碳元素及其化合物

2023-01-06 04:09:15   文档大全网     [ 字体: ] [ 阅读: ]

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化合物,元素,及其
碳族元素及无机非金属材料

(一)考试说明:

1.了解碳元素的单质及某些氧化物、氢化物、碳酸盐的性质。

2.了解碳的氧化物对大气的污染及其防治;初步了解粉尘对环境及人类健康的影响。 3.掌握碳族元素在周期表中的位置及与其性质的关系。 4.了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的性质与应用 (二)、命题趋势

本专题知识涉及面广,实际应用性强,命题方向比较灵活,今后高考命题的方向是:与基本理论其他元素化合物知识糅合在一起,进行学科知识的综合考查。碳单质及其化合物在生活及高科技的发展中起着重要作用,其应用点较多,在以后的高考中将会有所体现。当今人们对材料技术的关注,超过了以往任何一个时期、反映新材料、新技术的知识将被移植到命题范围内,考查学生接受新信息的能力,这将是命题的趋势。 (三)、知识网络

1.碳及其化合物的知识网络 不完全燃烧

OCH

2(不足)

4

CO有机物

NH4HCO3

O2

O2

O2 (

(

CuO





)

)

NH3·H2O

热的碳

CH2O

2H2

CaC2

CaO

C

Mg (点燃)OCO2

Ca(OH)2

2 ()

①高温②H+



CaCO3



COC2 a(HH2O

C O 3 )2 CuO ()

SiCl2 ()

H



NaOH Ca(OH)2

CCO

Na

2O2

H2O

Ca2





CO2 ()

SiC CCl4 O2 H2CO3

NaHCO3

NaOH

Na2CO3

OH

②加热

2.硅及其化合物的知识网络

O2 (自燃)



O2()FeO (高温)



CaO()

SiH2

4

HSi

SiO2

CaCO3 ()

CaSiO3

FC(2 适量)

HF

SiF4

NaC(2 Cl2 (高温)



NaOH(

COCa2





3 (



H)2



H2SiO3)



)



(高温)

-H2O

C(高温)足量



SiCl4

SiC

NaSiOCO2,H2O

23

NaOH

H4SiO4 ()基础知识 1.碳族元素

碳族元素的特征:碳族元素原子最外层电子数为4,既不容易失去电子,又不容易得到电子,易形成共价键,难形成离子键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大,熔沸点最高(如金刚石、晶体硅)

碳族元素的化合价:碳族元素的主要化合价有+2+4,其中铅+2价稳定,其余元素+4价稳定。

碳族元素的递变规律:从上到下电子层数增多,原子半径增大,原子核对最外层电子的吸引能力减弱,失电子的能力增强,从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中碳是非金属,锡、铅

是金属,硅、锗是半导体材料。

碳族元素在自然界里的存在:自然界里碳有游离态和化合态两种;硅在地壳里无游离态,主要以含氧化合物和硅酸盐的形式存在

2.碳: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:CCO2

2COC2CuO

CO22Cu

CH2O

COH2COH2的混合气体叫水煤气)2C+SiO2

Si+2CO↑

与氧化性酸反应:C2H2SO4(浓)

CO22SO22H2O

C4HNO3(浓)

CO24NO22H2O

3.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+CuO

CO2CuCO+H2O(g)

CO2+H2

4.CO2:直线型分子(OCO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。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:CO2C2CO2MgCO2

2MgOC

5.碳酸盐

溶解性:Ca(HCO3)2>CaCO3Na2CO3>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)

6.

硅在地壳中只有化合态,没有游离态。其含量在地壳中居第二,仅次于氧,是构成矿物和岩石的主要成分。

晶体硅是灰黑色,有金属光泽,硬而脆的固体,是半导体,具有较高的硬度和熔点。 硅的化学性质不活泼,常温下,只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应:

Si+2F2SiF4Si+4HFSiF4+2H2Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2 在加热条件下,能与氧气、氯气等少数非金属单质化合:SiO2

SiO2

制备:在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅:SiO22C

Si2CO↑,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: Si2C12

SiCl4 SiCl4+2H2

Si+4HCl

硅在高新技术中的应用:高纯硅可作半导体材料

7.SiO2

①SiO2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,结构不同。CO2是分子晶体,故熔点很低。

二氧化硅的化学性质很稳定,不能跟酸(氢氟酸除外)发生反应。由于它是一种酸性氧化物,所以能跟碱性氧化物或强碱反应

SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中) 二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物

a.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SiO2NaOH(或Na2CO3)在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠:SiO22NaOH

Na2SiO3H2OSiO2Na2CO3

Na2SiO3CO2,然后用酸

与硅酸钠作用制得硅酸:Na2SiO3+2HCl ===H2SiO3+2NaCl

b酸性氧化物一般不跟酸作用,但二氧化硅却能跟氢氟酸起反应:SiO2+4HFSiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中) 光导纤维 石英、水晶

石英的主要成分是SiO2,可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合物,它们以溶解状态存在于石英中,呈各种颜色。纯净的SiO2晶体叫做水晶,它是六方柱状的透明晶体,是较贵重的宝石。 8.硅酸和硅胶

硅酸:硅酸有多种形式,如H4SiO4H2SiO3H2Si2O5等。一般用通式xSiO2·yH2O表示,由于“H2SiO3分子式最简单,习惯采用H2SiO3作为硅酸的代表。

②硅酸酸性比碳酸还弱,由下列反应可证明:Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3

③硅胶:刚制得的硅酸是单个小分子,能溶于水,在存放过程中,它会逐渐失水聚合,形成各种多硅酸,接着就形成不溶于水,但又暂不从水中沉淀出来的硅溶胶。如果向硅溶胶中加入电解质,则它会失水转为硅凝胶。把硅凝胶烘干可得到硅胶。烘干的硅胶是一种多孔性物质,具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用,所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。 9.硅及其化合物的反常

①Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出SiSiO22C

Si2CO↑

非金属单质跟碱液作用一般无H2放出,但Si却放出H2Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2 非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能与HF作用:Si+4HFSiF4+2H2 非金属单质大多为非导体,但Si为半导体。

⑤SiO2H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接将它与水作用制备H2SiO3 酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟HF作用:SiO2+4HFSiF4+2H2O 无机酸一般易溶于水,但H2SiO3难溶于水。

H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应:Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3,但在高温下SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2也能发生。

⑨Na2SiO3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)泡花碱,但它却


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