碳族元素及其化合物 课件-《无机化学》同步教学

无机化学第八章非金属及其化合物第三节碳族元素及其化合物一、碳（C）C元素的存在形式之一

1.游离态：金刚石、石墨等

世界上最大的钻石——库利南一号2.结构特点（1）金刚石的结构特点：每个C原子与他周围的4个C原子形成正四面体结构金刚石的结构

石墨的结构天然石墨（2）石墨的结构特点：

a.C原子呈层状排列，每片上的所有C原子都在同一平面上。

b.每层上的每个C原子都与其他的3个C原子相连，层上C原子形成了正六边形（3）C60的结构特点：

a.球状结构，形似足球，又称足球烯。

b.由12个正五边形和20个正六边形组成C20C40多种多样的碳单质总结：1、结构决定性质2、不同碳单质物理性质存在差异的原因：碳原子的排列方式不同。吸附功能木炭活性炭3.同素异形体：由同一种元素组成的性质不同的单质，叫做该元素的同素异形体。例如：C元素的同素异形体有：金刚石、石墨、C60；O元素的同素异形体有：O2、O3；P元素的同素异形体有：红磷、白磷注意：同素异形体的物理性质不同，化学性质相似。很久以前，人们被金刚石的成分迷惑。1797年，英国化学家钱南为了测出金刚石的成分，做了一个非常昂贵的实验。他将金刚石放在密闭的、充满氧气的箱子里让其燃烧（这只箱子是纯金制的），结果令人非常意外—箱子里的气体成分竟然变成了二氧化碳。这意味着如此奢侈的实验，发生的仅仅是下面台此简单的反应：C+O2==CO2故事点燃1.种类：无机化合物：大理石、CO2等有机化合物：蛋白质、天然气（CH4）等2.重要的含碳化合物：（Na2CO3和NaHCO3）C元素的存在形式之二——化合态溶洞中的、石花、石笋、钟乳石美丽珊瑚大理石方解石主要成分：CaCO3二、广泛存在的含碳化合物白云石：CaMg(CO3)2菱锌矿：ZnCO3菱镁矿：MgCO3菱铁矿FeCO33.用途:

Na2CO3主要用于制造玻璃、造纸业和食用碱;

NaHCO3主要用于做糕点时的发酵粉、食用碱。2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O△碳酸氢钠受热分解水壶、输送热水的管道内壁常积有水垢，你知道水垢的成分是什么吗？它是怎样形成的，又如何除掉？水垢的主要成分是CaCO3,是Ca(HCO3)2分解形成的，常用CH3COOH除掉。CaCO3+2CH3COOH=Ca(CH3COO)2

+CO2↑+H2O神奇的干冰冷冻治疗舞台效果冰激凌月饼食品保鲜

使用干冰，首要问题是安全，因为干冰升华时可使周围温度降到零下78℃。所以接触皮肤十分危险。操作时必须戴厚厚的棉手套，即便如此也不能用手去拿！硅元素(silicon)在地壳中的含量氧48.6%硅26.3%铝7.73%铁4.75%钙3.45%钠2.74%钾2.47%镁2.00%氢0.16%其他1.20%硅26.3%+6+14碳原子结构示意图最外层电子数为4思考1：硅原子的最外层电子数为多少？最外层电子数也是4思考2：硅在自然界中的主要存在形式？硅是亲氧元素，因此在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。

硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。

硅的分布与存在存在：没有游离态，只有化合态分布：自然界中分布广泛，在地壳中居第二位，仅次于氧。是构成矿物和岩石的基本元素。1、硅的工业制法：

粗硅：

纯硅：2C+SiO2===Si+2CO↑高温Si+2Cl2====SiCl4

SiCl4+2H2===Si+4HCl高温一、硅单质2.物理性质结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体,熔点高,硬度大。3.化学性质在常温下化学性质不活泼Si+O2===SiO2Si+2F2==SiF4

Si+4HF==SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑Si+2Cl2==SiCl45.用途

晶体硅是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料硅太阳能电池电脑的中央处理器（CPU）

在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。

硅在电子工业中重要作用二氧化硅(SiO2)

二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。是一种坚硬难熔的固体。硅石硅矿山二、二氧化硅和硅酸1.二氧化硅的存在硅石(天然)结晶形无定形二、二氧化硅玛瑙

硅藻土

中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区)有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有354处，总保有储量矿石3.85亿吨。仅次于美国，居世界第2位。在地区分布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。矿床类型主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和陆源沉积型(云南寻甸、四川米易硅藻土矿等)矿床。SiO二氧化硅的晶体结构示意图SiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定

坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。3.二氧化硅物理性质实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？

防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

不与酸反应（除氢氟酸以外）SiO2+4HF==SiF4

+2H2O玻璃花雕刻工艺？实验室现提供下列试剂瓶,①细口磨口塞玻璃瓶②广口瓶③细口橡皮塞玻璃瓶④棕色广口瓶⑤细口塑料瓶，如何存放下列药品?依据是什么?a.二氧化硅__b.氢氧化钠溶液c.硝酸银晶体__d.氢氟酸_e.浓硫酸__②③④⑤①5、二氧化硅的用途由于SiO2具有优良的物理化学性能加上SiO2在自然界的广泛存在，因此从古到今都被人类广泛地应用。光学纤维胃镜

石英制品水晶石英、玛瑙二氧化硅用来制光导纤维光导纤维就是比头发丝还细的、能传导光信号的玻璃丝。制造光导纤维的材料就是二氧化硅。光导纤维主要用于通讯、传感、测量等，光纤通讯的优点就是通信容量大，一对光纤上可同时传送3万门电话。

硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。酸性较弱，比碳酸的酸性还弱。三、硅酸(H2SiO3)

干燥硅胶

湿硅胶（1）硅酸的制备Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓（2）硅酸的性质①不稳定性

②弱酸性

H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3H2SiO3===H2O+SiO2加热Na2SiO3+H2O+CO2==Na2CO3+H2SiO3↓（3）硅胶(SiO2）制备：H2SiO3硅酸凝胶

硅酸干凝胶“硅胶”用途：硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。

1、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是（）A.烧碱溶液B.浓硫酸C.氢氟酸D.碳酸钠溶液

C四、硅酸盐硅酸盐结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。1.含义：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称

2.硅酸盐的表示方法：①化学式法：②氧化物法：硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙：CaSiO3硅酸钠：Na2O·

SiO2硅酸钙：CaO·SiO2高岭石：Al2O3

·

2SiO2·2H2O石棉：CaO

·

3MgO·4SiO2

沸石：Na2O

·Al2O3

·

3SiO2·2H2O云母：K2O·3Al2O3

·

6SiO2·2H2O长石：K2O·

Al2O3

·

6SiO2

水泥：3CaO

·SiO2·

2CaO·SiO2

玻璃：Na2O

·CaO·

6SiO2粘土：Al2O3

·

2SiO2·2H2O最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其水溶液俗称为水玻璃，硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作肥皂填料、木材防火剂等。3.硅酸钠（Na2SiO3）关于硅酸盐说明：1.除硅酸钾、硅酸钠、硅酸铵以外均难溶于水2.硅酸钠是常见的可溶性硅酸盐之一，俗称泡花碱；它的水溶液俗称水玻璃，是一种粘合剂；硅酸和二氧化硅的制备：[水玻璃可保存玻璃瓶中,但不能使用玻璃塞,要用橡胶塞]较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸2HCl+Na2SiO3+H2O==H4SiO4↓+2NaClH4SiO4H2SiO3SiO2常温分解受热分解无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃四、硅酸盐工业t

水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。⑵生产过程：黏土和石灰石两磨、一烧。研磨→煅烧→再磨成细粉；硅酸三钙(3CaO·SiO2)硅酸二钙(2CaO·SiO2)混合物铝酸三钙(3CaO·Al2O3)⑴水泥的生产原料：⑶普通硅酸盐水泥的成分：1、水泥⑷水泥的性能：水泥具有水硬性。水泥、沙子和水的混合物——建筑黏合剂。水泥、沙子和碎石的混合物。混凝土：水泥砂浆：2、玻璃：⑵生产过程：纯碱、石灰石和石英。

Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑高温

高温⑴玻璃的生产原料：⑶普通玻璃的成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2组成的混合物。或Na2O·CaO·6SiO2；玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。⑷玻璃的性能：3、陶瓷：

陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘