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碳族元素知识点总结1.doc


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-1-
族元素
复****重点
碳族元素原子构造的特点、碳族元素化合价为正四价和正二价;
碳族元素的性质及其递变规律;
碳和硅的性质、用途。


在常温下碳很稳定,只在高温下能发生反响,通常表现为复原性。
①燃烧反响
②与某些氧化物的反响:C+CO2
C+H2O2C+SiO2
4
③与氧化性酸反响:C+2H2SO〔浓〕
2CO;C+2CuO CO2↑+2Cu;CO+H2O〔CO、H2的混合气体叫水煤气〕;Si+2CO↑
CO2↑+2SO2↑+2H2O;
碳族元素学问点总结
-1-
C+4HNO〔浓〕 CO↑+4NO↑+2HO
碳族元素学问点总结
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3 2 2 2
碳族元素学问点总结
-1-
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急性。
②复原性:CO+CuO¾D®CO+Cu,CO+HO(g)
2
2
CO+HO
2 2
①可燃性

2
3 2 2
直线型〔O=C=O〕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。试验室制法:CaCO+2HCl=CaCl+CO↑
+H2O。
①酸性氧化物一—酸酐
2 2 3 2 2
2
Ca(OH)+CO=CaCO↓+HO(用于检验CO)
碳族元素学问点总结
-1-
2
②氧化性:CO+C¾高¾¾温®
碳酸盐
2CO;2Mg+CO¾点¾¾燃®
2MgO+C
碳族元素学问点总结
-1-
碳族元素学问点总结
-1-
①溶解性:Ca(HCO3)2>CaCO
;Na
CO>NaHCO。
碳族元素学问点总结
-1-
③相互转化:碳酸正盐
碳酸酸式盐(除杂用)
3
2
3
3
②热稳定性:Na2CO3>CaCO3;碱金属正盐>碱金属酸式盐:Na2CO3>NaHCO3。
碳族元素学问点总结
-1-

晶体硅的物理性质
灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。它的构造类似于金刚石,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,是良好的半导体材料。
2、硅的化学性质
在常温下,硅的化学性质不活泼。
常温下除了能与***气、氢***酸、强碱反响外,不能与其他物质反响.
Si+2F2=SiF4
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
在加热条件下,能与某些非金属反响。
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

碳族元素学问点总结
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2
制备:在电炉里用碳复原二氧化硅先制得粗硅:SiO+2C¾高¾¾温®
Si+2CO↑,将制得
碳族元素学问点总结
-1-
4 2 4
的粗硅,再与C12反响后,蒸馏出SiCl,然后用H复原SiCl可得到纯硅。有关的反响为:
碳族元素学问点总结
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Si十2C1
¾高¾¾温®
SiCl
、SiCl
+2H
¾高¾¾温®
Si+4HCl。
碳族元素学问点总结
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2 4
物理性质
4 2
二氧化硅
碳族元素学问点总结
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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。其差异在于晶体类型不同。CO2是分子晶体,故熔点很低。
化学性质。
(1).SiO2是酸性氧化物,是硅酸的酸酐,它不溶于水,也不与水反响。SiO2与CO2化学性质的比较
碳族元素学问点总结
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物质与水反响与酸反响与碱反响
与碱性氧化物反响与碳反响
二氧化硅不反响
SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
SiO2+CaO===CaSiO3SiO2=+2C===Si+2CO
二氧化碳
CO2+H2O=H2CO3
不反响
生成正盐和酸式盐CO2+Na2O=Na2CO3CO2+C=2CO
碳族元素学问点总结
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SiO2+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翻开。
二氧化硅是一种特别的酸性氧化物。酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸,但二氧
3 2
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Na2CO〕在熔化条件下反响生成相应的硅酸钠:SiO+2NaOH
碳族元素学问点总结
-1-
3 2 2 3
¾熔¾¾化®
Na2SiO+HO,
碳族元素学问点总结
-1-
3 2
2 2 3
SiO+NaCO¾熔¾¾化®
H2SiO3+2NaCl。
Na2SiO+CO­,然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸:NaSiO+2HCl→
碳族元素学问点总结
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弱的氧化性
SiO2=+3C==SiC+2CO
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
这就是工业上用氢***酸雕刻玻璃的反响原理。
特性
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。这种白色胶状物在空气里枯燥,失去一局部水后,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,构造也很简单,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·Al2O3·6SiO2
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
硅的复原性比碳强,得在高温下碳能将硅从SiO2中复原出来。
非金属单质与强碱溶液反响一般不产生氢气,但硅要产生氢气。
非金属单质一般不与非氧化性酸反响,而硅却能与氢***酸反响,且能产生氢气。
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。
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。
酸性氧化物一般不与酸发生复分解反响,而二氧化硅却能与氢***酸反响,生成四***化硅和水。
无机酸一般易溶于水,而硅酸和原硅酸却难溶于水。
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响生成碳酸钠和硅酸沉淀。在高温下碳酸钠与二氧化硅反响生成硅酸钠和二氧化碳,其缘由是在高温条件下,生成的二氧化碳离开反响体系而使反响进展到底。
硅胶
硅胶是很好的枯燥剂、吸附剂以及催化剂载体
硅酸盐产品
主要设备
水泥
水泥回转窑
玻璃
玻璃熔炉
陶瓷
碳族元素学问点总结
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原料
石灰石和粘土
纯碱、石灰石、石英
粘土
反响原理
简单的物理、化学变化
Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2
简单的物理化学变化
生产过程
磨—烧—磨
原料强热为熔体冷却玻璃
混合→成型→枯燥→
分散→冷却→陶瓷
主要成分
3CaO·SiO2
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3
Na2SiO3 CaSiO3 SiO2
、 、
反响条件
高温
高温
高温
种类
不同标号
一般玻璃、特种玻璃
土器、陶器、瓷器等
特性
水硬性
无固定熔沸点,在肯定温度范围软
抗氧化、抗酸碱腐蚀、
化,可制成各种外形
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响生成二氧化碳,是由于该反响的反响物都是固体,在高温下发生反响时,生成的二氧化碳气体脱离反响体系使反响得以进展,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响的规律仅适用于溶液里的反响。它与Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3并不冲突。
碳及其化合物的学问网络
难点聚焦
碳和硅的化学性质
元素符号
原子序数
C
6
Si
14
Ge
32
Sn
50
Pb
82
原子半径变化趋势
金属性与非金属性递变最高正价
最高正价氧化物化学式
¾逐¾渐¾增¾加¾®
¾非¾金¾属¾性¾减¾弱¾金¾属¾性¾增¾¾强¾®
+4
CO2
SiO2
H2SiO3
GeO2
SnO2
PbO2
最高正价氧化物对应的水化物
的化学式及酸碱性强弱
HCO
2 3
或HSiO
Ge(OH)
4
Sn(OH)
4
Pb(OH)
4
4 4
¾酸¾性¾减¾弱¾碱¾性¾增¾¾强®
CH4
SiH4
——
——
——
氢化物的化学式及稳定性强弱
¾稳¾定¾性¾减¾¾弱®
碳族元素学问点总结
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留意: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。相像性
①最外层上均有4个电子,易形成共价键。
4
2 2 3 4
②最高正价均为+4价,最高价氧化物通式为RO,对应水化物通式为HRO或R(OH),特别的原硅酸为H4SiO。
4
③气态氢化物可表示成RH。
递变性
随着原子序数的递增,元素的原子半径渐渐增大,得电子力量渐渐减弱,失电子力量渐渐增加,元素由非金属性向金属性递变的趋势明显。
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。 依据此性质可推断:锡的+2价化合物应具有强的复原性,铅的+4
价的化合物应具有较强的氧化性。
主要化合价
单质的物理性质
碳族元素单质的密度是从碳到铅渐渐增大,熔点、沸点渐渐降低。
化学
性质还原



与单质反

C+O
点燃
D
2
CO
2
Si+O
2
SiO
2
2C+O点燃2CO
Si+2F =SiF
2
2
4
C+2S(g)高温CS
2
Si+2H
高温SiH〔不稳定〕
2 4
与氧化物
反响
C+2CuO高温CO
2
­+2Cu
3C+FeO高温3CO­+2Fe
2 3
2C+SiO电炉2CO­+Si
2
Si+2FeO高温SiO
2
2Fe
2C+SiO高温2CO­+SiC
2
与酸反响 D
C+4HNO(浓)
3
CO ­+4NO
2
不与HNO、HSO等反响,
2
­+2HO
2
3
2 4
但有:
D
C+2HSO(浓) CO ­+2SO
2 4 2 2
­+2HO
2
Si+4HF=SiF ­+2H
4
2
­
与水或碱
溶液反响
C+HO(g)高温CO+H
2
2
Si+2NaOH+HO=NaSiO +2H ­
2 2 3 2
与CaO
反响
3C+CaO高温CaC
2
CO­
专题三二氧化碳和二氧化硅的构造、性质比较〔见表7—7〕
碳族元素学问点总结
-1-
工程
CO SiO
2 2
类别
晶体类型
熔点和沸点化学性质
酸性氧化物
分子晶体低
酸性氧化物
原子晶体高,硬度大
CO
2
HO
2
HCO
2
不溶于水,与水也不反响
3
CO +2NaOH=NaCO +HO
2
2
3
2
SiO +2NaOH=NaSiO +HO
2
2
3
2
SiO
2
4HF=SiF ­+2HO
4
2
联系
NaSiO +CO
2
3
2
2HO=HSiO
2
4
4
¯+NaCO
2
3
HSiO
4
D
4
SiO+2HO
2
2
3硅及其化合物的特性
Si的复原性大于C,但C却能在高温下复原出Si:SiO2+2C高温Si+2CO­
非金属单质跟碱液作用一般无H2放出,但Si却放出H2:
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2­ Si+4HF=SiF4­+2H2­
非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能与HF作用:
非金属单质一般为非导体,但Si为半导体。
SiO2是的酸酐,但它不溶于水,不能直接将它与水作用制备H2SiO3。
非金属氧化物的熔沸点一般较低,但SiO2的却很高。
酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟HF作用:SiO2+4HF=SiF4­+2H2­
无机酸一般易溶于水,却难溶于水。
因H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生以下反响:
Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3¯+Na2CO3,但在高温下
Na2CO3+SiO2高温Na2SiO3+CO2­也能发生。
Na2SiO3的水溶液称水玻璃,但它与玻璃的成分大不一样,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硅与碱溶液的反响特点
硅与强碱溶液反响的实质是什么?到底哪种物质是氧化剂?依据化学方程式:
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2­
碳族元素学问点总结
-1-
碳族元素学问点总结
进展分析,好似NaOH 和H
D
O都是氧化剂,其实不然。上述反响实际分两步进展
2
碳族元素学问点总结
Si+4HO H
2
SiO
4 4
+2H ­ ①
2
碳族元素学问点总结
HSiO +2NaOH=NaSiO +3HO ②
4 4 2 3 2
其中反响①为氧化复原反响,反响②为非氧化复原反响。合并①②两式得总反响方程式。其中NaOH既不是氧化剂,也不是复原剂,只是反响物、起氧化作用的只是H2O。所以H2O是①式的氧化剂,也是总反响的氧化剂。为表示反响的实质〔或要求标出电子转移方向和数目时〕,可写成:
碳族元素学问点总结
Si+2NaOH+4H
O=Na
2 2
SiO
3
2H
2
­+3HO
2
碳族元素学问点总结
碳及其化合物的学问网络
碳族元素学问点总结
不完全燃烧
CH
CO O2(缺乏)
有机物
NHHCO
碳族元素学问点总结
4 4 3
①O2 O
O 2( △
2( ②CuO 点
不 燃
碳族元素学问点总结
足 炽 )
)
热的碳
NH3·H2O
碳族元素学问点总结
碳族元素学问点总结
CH H2O
CaC
CaO C
Mg(点燃) CO
Ca(OH)2

CaCO
CO2、H2O

Ca(HCO)
碳族元素学问点总结
2 2 2

①O2
(点)
2 3 32
①高温②H+ △
碳族元素学问点总结
Si、Cl2(△)
②CuO
(△)
H+
22 2
C、CO NaO HO

NaOH

Ca2+

Ca(OH)2
碳族元素学问点总结
碳族元素学问点总结
HCO

NaCO
CO2(水)

NaHCO
碳族元素学问点总结
SiC、CCl4 O2
2 3 NaOH
2 3 ①OH― 3
②加热
碳族元素学问点总结
硅及其化合物的学问网络
碳族元素学问点总结
SiH4

H2 Si

O2(自燃)
①O2(△)
②FeO(高温)
C(适量)
F2 HF

SiO2

①CaO(△)
②CaCO3(△)

CaSiO3
碳族元素学问点总结
碳族元素学问点总结
Cl2

(高温)
SiF4
C(

NaONHa(
C2O

Ca2+

HSiO
碳族元素学问点总结
温 溶3( 2 3
H ) 液高
碳族元素学问点总结
2
(高温)
C(高温)足量 -7-
) 温
)
CO,HO
-H2O
碳族元素学问点总结
2 2
SiCl4 SiC Na
SiO
H4SiO4
碳族元素学问点总结
2 3NaOH
碳族元素学问点总结

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