高三化学碳和硅人教实验版

高三化学碳和硅人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：碳和硅1、碳族元素2、碳及其化合物3、硅及其化合物二. 重点、难点1、掌握碳的同素异形体的结构、化学性质、物理性质及用途。

2、掌握二氧化碳的性质、制取和用途，掌握碳酸、碳酸盐的一些性质。

3、掌握硅、二氧化硅的空间结构和化学性质。

4、掌握硅酸、硅酸盐的化学性质。

三. 复习过程（一）碳族元素1、组成和结构特点（1）碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素，位于元素周期表的IV A族。

（2）碳族元素原子最外层有4个电子，在化学反应中不易得到或失去电子，易形成共价键。

主要化合价有＋2和＋4价，其中碳和硅有负价。

碳族元素在化合物中多以＋4价稳定，而铅在化合物中则以＋2价稳定。

碳族元素中碳元素形成的单质（金刚石）硬度最大；碳元素形成的化合物种类最多；在所有非金属形成的气态氢化物中，CH4中氢元素的质量分数最大；12C是元素相对原子质量的标准原子；硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。

2、性质的递变规律随着原子序数的增大，碳族元素的原子半径依次增大，由非金属元素逐渐转变为金属元素，即金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱；最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强；气态氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强。

（二）碳及其化合物1、碳单质（2）碳的化学性质常温下碳的性质稳定，在加热、高温或点燃时常表现出还原性，做还原剂，温度越高，还原性越强，高温时的氧化产物一般为一氧化碳。

C ＋2H 2SO 4（浓）CO 2↑＋2H 2O ＋2SO 2↑ C ＋4HNO 3（浓）CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O2、二氧化碳（1）物理性质：无色略带酸味气体，无毒，能溶于水（1:1），固体时俗称干冰，大量排放会导致温室效应。

（2）实验室制法：原理：O H CO CaCl HCl 2CaCO 2223+↑+=+装置：除杂：通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶收集：向上排空气法检验：将气体先通入品红溶液中，如果品红溶液不褪色（说明不是二氧化硫），再通入澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则证明为二氧化碳气体。

（3）化学性质：CO 2＋Ca （OH ）2＝CaCO 3↓＋H 2O （用于二氧化碳气体的检验）2CO 2＋Ca （OH ）2＝Ca （HCO 3）2CO 2＋NH 3＋NaCl ＋H 2O ＝NaHCO 3↓＋NH 4Cl （侯氏制碱法）2CO 2＋2Na 2O 2＝2Na 2CO 3＋O 23、碳酸盐（1）碳酸钠和碳酸氢钠的比较溶解性不同：一般情况下，所有的钾盐、钠盐和铵盐是可溶的，所有的酸式盐是可溶的，正盐的溶解度小于酸式盐的溶解度，但碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠的溶解度。

热稳定性不同：一般情况下，难溶的正盐和酸式盐受热易分解，可溶性碳酸盐稳定不易分解。

与酸反应的剧烈程度不同：两者都能与强酸（H＋）反应产生CO2，但反应的剧烈程度不同，根据反应的剧烈程度可鉴别两者。

可溶性盐的水解程度不同：相同浓度的正盐溶液的pH值大于酸式盐溶液的pH值。

与碱反应不同：弱酸的酸式盐可与碱反应生成正盐。

与盐反应不同：碳酸钠可与氯化钙或氯化钡反应生成难溶性碳酸盐，但碳酸氢钠不反应。

（2）碳酸根和碳酸氢根的检验CO32—的检验方法：向待检溶液中滴加过量的CaCl2溶液。

若生成白色沉淀，再加入稀盐酸或稀硝酸。

若白色沉淀又溶解，且生成无色、无味的气体，则检得溶液中有CO32—。

HCO3—的检验方法：向待检溶液中滴加足量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液。

若无明显现象，再向溶液中加入足量的酸（如盐酸、硝酸、醋酸等）溶液。

若溶液中逸出无色、无味的气体，则待检溶液中有HCO3—。

（三）硅及其化合物1、硅（1）存在：硅在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态形式存在。

注意：在自然界中硅无游离态，氧有游离态，但不能说硅的非金属性比氧强。

（2）物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，是原子晶体，其结构类似于金刚石。

在晶体里，每个硅原子都被相邻的4个硅原子包围，处于4个硅原子的中心，以共价键跟这4个硅原子结合，成为正四面体结构，这些正四面体结构向空间发展，构成空间网状晶体，其中键角为109°28＇，键长为2.35×10－10m（比金刚石的大，是因为碳原子半径比硅原子半径小的缘故）。

晶体硅熔点、沸点较高，但比金刚石的熔点、沸点低。

（3）化学性质（不活泼）常温下：Si＋2F2＝SiF4（气）Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑（氧化剂：H2O，还原剂：Si）高温下：Si＋O2△SiO2Si＋2Cl2△SiCl4Si＋2H2高温SiH4（4）制备：粗硅是电炉里用碳还原SiO2而制得的：SiO2＋2C 高温Si（粗）＋2CO↑（当碳过量时：SiO2＋3C 高温SiC＋2CO↑，其中氧化剂、还原剂均为碳。

）粗硅提纯：将粗硅在高温下跟氯气反应生成四氯化硅（SiCl4），SiCl4经过分馏提纯，再用氢气还原得到纯硅：Si（粗）＋2Cl2△SiCl4（液）SiCl4＋2H2高温Si（纯）＋4HCl（5）应用：硅是良好的半导体材料，可用来制造半导体器件。

也可用来制造合金。

2、二氧化硅（1）晶体结构：是立体网状结构的原子晶体，1个Si原子与4个O原子形成4个共价键，即1个Si原子周围结合4个O原子，同时，每个O原子跟两个Si原子相结合。

由于二氧化硅晶体里Si－O键的键能很高，并形成了一种立体网状的原子晶体，所以要破坏二氧化硅的晶体，必须消耗较多的能量，因此，SiO2的熔点很高，硬度也很大。

（2）化学性质（很稳定）弱氧化性：SiO2＋2C 高温Si＋2CO↑酸性氧化物：CaO＋SiO2高温CaSiO3SiO2＋CaCO3高温CaSiO3＋CO2↑SiO2＋Na2CO3高温Na2SiO3＋CO2↑（上述两反应发生的原因是因为高温下硅酸盐比碳酸盐稳定）SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（玻璃中含有SiO2，因而它能够被碱溶液腐蚀。

实验室里盛放碱溶液的试剂瓶常用橡皮塞，而不用玻璃塞，就是为了防止玻璃受碱溶液腐蚀生成Na2SiO3，而使瓶口和塞子粘结在一起。

）特性：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O 所以氢氟酸不能保存在玻璃试剂瓶中而应贮存在塑料瓶中，另外制备氢氟酸也不能使用玻璃器皿。

（3）用途：二氧化硅是制造光导纤维的重要原料，制造石英玻璃，用做玻璃原料和建筑材料。

3、硅酸、硅酸盐（1）硅酸：硅酸钠（Na2SiO3）的水溶液跟盐酸起反应生成白色胶状沉淀，这种白色胶状沉淀叫做原硅酸，常用H4SiO4表示，是一种弱酸，很不稳定，这种白色胶状物在空气里干燥，失去一部分水后，变成白色粉末，即为硅酸（H2SiO3）。

Na2SiO3＋2HCl＋H2O＝H4SiO4↓＋2NaCl、H4SiO4＝H2SiO3＋H2O也可以直接写成Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3↓＋2NaCl 硅酸不溶于水，酸性比碳酸还要弱，从理论上解释：C、Si在元素周期表中位于同一主族，C在Si的上方，根据同主族元素性质的递变规律，C的非金属性比硅强，所以碳酸的酸性比硅酸强。

从实验中证明：可向硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳，有沉淀产生。

反应可表示为：SiO32－＋2CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋2HCO3－（2）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。

硅酸盐的表示方式有两种：氧化物，化学式。

如：硅酸钠Na2SiO3（Na2O·SiO2）镁橄榄石Mg2SiO4（2MgO·SiO2）高岭石Al2（Si2O5）（OH）4（Al2O3·2SiO2·2H2O）正长石KAlSi3O8（K2O·Al2O3·6SiO2）硅酸盐大多是难溶于水的，可溶性的硅酸盐最常见的是Na2SiO3，它的水溶液俗名水玻璃可作为粘合剂，防腐剂、耐火材料使用。

粘土种类很多，成分也很复杂，但主要是硅酸盐；粘土具有粘性和可塑性，是制造水泥、陶瓷、砖瓦、耐火材料的主要原料。

正长石（KAlSi3O8）在CO2和水等作用下分解而得粘土等物质；高岭土是较纯净的粘土。

2【典型例题】例1. 目前科学界拟合成一种“二重结构”的球形物质，即把足球形C60分子容纳在足球形Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。

下列关于这种物质的叙述不正确的是（）A. 是两种单质组成的混合物B. 相对分子质量为2400C. 是一种化合物D. 其晶体类型属于分子晶体分析：题中已明确该物质中碳原子和硅原子间形成共价键，也就是说，二者已不再是原来独立存在的分子了，而且有固定的组成〔n（C）∶n（Si）＝1∶1〕，因此它是化合物，C 正确，A不正确。

形成的Si60C60分子间不存在化学键，而是依靠范德瓦耳斯力结合成分子晶体，D正确。

其相对分子质量M r＝（12＋28）×60＝2400，故B正确。

应注意的是，如果在C60分子中放入一个或几个He，碳原子与球内的稳定的氦分子不能成键，仍为独立的两种分子，此时二者形成混合物而不是化合物。

答案：A例2. 大理石可以用做墙面、地面和厨房桌面，其主要成分是碳酸钙。

食醋不慎滴在大理石桌面上，会使其失去光泽，变得粗糙。

下列能正确解释此现象的是（）A. 食醋中的水使碳酸钙溶解B. 食醋中的醋酸与碳酸钙发生了复分解反应C. 食醋中的醋酸与碳酸钙反应并放出大量的二氧化碳气体D. 食醋中的醋酸将碳酸钙氧化分析：醋酸能与CaCO3发生复分解反应，由于食醋中醋酸浓度很低，所以，二者反应不一定产生大量的CO2，可以生成Ca（HCO3）2。

答案：B例3. 可以肯定溶液中大量存在CO-23的理由是（ ）A. 加入AgNO 3溶液，有大量白色沉淀产生B. 加入酸，有无色无味气体产生C. 加入BaCl 2溶液时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体D. 加入Ba （OH ）2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸如C 所述分析：溶液中含有Cl －、SO 32—时，可与AgNO 3溶液反应产生白色沉淀，A 不正确。

-3HCO 与酸反应会产生无色无味的CO 2气体，B 不正确。

向含有HCO 3—的溶液中加入Ba （OH ）2时：HCO 3—＋OH －＋Ba 2＋＝BaCO 3↓＋H 2O ，再加盐酸BaCO 3＋2H ＋＝Ba 2＋＋CO 2↑＋H 2O ，其现象与CO 32—反应的现象相同，D 选项不正确。

答案：C例4. 玻璃的主要成分之一是二氧化硅。

能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是（ ）A. 烧碱B. 纯碱C. 氢氟酸D. 盐酸分析：氢氟酸（HF ）能和SiO 2发生反应：SiO 2＋4HF ＝SiF 4↑＋2H 2O ，利用这个反应可以进行玻璃雕花等。