1、第七章 硅和硅酸盐工业第一节 碳族元素主讲人：李海鹰 基础知识一.碳族元素1.包括元素：碳（6C），硅（14Si），锗（32Ge），锡（50Sn），铅（82Pb）2.在周期表中的位置：第A族，第2-6周期.3.原子结构特点：最外层有4个电子.4.元素性质的变化规律.元素符号核电荷数原子半径主要化合价单质的性质颜色状态密度熔点C6增 大+2,+4金刚石：无色石墨：灰黑色C60固体增大减小Si14+2,+4晶体硅：灰黑色固体Ge32+2,+4银灰色固体937.4Sn50+2,+4银白色固体231.9Pb82+2,+4蓝白色固体327.5 C60的结构示意图注意：锡的熔点比铅低，是低熔点金属铅的稳定
2、价态为+2价，（其它碳元素+4价稳定），且铅的金属活动性强于锡二.碳的化合物COCO2物理性质无色无味气体，有毒，难溶于水无色略带酸味气体，有毒，能溶于水化学性质1.可燃性：2.还原性：3.不成盐氧化物1. 不能燃烧，一般情况下不助燃2. 氧化性：3. 酸性氧化物：实验室制法略检验方法点燃后在火焰上方罩上干燥的烧杯和沾有澄清石灰水的烧杯，出现浑浊使澄清的石灰水变浑浊三.硅的单质 1.在自然界中的存在形态：化合态（没有游离态） 2.同素异形体：晶体硅，无定形硅 3.物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽，熔点高，硬而脆的固体，具有单向导电性，是良好的半导体材料 4.化学性质：晶体硅在常温下化学性质
3、不活泼，无定形硅比晶体硅活泼，其主要化学性质如下：与非金属反应：1）Si在常温下只能与F2反应 Si+2F2=SiF4（气体）2）Si在高温下能与其它卤素和非金属单质反应： 400时 （液态） 600时 （研细的Si在氧气中燃烧，放出大量的热）1300时与N2反应得Si3N4（氮化硅），氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料，在2000时与碳反应生成SiC，它是无色晶体，具有金刚石结构，又名金刚砂。与酸反应：常温时硅不与H2SO4,HNO3等起反应但它能与氢氟酸反应 与碱反应：无定形Si能猛烈地与强碱反应，放出H2 5.工业制法：工业上用焦炭在电炉中将石英砂还原得到粗Si粗Si可通过下列反应转变为纯S
4、i 6.用途：硅作为良好的半导体材料，用于制造集成电路，晶体管，硅整流器等半导体器件。硅的合金用途也很广泛，含硅量较高的硅钢可以抗化学腐蚀，有良好的耐酸性，可用于制某些化工设备。硅钢片则是制发电机和变压器不可缺少的材料。四.硅的氧化物二氧化硅:（） 1.存在及物理性质：广泛地存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。硅石，石英，水晶的主要成分都是SiO2，纯净的SiO2晶体，具有不溶于水，硬度大，难于熔化的性质。 2.化学性质：不活泼，不与水反应，除氢氟酸（HF）外不与酸反应。属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的性质。与氢氟酸反应：与碱反应：（盛放碱液的试剂瓶不用玻璃塞）与碱性氧化物反应：SiO2
5、虽不能与水反应，但它对应的水化物是硅酸（H2SiO3），H2SiO3不溶于水，是一种弱酸，其酸性弱于碳酸，H2SiO3不能由SiO2直接制得，只能通过 可溶性硅酸盐与酸反应制取， 例： 3.用途：光导纤维的主要原料是SiO2，透明的石英晶体，就是我们常说的水晶，水晶电子工业中的重要部件，SiO2还可制石英电子表，石英钟，耐高温的化学仪器，高级工艺品，眼镜片等。五.硅酸盐：构成地壳岩石的主要成分。 1.组成表示方法：金属氧化物SiO2H2O 2.典型硅酸盐：硅酸钠（Na2SiO3） 硅酸钠酸溶液俗称水玻璃，泡花碱，是无色粘稠的液体，是一种矿物胶，可作为建筑上的粘合剂。硅酸钠不燃烧，不易腐蚀，可用
6、作防腐剂。方法指导 根据碳族元素在元素周期表中的位置，你认为碳族元素易形成离子键吗？单质及化合物都有什么特征？ 答：在元素周期表中；碳族元素位于活泼金属（IA族）向活泼非金属（VIIA族）过渡的中间位置，其最外层电子数为4，既不容易得到电子，又不易失去电子，所以碳族元素难形成离子键。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，甲烷中氢元素的质量分数最大；硅在地壳中含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。典型例题1.待发现的原子序数为114的元素X，位于元素周期表中第七周期IVA族，下列关于X的叙述正确的是（ ）A 有稳定的气态氢化物X
7、H4B 最高价氧化物为XO2C 最高价氧化物溶于水后呈酸性D X为非金属元素 解析：此题考查碳族元素单质及化合物重要的相似性及递变规律。由题可知该元素属于碳族元素且位Pb元素的下方。根据碳族元素性质的递变性，X单质为金属，无氢化物，其最高价氧化物为XO2，对应的水化物不显酸性。 答案：B2.判断下列说法的正误，并解释 二氧化硅溶于水显酸性（ ） 二氧化碳通入水玻璃可得到硅酸（ ） 已知高温时有，所以硅酸的酸性强于碳 酸（ ） 因为SiO2属于酸性氧化物，所以它不溶于任何酸。（ ） 解析： 由于SiO2既不溶于水也不和水反应所以溶液不会显酸性。 由于H2CO3比H2SiO3酸性强， 使得以发生。
8、 酸性强弱是指在溶液中电离出H+的难易，而SiO2与CaCO3 的反应是因为高温时CO2从反应体系中逸出才得以发生的。 SiO2溶于氢氟酸巩固提高一.选择题:（每小题有12个正确答案）1.某些保健品中有锗元素，它位于周期表的第四周期A族，有关锗的叙述正确的是（ ）A.锗的原子序数为34B.锗的金属活动性比铝强C.锗可以形成化学式为Na2GeO3的盐D.锗是半导体材料，但金属性强于非金属性，属于金属元素2.下列氢化物的稳定性最弱的是（ ）A. HClB. H2OC. SiH4D. CH43.某元素X的核外电子数等于核内中子数，取该元素单质2.8g与氧气充分反应可得到6g氧化物XO2，该元素在周期
9、表中的位置是（ ）A.第三周期B. 第二周期C.第A族D.第A族4.能说明硅酸是弱酸的是（ ）ASiO2不能与水反应B.硅酸不溶于水C.水玻璃中通入CO2能生成硅酸D.SiO2能与NaOH溶液反应5.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是（ ）A.它是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B.在建筑工业上可以作粘合剂，耐酸水泥掺料C.木材，织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质6.在200g 3.7%的澄清石灰水中通入CO2后可生成沉淀5g，则通入的CO2在标况下的体积是（ ）A1.12LB. 2.24LC. 3.36LD. 4.48L7.下列含氧酸的酸
10、酐不能由单质跟氧气直接化合得到的是（ ） H2SO3 H2CO3 H2SO4 H2SiO3 A. B. C. D. 8.下列离子方程式不正确的是（ ）A.石英与烧碱反应：B.烧碱中通入过量CO2：C.水玻璃中通入CO2：D.硅酸钠溶液与盐酸反应：9.CO2通入下列溶液中，不可能产生沉淀的是（ ）A氯化钙溶液 B. 石灰水C. 饱和碳酸钠溶液D. 硅酸钠溶液10.下列说法正确的是（ ）A.CO2通入水玻璃可以制得硅酸B.因为高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸的酸性强。C.因为高温时SiO2与C反应成硅，所以碳的还原性比硅强。D.SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸。
11、二.填空题：1.某元素原子核内的质子数是它在周期表中周期序数的3倍，该元素为_,写出该元素的单质在一定条件下与下列物质反应的化学方程式H2O _CO2 _SiO2 _浓H2SO4 _2.写出实现下列变化的化学方程式.3.把下列式子改写成氧化物的形式.正长石 KAlSi3O8 _石棉 CaMg3Si14O12 _蛇纹石 H4Mg3Si2O9 _4.阅读下列材料，回答有关的问题.锡、铅两种元素的主要化合价是+2价和+4价，其中+2价锡元素和+4价铅元素的化合物均是不稳定的。+2价锡离子有强还原性，+4价铅元素的化合物有强氧化性。例如：Sn2+还原性比Fe2+还原性强。PbO2的氧化性比Cl2氧化性
12、强。写出下列反应的化学方程式（1） 氯气跟锡共热_（2） 氯气跟铅共热_（3） 二氧化铅跟浓盐酸共热_能说明Sn2+还原性比Fe2+还原性强的离子方程式是_5. 如上图，已知 单质E可作为半导体材料 化合物F是不能生成盐的氧化物 化合物I能溶于水呈酸性，它能够跟氧化物A起反应。 据此，请填空(1)化合物F是_(2)化合物I是_(3)反应的化学方程式是_(4)反应的化学方程式是_三.计算题：1.铝和硅均与强碱溶液反应，离子方程式分别为： 2Al+2OH-+2H2O=2AlO-2+3H2 Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2 现有一铁、硅、铝的混合物13g，当它与足量盐酸反应时，生成标况下
13、的氢气11.2L；若将等质量的混合物与足量的NaOH溶液反应时，生成的H2在标况下也是11.2L。求原混合物中各组分的质量。2.取两种不同浓度的NaOH溶液各100ml，分别向两种溶液中都通入标况下11.2LCO2,完全反应后，将溶液低温蒸干得到不含结晶水的固体5g和6g，求这两种NaOH溶液的浓度。自我反馈一.选择题: 1.C, D 解析：本题考查碳元素单质及化合物相似性和递变规律，同时还涉及了有关元素周期律的有关内容，由题可知锗属于碳族元素，位于硅元素的下方，原子序数为14+18=32，锗与铝在元素周期表中互为“对角”关系，金属活动性相似，由硅可形成Na2SiO3的盐可判断锗也可以形成化学
14、式为Na2GeO3盐，碳族元素由上到下金属性逐渐增强，由此可知C、D的说法是正确的。2.C解析：根据同周期由左到右元素的氢化物稳定性由弱到强，同主族从上到下元素的氢化物稳定性由强到弱的规律可知SiH4的稳定最弱 3.A, C解析：该反应可用方程式X+O2=XO2设该元素的相对原子质量为Mr(X) X+O2=XO2Mr(X) Mr(X)+32 2.8 6g可求得Mr(X)=28由于该元素的核外电子数等于核内中子数，所以可知质子数即原子序数为14，应位于第三周期第A族4.C 解析：C涉及到的反应为，所以硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，即说明硅酸是弱酸5.D 解析：水玻璃在空气中发生如下反应：6.A，C
15、 解析：该反应有两种可能CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2OCO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2由题可知nCa(OH)2= n(CaCO3)= 若发生第种可能，则Ca(OH)过量，CO2的量根据CaCO3的量来求得n(CO2)=n(CaCO3)=0.05mol V(CO2)=0.05mol22.4L/mol=1.12L若发生第种可能Ca(OH)2适量设与Ca(OH)2发生反应的CO2的物质的量为x，同时生成CaCO3的物质的量为y那么x=nCa(OH)2= y=0.1mol设与CaCO3发生反应的CO2的物质的量为x，同时生成CaCO
16、3y那么y=0.1mol-0.05mol=0.05mol x=0.05mol因此该反应共需CO2的物质的量为n(CO2)=0.1mol+0.05mol=0.15mol V(CO2)=0.15mol22.4L/mol=3.36L7.C解析：H2SO4的酸酐为SO2 S+O2SO2H2CO3的酸酐为CO2 C+O2CO2H2SO4的酸酐为SO3 SO3不能直接由S和O2化合而得到H2SiO3的酸酐为SiO2 S+O2SiO2 8.B 解析：B应为OH-+CO2=HCO3-9.A 解析：A：CO2与CaCl2不发生反应B：CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O(CO2适量时)C：Na2CO3+C
17、O3+H2O=2NaHCO3NaHCO3的溶解性小于Na2CO3，且生成的NaHCO3的质量大于Na2CO3的质量，所以会有NaHCO3晶体从溶液中析出D：CO2+Na2SiO3+H2O=Na2CO3+H2SiO310.A解析：对于Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2之所以能进行是因为该反应不是在水溶液中而是在高温条件进行的，由于CO2是气体，生成后离开反应体系使反应向右进行到底同理C的洗法也不对，SiO2可溶于氢氟酸HF二.填空题 1.碳 （浓）2. 3. 4.(1) (2) (3) 5.(1)CO (2)HF (3) (4)提示：本题的突破口为单质E和化合物F分别是半导体材料和不形
18、成盐的氧化物，因而它们各为Si和CO，则为氧化物A是，它除了跟氢氟酸反应以外不跟任何酸起反应，由此判断化合物I为HF，则单质D为F2，联想2F2+2H2O=4HF+O2由此可推断出其它物质。三.计算题： 1.提示：解设混合物Fe, Si,Al的物质的量分别为x, y, z.FeH2, Si2H2, 2Al3H2 xmol xmol ymol 2ymol zmol zmol则 2.提示：假设适量，反应后得到物质全部为，则据C原子守恒，()=5.3g;假设过量，反应所得物质全部为则()=4.2g，现题中所给固体物质的质量分别为5g和6g，则由此可知：5g固体为和的混合物，6g为和的混合物。这样分别由C原子守恒列方程组不难算出固体5g时：固体6g时：走向高考 1.（95上海）通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（ ） A氯化钙溶液 B.石灰水 C饱和碳酸钠溶液 D.硅酸钠溶液 2.（99全国）近年来，我国许多城市禁止汽车使用含铅汽油，其主要原因是（ ） A提高汽车燃烧效率 B.降低汽车成本 C. 避免铅污染大气 D.铅资源短缺 答案：1. A 2. C（主要考虑环境保护）高考资源网w。w-w*k&s%5￥u高考资源网w。w-w*k&s%5￥u
