高中化学-碳硅知识

碳、硅及其化合物

教学目标：

1．了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。 2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。3.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。

教学重难点：

了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用

教学过程：

考点一碳、硅及其重要化合物的性质

1．碳、硅元素的存在形态

(1)碳元素在自然界中既有游离态又有化合态。碳的同素异形体有金刚石、石墨、无定形碳、C60等。

(2)硅元素在地壳中的含量占第二位，仅次于氧元素，全部以化合态存在，是一种亲氧元素，单质

硅有晶体和无定形两种。

2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较

碳硅

金刚石：空间网状结构

结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构

石墨：层状结构

物理金刚石熔点高、硬度大石墨熔点晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔性质高、质软，有滑腻感点高

金刚石用于制造切割刀具，石墨用晶体硅用作半导体材料，制造硅芯片和硅太阳能用途

作电极、铅笔芯电池

3.碳、硅单质的化学性质

与O2反应

点燃

O2足量：C＋O2=====CO2

点燃

O2不足：2C＋O2=====2CO

△

CuO：2CuO＋C=====2Cu＋CO2↑冶炼金属

(1)碳与氧化

物反应

高温

SiO2：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑制取粗硅

高温

H2O：C＋H2O g=====CO＋H2制取水煤气

与强氧化

△

浓H2SO4：C＋2H2SO4浓=====CO2↑＋2SO2↑＋2H2O 性酸反应△

浓HNO3：C＋4HNO3浓=====CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

(2)硅

①与F2反应：Si＋2F2===SiF4。

②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

③与NaOH溶液反应：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

△

④与O2反应：Si＋O2=====SiO2。

△

⑤与Cl2反应：Si＋2Cl2=====SiCl4。

硅的工业制法

碳、硅单质的特殊性

1．一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。

2．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

高温

3．Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑。

4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与 HF 反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。

6．一般情况下，金属 (Na 、K)能置换出水中的氢，但 C 在高温下也能置换出 H 2O 中的氢：C ＋

高温

H 2O(g)=====H 2＋CO 。

物质 二氧化硅 二氧化碳 空间立体网状结构，

结构 存在单个分子

不存在单个分子 硬度大，熔、沸点高， 主要物理

常温下为固体，不溶

熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水

性质

于水

①与水

不反应

CO 2＋H 2O

H 2CO 3 反应

只与氢氟酸反应：

②与酸 反应

SiO 2＋4HF===SiF 4↑ ＋2H 2O

不反应

SiO 2＋

化

2NaOH===Na 2SiO 3＋

CO 2 少量：CO 2＋2NaOH===Na 2CO 3＋H 2O 、 ③与碱 学

H 2O(盛碱液的试剂瓶

CO 2 过量：CO 2＋NaOH===NaHCO 3 反应

性

用橡胶塞 )

质

如与 Na 2CO 3 反应：

④与盐 反应

高温

SiO Na CO ===== ＋

2

2

3

量

SiO 2NaHCO )===H ↓＋

2 3

3

Na SiO CO

2 3

2

如与 Na 2SiO 3 反应：Na 2SiO 3＋H 2O ＋CO 2(不 足)===H 2SiO 3↓＋Na 2CO 3 或 Na 2SiO 3＋2H 2O ＋2CO 2(足

＋↑

⑤与碱

如与CaO 反应：SiO2

性氧化物反应

高温

＋CaO=====CaSiO3

如与Na2O 反应：Na2O＋CO2===Na2CO3光导纤维、光学仪器、

用途制饮料、制碳酸盐

电子部件

碳、硅单质的特殊性

1．一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。

2．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

高温

3．Si 的还原性大于C，但C 在高温下能还原出Si：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑。

4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与HF 反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

6．一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但 C 在高温下也能置换出H2O 中的氢：C＋高温

H2O(g)=====H2＋CO。

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应( )

(2)大量燃烧化石燃料是造成雾霾的一种重要原因( )

(3)硅胶可作袋装食品的干燥剂( )

(4)金刚石、白磷都属于单质( )

(5)由于晶体硅熔点高硬度大，则可用于制作半导体材料( )

丁(6)甲――→

乙丁

甲

丙，若甲为焦炭，则丁可能是O2( )

(7)SiO2 可与HF 反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中( )

(8)高温下用焦炭还原SiO2 制取粗硅( )

(9)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料( )

(10)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料( )

(11)SiO2 有导电性，所以SiO2 可用于制备光导纤维( )

(12)(12)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中( )

答案(1)√(2)√(3)√(4)√(5)×(6)√(7)√(8)√(9)√(10)×(11)×(12)×

题组1 碳、硅单质的性质

1．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是( )。

A．其氧化物都能与NaOH 溶液反应B．其单质在加热时都能跟O2 反应

C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸D．碳和硅两种元素共有两种单质