第13章-7碳和硅

（2）碳酸盐和碳酸氢盐的溶解性和水解性：
①碱金属碳酸盐(Li除外)及碳酸铵易溶于水，其他金属碳酸盐难 溶于水；
②难溶的碳酸盐如CaCO3，其碳酸氢盐如Ca(HCO3)2溶解度较大； 易溶的碳酸盐如Na2CO3，其碳酸氢盐的NaHCO3 溶解度较小；
③可溶的碳酸盐水解显碱性；
CO3 + H2O→ HCO¯ + OH¯ 3
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
1. 二氧化硅 SiO2、硅酸、硅胶
SiO2结构与CO2不同，CO2小分子，直线型，分子晶体； SiO2以硅氧四面体为基本结构单元，共价大分子，原子晶体；
CO2 分 子 晶 体
Si 原子sp3杂化，以4个单键分别连接着4个氧原子，每个氧原子为两个硅氧四面体共 用，硅氧四面体单元通过共用氧原子在空间重复，组成无限空间网络结构，是所有 硅氧化合物的结构基础；
（3）碳酸盐和碳酸氢盐的热不稳定性：
碳酸盐不稳定，高温下易分解； MCO3(s)
△
MO(s) + CO2(g)
碱金属碳酸盐＞碱土金属碳酸盐＞副族元素的碳酸盐
(Li 除外)
碳酸盐＞碳酸氢盐＞碳酸
三、碳的氧化物和含氧酸及其盐
1. 二氧化碳、碳酸和碳酸盐
★自学教材《近代化学导论》下册649～650页
（3）碳酸盐和碳酸氢盐的热不稳定性：
2-
三、碳的氧化物和含氧酸及其盐
1. 二氧化碳、碳酸和碳酸盐
★自学教材《近代化学导论》下册649～651页
（2）碳酸盐和碳酸氢盐的溶解性和水解性：
④氢氧化物碱性强的金属离子 沉淀为碳酸盐(如Ca2+、Sr2+、Ba2+ ) ； Ba2+ + CO32 → BaCO3↓ 氢氧化物碱性较弱的金属离子 沉淀为碱式碳酸盐和放出CO2(如Mg2+、Cu2+) ；
电子信息产业的半导体材料
五、单质硅
Si 在加热下能与卤素、氮、碳等非金属作用，也能与 某些金属(Mg、Ca、Fe等)作用，不溶于酸，溶于碱溶 液生成硅酸盐，不歧化，放出氢气：
Si + O2
燃烧
SiO2
赤热
r H 298 910.8 kJ m ol

1
Si + H2O (g)
SiO2 + H2 NaSiO3 + 2H2↑
碳的卤化物： CCl4，CF2Cl2 （氟利昂）
碳的硫化物： CS2 （结构和简单物理性质） 碳的氰化物： CN－（结构、毒性、配合物）
碳的硫氰化物： SCN－（结构、配合物）
四、碳的其他化合物
碳化物：C与比它电负性小的元素形成的二元化合物，
按组成结构可分为原子型(SiC)、离子型(CaC2)和金属型 (MC或M2C)三大类碳化物。
（1）二氧化碳、碳酸根和碳酸氢根的结构：
. :O .. . C . .. O: .
干冰分子型晶体
O-
Π4 6
H
Π3 4
O OH… O
n
…
O
C O
…O
C O-
C O
H
多聚 (HCO3 ) n 离子
三、碳的氧化物和含氧酸及其盐
1. 二氧化碳、碳酸和碳酸盐
★自学教材《近代化学导论》下册649～651页
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
1. 二氧化硅 SiO2、硅酸、硅胶
SiO2是硅酸的酸酐，不溶于水，溶于碱，通过可溶性硅酸 盐的酸化可得到硅酸；硅酸是比碳酸还弱的二元酸。
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 H4SiO4 + 2Na+ Ka2=1.55×1012 Ka2=5.61×1011
2 Cu2+ + CO3 → Cu2(OH)2CO3↓+ CO2↑
两性金属离子沉淀为氢氧化物和放出CO2(如Al3+、Fe3+、Cr3+) ； Fe3+ + CO32 → 2Fe(OH)3↓+ 3CO2↑
三、碳的氧化物和含氧酸及其盐
1. 二氧化碳、碳酸和碳酸盐
★自学教材《近代化学导论》下册649～650页
● Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+随离子半径增大，离 子极化能力减弱，则碳酸盐的热稳定性增强；
三、碳的氧化物和含氧酸及其盐
1. 二氧化碳、碳酸和碳酸盐
★自学教材《近代化学导论》下册649～650页
（3）碳酸盐和碳酸氢盐的热不稳定性：
● Na+ 和Mg2+，或Li+ 和Be2+ 离子的极化能力随离子电 荷增加和半径减小而增强，则碳酸盐的热稳定性减弱； ● Ag+、Zn2+、Cd2+、Fe2+和Pb2+等离子属于18、9～17 或18+2电子构型，极化能力较强，变形性也较大，因此 它们的碳酸盐热稳定性较差； ● H+没有外层电子，半径最小，具有很强的极化能力， 因此碳酸氢钠的热稳定性比碳酸钠差得多。
冶金工业常用焦 炭为还原剂，还 原金属氧化物矿 物以冶炼金属。
3FeS2+12C+8O2→Fe3O4+ 12CO + 6S 2Ca3(PO4)2+10C+6SiO2→6CaSiO3+ 10CO+P4
二、碳的成键特征
三、碳的氧化物和含氧酸及其盐
1. 二氧化碳、碳酸和碳酸盐
★自学教材《近代化学导论》下册648～650页
三、碳的氧化物和含氧酸及其盐
2. 一氧化碳
★自学教材《近代化学导论》下册652～654页
（1）一氧化碳的还原性：
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 在常温下，CO能使一些化合物中的金属离子还原。例 如：CO能使二氯化钯溶液、银氨溶液变黑，反应十分
灵敏，可用于检测微量CO的存在： CO的鉴定反应 PdCl2 + CO + H2O → Pd↓ + 2HCl + CO2
源自文库
石墨，sp2杂化，六方形环状、片 层结构，芳香化合物，C-C键长 142 pm，有复键，介于原子型晶 体和分子型晶体之间的一种晶体 结构；硬度1，质软润滑，导电；
一、碳单质的结构与性质
建筑学家Fuller的拱形建筑
C60由12个正五边形和20个正六边形组成的32面体，近似 球形，近似sp2杂化，未参加杂化的p轨道在球面形成大共 轭π键，具有芳香性，称为富勒烯是因有双键，但不是化 合物，是单质，分子结构的一种新概念。1985年发现。
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
2. 硅酸盐
硅酸盐和SiO2一样，以硅氧四面体为基本结构单元，通过 共用氧原子，形成多种形式的硅酸盐：
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
2. 硅酸盐
硅酸盐和SiO2一样，以硅氧四面体为基本结构单元，通过 共用氧原子，形成多种形式的硅酸盐：
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
2. 硅酸盐
离子型碳化物：CaC2 碳化钙亦称电 石，占据晶格结点的是Ca2+ 离子和 (:C≡C:)2离子，其结构为：
请参阅教材相关内容
CaO(s) + 3C(s) 2000℃ CaC2(s) + CO(g)
CaC2 + 2H2O → HC≡CH↑+ Ca(OH)2
CaC2的晶体结构
五、单质硅
Si 是亲氧元素，在自然界硅存在形式为石英砂 SiO2和 硅酸盐，没有单质硅存在；Si – O – Si 键化合物构成 了几乎整个矿物界。(C – C 链构成有机界) 单质硅的制备： SiO2 + C 1800℃ Si + 2CO SiCl4 + 2Zn Si + 2ZnCl2
碳酸盐 Li2CO3 Na2CO3 NaHCO3 BeCO3
分解温度/℃ 碳酸盐 分解温度/℃ 碳酸盐 分解温度/℃
700 MgCO3 540 Ag2CO3 218
851 CaCO3 897 FeCO3 282
270 SrCO3 1290 ZnCO3 296
25 BaCO3 1360 PbCO3 300
Si + 2NaOH + H2O
六、硅的成键特征
★自学教材《近代化学导论》下册657页 较强的共价性，与碳（2.5）相比，原子半径变大，
电负性（1.8）降低，生成复键倾向减弱，在大多
数化合物中硅原子sp3杂化生成4个单键。硅有3d 轨道可用于成键， 可形成配位数为6的配位化合 物，如[SiF6]2–，sp3d2杂化，八面体结构。
2[Ag(NH3)2]+ + CO + 2OH– →2Ag↓+ (NH4)2CO3 + 2NH3
三、碳的氧化物和含氧酸及其盐
2. 一氧化碳
★自学教材《近代化学导论》下册652～654页 （2）一氧化碳与过渡金属生成羰基配合物的价键特征
反馈 键
四、碳的其他化合物
★自学教材《近代化学导论》下册654～656页， 一般了解
一、碳单质的结构与性质
碳纳米管
没有闭合成 球形、沿着 一维方向以 管状伸展的 碳纳米管， 也属于富勒 烯大家族。
一、碳单质的结构与性质
2010年诺贝尔物理学奖
安德烈· 海姆 1959~
康斯坦丁· 诺沃肖洛夫 1974~
英国曼彻斯特大学科学家安德烈· 海姆和康斯 坦丁· 诺沃肖洛夫因在二维空间材料石墨烯的突破 性实验获奖。用“胶带”“铅笔”夺诺贝尔物理
Na2SiO3 + H2O + 2H+ H4SiO4 Ka1=2.51×1010 H2CO3 Ka1=4.31×107
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
1. 二氧化硅 SiO2、硅酸、硅胶
硅酸钠 加酸 硅氧四面体缩合成硅酸胶体 静置老化 用热水洗去生成的盐 ＞100℃ 脱水得多孔硅胶 300℃活化 用CoCl2溶液浸 泡、干燥得到 变色硅胶，无 水蓝色，含水 红色，可反复 使用。
第13章-7 碳和硅
教学要求：
1. 熟悉碳和硅单质的结构和性质； 2. 熟悉Si与B 的相似性(对角线关系)； 3. 掌握碳和硅的氧化物结构和性质；
4. 掌握碳和硅的含氧酸及盐的结构、性质；
5. 了解碳和硅的卤化物；
第13章-7 碳和硅
教学内容：
一、碳单质和它们的结构
二、碳的成键特征 三、碳的氧化物和含氧酸及其盐
四、碳的其他化合物
五、单质硅
六、硅的成键特征
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
八、硅的其他化合物
一、碳单质的结构与性质
金刚石、石墨、无定形碳、碳60、石墨烯
金刚石原子晶体，sp3杂化，正四面体网络结构，稳定，极 硬（硬度10），高熔点，不导电，C-C键长154pm，宜做 钻石，钻头，磨具。
一、碳单质的结构与性质
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
2. 硅酸盐
难溶硅酸盐在硅酸钠溶液中形成水上硅花园。
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
2. 硅酸盐
仅碱金属的硅酸盐可溶于水，其它硅酸盐难溶于水并具有特征的 颜色。在透明的硅酸钠溶液中分别加入不同颜色的金属盐类，在盐的 晶体表面上就形成各种颜色的金属硅酸盐薄膜，这种薄膜不但难溶于 水，而且具有半渗透性。在薄膜里是溶解度大的金属盐类，薄膜外面 是硅酸盐溶液，因此在薄膜里很容易形成盐的浓溶液。由于存在渗透 现象，薄膜外面的水不断地渗过薄膜进入到薄膜里面，薄膜就不断膨 胀，在达到一定的压力后，薄膜破裂，金属盐溶液从薄膜的裂口处逸 出，与薄膜外面的硅酸钠溶液又作用，生成了另外一层难溶的硅酸盐 薄膜。这一过程不断地重复，就像“树”、“草”一样不断地生长， 形成美丽的“水中花园”。实验： 1升大烧杯底部铺一层砂子，加入600毫升20%的硅酸钠溶液，加 入CoCl2（红色）、MnCl2（粉红色）、FeCl3（棕红色）、CuSO4 （蓝色）、ZnSO4（白色）、NiSO4（绿色）各一小粒，则硅酸盐开 始生长。
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
3. 合成铝硅酸盐 — 分子筛
一类由SiO4和AlO4四面体结构单元组成的笼形三维 立体结构，具有较大的比表面积，孔径均匀，可以有选 择地吸附一定大小的分子，这种作用称为分子筛作用。 天然硅酸盐和铝硅酸盐称为沸石分子筛。 人工合成的A型分子筛原料：水玻璃、铝酸钠、氢 氧化钠和水，其化学式一般为：
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
2. 硅酸盐
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
2. 硅酸盐
除碱金属硅酸盐可溶于水外，其他的硅酸盐均不溶于水。 Na2SiO3溶于水成粘稠的溶液，俗称水玻璃、泡花碱，建 筑上用做粘合剂，可做填充剂、发泡剂和防腐剂等。硅 酸钠水解呈强碱性： 2Na2SiO3 + H2O H2SiO3 + 2NaOH
一、碳单质的结构与性质
2010年诺贝尔物理学奖
石墨炔 2010年5月中科院化学所 合成出大面积碳的新的同 素异形体——石墨炔薄膜
石墨烯结构示意图
一、碳单质的结构与性质
碳单质的还原性——最重要的化学性质
C + CO2 → 2CO C + ZnO → Zn + CO 2C + SnO2 → Sn + 2CO 3C + Sb2O3 → 2Sb + 3CO
Na2O · 2O3 · Al 2SiO2 · 2O 5H
七、硅的氧化物和含氧酸及其盐
3. 合成铝硅酸盐 — 分子筛
A型分子筛的硅铝比一般为1，由8个6元环和6个4元环构成 的分子筛的笼称为 笼。相当于一个正八面体被截掉6个角 形成的立体结构。