碳硅及其化合物讲义
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碳硅及其化合物讲义集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
碳族元素
Ⅰ.课标要求
通过实验了解硅及其化合物的主要性质，认识其在信息技术、材料科学等领域的应用。
Ⅱ.考纲要求
1.了解单质硅及其重要硅的化合物的主要性质及应用
3.能综合应用硅及硅的化合物知识
Ⅲ.教材精讲
1.本考点知识结构
2.碳族元素
①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)。
②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。
③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。
④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，主要以含氧化合物的形式存在。
⑤几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C
60、C
70
等；硅：晶体硅，无定形硅。
3.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。
①燃烧反应
②与某些氧化物的反应：C＋CO
22CO；C＋2CuO CO
2
↑＋2Cu；
C＋H
2O CO＋H
2
O（CO、H
2
的混合气体叫水煤气）；
2C+SiO
2
Si+2CO↑
③与氧化性酸反应：C＋2H
2SO
4
（浓）CO
2
↑＋2SO
2
↑＋2H
2
O；
C＋4HNO
3（浓）CO
2
↑＋4NO
2
↑＋2H
2
O
4.CO
不溶于水，有毒(CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和O
2
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。
①可燃性
②还原性：CO+CuO CO
2＋Cu，CO+H
2
O(g)CO
2
+H
2
O
5.CO
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CO
2俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：CaCO
3
＋2HCl＝CaCl
2
＋CO
2
↑
＋H
2
O。
①酸性氧化物一—酸酐
Ca(OH)
2＋CO
2
＝CaCO
3
↓＋H
2
O(用于检验CO
2
)
②氧化性：CO
2＋C2CO；2Mg＋CO
2
2MgO＋C
6.碳酸盐
①溶解性：Ca(HCO
3)
2
>CaCO
3
；Na
2
CO
3
>NaHCO
3
。
②热稳定性：Na
2CO
3
>CaCO
3
；碱金属正盐>碱金属酸式盐: Na
2
CO
3
>NaHCO
3
。
③相互转化：碳酸正盐碳酸酸式盐(除杂用)
7.硅
①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。
②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。
③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+2F
2
＝
SiF
4、Si+4HF＝SiF
4
+2H
2
↑、Si+2NaOH+H
2
O＝Na
2
SiO
3
+2H
2
↑；在加热条件下，能与氧气、氯
气等少数非金属单质化合：Si＋O
2SiO
2
。
④制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO
2
＋2C Si＋2CO↑，将制得
的粗硅，再与C1
2反应后，蒸馏出SiCl
4
，然后用H
2
还原SiCl
4
可得到纯硅。有关的反应
为：Si十2C1
2SiCl
4
、SiCl
4
+2H
2
Si+4HCl。
⑤硅在高新技术中的应用：高纯硅可作半导体材料，晶体硅还可做光电转换材料及制作DNA芯片为代表的生物工程芯片。
8.SiO
2
①SiO
2为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO
2
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。CO
2
是分子晶体，故熔点很低。
②二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。
SiO
2+CaOCaSiO
3
、SiO
2
+2NaOH＝Na
2
SiO
3
+H
2
O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中)
③二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SiO
2
和NaOH（或
Na
2CO
3
）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO
2
＋2NaOH Na
2
SiO
3
＋H
2
O，SiO
2
＋
Na
2CO
3
Na
2
SiO
3
＋CO
2
?，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na
2
SiO
3
+2HCl
===H
2SiO
3
+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：SiO
2
+4HF＝
SiF
4+2H
2
O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)。