶液反

13、应与反应专题三 二氧化碳和二氧化硅的结构、性质比较（见表77）项目类别酸性氧化物酸性氧化物晶体类型分子晶体原子晶体熔点和沸点低高，硬度大化学性质不溶于水，与水也不反应联系 3 硅及其化合物的特性1. Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：2. 非金属单质跟碱液作用一般无放出，但Si却放出H2： 3. 非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：4. 非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。 5. SiO2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。6. 非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的却很高。7. 酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用

14、：8. 无机酸一般易溶于水， 却难溶于水。9. 因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：，但在高温下也能发生。10. 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）俗称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。4 硅与碱溶液的反应特点硅与强碱溶液反应的实质是什么？究竟哪种物质是氧化剂？根据化学方程式：进行分析，似乎和都是氧化剂，其实不然。上述反应实际分两步进行 其中反应为氧化还原反应，反应为非氧化还原反应。合并两式得总反应方程式。其中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物、起氧化作用的只是H2O。所以H2

15、O是式的氧化剂，也是总反应的氧化剂。为表示反应的实质（或要求标出电子转移方向和数目时），可写成： 11碳及其化合物的知识网络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NH3·H2O 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 Ca(HCO3)2 硅

16、及其化合物的知识网络Na2SiO3 CO2,H2O NaOH H2SiO3 SiH4Si SiO2 CaSiO3 SiF4 H4SiO4 SiC SiCl4O2 (自燃)H2 O2()FeO (高温)F2 HF Cl2 (高温)H2(高温)C(高温)C(高温)足量Na2CO3 (高温)NaOH(溶液)CaO()CaCO3 ()Ca2 -H2O C(适量)1.根据要求完成下列各小题实验目的。（a、b为弹簧夹，加热及固定装置已略去）（1）验证碳、硅非金属性的相对强弱。（已知酸性：亚硫酸碳酸）连接仪器、检验装置气密性、加药品后，打开a关闭b，然后滴入浓硫酸，加热。铜与浓硫酸反应的化学方程式是_。装置

17、A中试剂是_。能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是_。（2）验证SO2的氧化性、还原性和酸性氧化物的通性。在（1）操作后打开b，关闭a。H2S溶液中有浅黄色浑浊出现，化学方程式是_。BaCl2溶液中无明显现象，将其分成两份，分别滴加下列溶液，将产生的沉淀的化学式填入下表相应位置。 滴加的溶液氯水氨水沉淀的化学式_写出其中SO2显示还原性并生成沉淀的离子方程式_。将KOH和Ca(OH)2的混合物1.3g全部溶于一定量水中形成稀溶液，再缓缓通入一定量的B气体，实验过程中可得到沉淀的最大质量为1.2g。试计算：原混合物中KOH的质量为_g。生成沉淀质量为最大时，消耗B气体（标准状况下）的体积（V）范

18、围是：_。2.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、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450 一500），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。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瓶需要冷却的理由是_ 。 （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，

19、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）。（4）为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2+， 再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：5Fe2+ +MnO4- +8H+= 5Fe3+Mn2+ +4H2O滴定前是否要滴加指示剂?_（填“是”或“否”），请说明理由_某同学称取5.000 g残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL试样溶液，用1.000×10-2 moI/LKMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20. 00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是

20、_。 3.“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO 2 是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO 2 是解决温室效应的有效途径。（1）下列措施中，有利于降低大气中CO 2 浓度的有： 。（填字母）a减少化石燃料的使用 b植树造林，增大植被面积 c采用节能技术 d利用太阳能、风能（2）将CO 2 转化成有机物可有效实现碳循环。CO 2 转化成有机物的例子很多，如：a6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 bCO 2 + 3H 2 CH 3 OH +H 2 OcCO 2 + CH 4 CH 3 COOH d2CO 2 + 6H 2 CH 2 =CH 2 + 4H 2 O以上反应中，最节能的是 ，原子利用率最高的是 。（3）文献报道某课题组利用CO 2 催化氢化制甲烷的研究过程如下：反应结束后，气体中检测到CH 4 和H 2 ，滤液中检测到HCOOH，固体中检测到镍粉和Fe 3 O 4 。CH 4 、HCOOH