碳硅及其化合物教学课件

第一节碳硅及其化合物基础知识回顾一、单质碳的性质1.同素异形体金刚石：原子晶体石墨：混合晶体C60、C70：分子晶体*(3)氧化性C+2H2=CH42.化学性质(1)可燃性C+O2=CO2点燃2C+O2（不足）=2CO点燃(2)还原性C+2CuO=2Cu+CO2↑△C+H2O=CO+H2（水煤气）高温4CO2↑+4NO2↑+2H2OC+

HNO3（浓）=

.△高温高压二、碳的氧化物的对比COCO2物理性质无色无味，难溶于水，有毒无色无味，可溶于水化学性质(1)可燃性：2CO+O2=2CO2(2)还原性(高温下)：

.CO+Fe2O3=

.A

(炼铁)CO+CuO＝Cu+CO2(1)跟水反应：CO2+H2OH2CO3H++HCO-3(2)酸性氧化物：CO2+CaO=CaCO3，CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O(3)氧化性：CO2+C=2COCO2+2Mg=2MgO+C△点燃

点燃3△+3CO22Fe△COCO2制取方法CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑（实验室）CaCO3=高温CaO+CO2↑(工业)三、碳酸盐和酸式盐的性质1.水溶性：正盐除钾、钠、铵盐易溶于水外，其余均不溶于水；酸式盐都溶于水。2.热稳定性：正盐大于酸式盐。3.相互转化：正盐→酸式盐的离子反应：CO32-+CO2+H2O=

。酸式盐→正盐的离子反应：HCO3-+OH-=

或加热分解。H2O+CO32-2HCO3-四、硅及其化合物1.硅的结构及性质（1）晶体结构：正四面体型空间网状结构，原子晶体。（2）主要性质①物理性质：熔点高，硬度大，具有金属光泽、半导体，只能以化合态存在于自然界。②化学性质：在常温下，除与F2、HF和强碱溶液反应外，硅不易和其他物质反应。SiCl4+2H2=Si+4HClSi+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑加热条件下，能与一些物质反应。Si+O2=SiO2△③Si的制备：SiO2+2C=Si(粗硅）+2CO↑高温Si+2Cl2=2SiCl4，高温高温2.二氧化硅（1）存在广泛存在于自然界中（沙子、石英、水晶的主要成分均是二氧化硅）。（2）物理性质纯SiO2是无色透明的晶体，硬度大、沸点高。SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，与CaO反应SiO2+CaO=CaSiO3。②和氢氟酸反应（腐蚀玻璃）③在高温下，可与Na2CO3、CaCO3等碳酸盐反应。（4）用途沙子用于建筑，石英用于制造玻璃，纯SiO2用于制造光学器材和光导纤维。（3）化学性质①酸性氧化物与NaOH反应高温五、硅酸盐（1）硅酸钠大多数硅酸盐不溶于水，化学性质稳定。但硅酸钠可溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，可作黏合剂、防腐剂、防火剂。普通玻璃普通硅酸盐水泥陶瓷主要原料纯碱、石灰石、石英石灰石、黏土、适量的石膏等含铝、硅酸盐材料的黏土主要成分及用途硅酸盐；各种用途的玻璃制品硅酸盐；重要建筑材料硅酸盐；应用于生活领域，工业、农业、航天、电子、原子能等领域（2）硅酸盐产品重点知识归纳一、碳及其化合物转化关系2.碳酸的电离平衡及跟碱的反应：H2CO3H++HCO-3HCO-3H++CO2-31.正盐与酸式盐相互转化：碳酸碳酸氢盐盐酸性条件(H+)碱性条件(OH-)或△(加热)

碱少时(酸过量)生成酸式盐，碱过量(酸少)生成正盐。

二、二氧化硅与二氧化碳二氧化碳二氧化硅结构特点由二氧化碳分子构成由氧原子与硅原子构成网状结构物理性质熔、沸点低、可溶于水坚硬难熔的固体、不溶于水CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O二氧化碳二氧化硅CO2+H2O=H2CO3不反应CaO+CO2=CaCO3不反应*4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O用途制饮料、制碳酸盐光导纤维、光学仪器、电子部件存在空气岩石、砂石、水晶、硅藻土高温CaO+SiO2=CaSiO3三、硅及其化合物的特性1.非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能与HF反应。2.非金属单质跟碱溶液反应一般无H2放出，但Si却能生成H2。3.非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。4.SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接与H2O反应制备H2SiO3。5.酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能与HF反应。6.无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。

(考查碳的化合物性质)向下列溶液中通入过量CO2，最终出现浑浊的是(

)A.饱和石灰水B.水玻璃C.BaCl2溶液D.氯化钙饱和溶液B

（考查硅的化合物性质）①浓硝酸、②水、③王水、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，能与二氧化硅起化学反应的是(

)A.①②

B.②④C.④⑤

D.③④⑤

C

热学是研究与热现象有关的规律的科学。热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。大量分子的无规则运动称为热运动。常见的一些现象：1、一壶水开了，水变成了水蒸气。2、温度降到0℃以下，液体的水变成了固体的冰块。3、气体被压缩，产生压强。4、物体被加热，物体的温度升高。热现象热物理学宏观法与微观法相辅相成。热学的研究方法：1.宏观法.

最基本的实验规律逻辑推理(运用数学)------称为热力学。

优点：可靠、普遍。缺点：未揭示微观本质。2.微观法.

物质的微观结构+统计方法------称为统计力学其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论)优点：揭示了热现象的微观本质。

缺点：可靠性、普遍性差。气体动理论热力学研究的对象----热力学系统.一.热力学系统热力学系统以外的物体称为外界。孤立系统:系统和外界完全隔绝的系统例：若汽缸内气体为系统，其它为外界§1分子运动的基本概念

二.系统状态的描述微观量：分子的质量、速度、动量、能量等。宏观量：温度、压强、体积等。在宏观上不能直接进行测量和观察。在宏观上能够直接进行测量和观察。宏观量与微观量的关系：宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子杂乱无章的热运动遵从一定的统计规律性上。在实验中，所测量到的宏观量只是大量分子热运动的统计平均值。三.基本原理:1.自然界中一切物体都是由大量不连续的、彼此间有一定距离的微粒所组成,这种微粒称为分子.2.分子间有相互作用力.3.分子永不停息地作无规则的运动.§2气体的状态参量平衡态一、体积V气体分子所能达到的空间范围.[单位:

m3]二、压强P气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力.[单位:Pa]1Pa=1N/m21.1mmHg=133.3Pa2.标准大气压(atm)三、温度t,T反映系统内部大量分子作无规则剧烈运动程度1.摄氏温标(t)[单位:℃]2.热力学温标(T)[单位:K]两者换算关系:T=273.15+t状态参量：表征气体有关特性的物理量如P、V、T等四.平衡状态

在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能量的交换）的条件下，无论初始状态如何，系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。平衡态：准静态过程：如果状态变化过程进行得非常缓慢，以至过程中的每一个中间状态都近似于平衡态，这样的过程称为“准静态过程

”，又称“平衡过程

”。（质量不变）§3理想气体物态方程3.1气体的实验规律一.气体定律二.阿伏伽德罗定律在相同的温度和压强下,1摩尔的任何气体所占据的体积都相同.在标准状态下,即压强P0=1atm、温度T0=273.15K时,1摩尔的任何气体的体积均为v0=22.41L/mol3.2理想气体理想气体：在任何情况下都严格遵守“波-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。3.3理想气体物态方程（质量不变）标准状态：M为气体的总质量。M

mol为气体的摩尔质量。其中：理想气体物态方程：令：R

称为“普适气体常数

”代入：阿伏伽德罗常数：玻耳兹曼常数：设：分子质量为m，气体分子数为N，分子数密度n。理想气体物态方程：标准状态下的分子数密度：洛喜密脱数：例3.1;3.2(p107-108)4.1压强的成因分子热运动的平均速率约v=500m/s；分子数密度31019个分子/cm3=3千亿个亿；分子之间有一定的间隙，有一定的作用力；分子的平均碰撞次数约z=1010

次/秒。§4气体动理论压强公式压强:气体作用于容器壁单位面积上的垂直作用力4.2理想气体的微观模型：1.分子线度与分子间距相比较可忽略，分子看作质点。2.除了分子碰撞的瞬间外，忽略分子间的相互作用。3.气体分子在运动中遵守经典力学规律，假设碰撞为弹性碰撞;4.除需特别考虑外,不计分子所受到的重力。4.3理想气体压强公式及其意义结论：

温度标志着物体内部分子热运动的剧烈程度，它是大量分子热运动的平均平动动能的统计平均值的量度。§5气体动理论温度公式方均根速率：方均根速率：例1.体积为10l

的瓶内贮有氢气.在温度为280K时气压计读数为5.07×106Pa.过了些时候,温度增为290K,但因开关漏气,气压计读数仍没有变化.问漏去了多少氢气?解:设瓶内原有的氢气质量为m1,后来变为m2.例题2.两瓶不同种类的气体，其分子平均平动动能相等，但分子数密度不同。问：它们的温度是否相同？压强是否相同？解：例题3：试求氮气分子的平均平动动能和均方根速率。设（1）在温度t=1000℃时；（2）t=0℃时；（3）t=-150℃时。解：6.1运动自由度的概念气体分子运动的自由度决定某物体在空间的位置所需要的独立坐标数目。自由度：作直线运动的质点：一个自由度作平面运动的质点：二个自由度作空间运动的质点：三个自由度§6能量按自由度均分定理理想气体的内能运动刚体的自由度：zyxCz′x′y′结论：自由刚体有六个自由度三个平动自由度三个转动自由度单原子分子：一个原子构成一个分子三原子分子：三个原子构成一个分子双原子分子：两个原子构成一个分子三个自由度氢、氧、氮等五个自由度氦、氩等水蒸汽、甲烷等六个自由度6.2能量按自由度均分定理单原子分子：能量均分定理：

在温度为T的平衡态下，物质分子的每一个自由度都具有相同的平均动能，其大小都等于kT/2。分子平均能量：“i”为刚性分子自由度单原子分子：多原子分子：双原子分子：非刚性双原子分子除平动能、转动能，还有振动能：振动自由度s=1每个振动自由度分配平均能2倍设平动自由度t，转动自由度r，振动自由度s，平均能量：6.3理想气体的内能一、内能的概念内能:系统处在一定的状态应具有一定的能量,它是状态的单值函数。在热力学中,它是分子热运动的动能和分子间的势能,用E表示。理想气体的内能：二、理想气体的内能7.1速率分布概念设有N=100个分子，速率范围：0300ms-1

2050300.20.50.3单个分子速率不可预知，大量分子的速率分布是遵循统计规律，是确定的，这个规律也叫麦克斯韦速率分布律。§7气体分子热运动的速率分布规律单位速率区间内分子数占总分子数的百分比：～物理意义：

速率在v附近，单位速率区间内分子数占总分子数的百分比。速率分布函数：（几率密度）一般来说,它是和f(v)成正比显然归一化条件7.2速率分布函数7.3麦克斯韦速率分布定律f(v)vdvf(v)vv2v1结论：

在麦克斯韦速率分布曲线下的任意一块面积在数值上等于相应速率区间内分子数占总分子数的百分率。7.4气体分子热运动速率的三种统计平均值(1)

最概然速率：f(v)v(2)平均速率：设：速率为v1的分子数为N1个；速率为v2的分子数为个N2；…。总分子数：N=N1+N