碳硅元素专题复习-碳、硅及其化合物专题复习

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第1页第一节碳1、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、C60、C70等;硅:晶体硅,无定形硅。2、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+CO22CO;C+2CuOCO2↑+2Cu;C+H2OCO+H2O(CO、H2的混合气体叫水煤气);2C+SiO2Si+2CO↑③与氧化性酸反应:C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O;C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O3、一氧化碳:不溶于水,有毒(CO和血红蛋白结合,使血红蛋白无法和O2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+CuOCO2+Cu,CO+H2O(g)CO2+H2O4、二氧化碳: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CO2俗称干冰,能升华,常用于人工降雨。实验室制法:CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O。①酸性氧化物一—酸酐Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O(用于检验CO2)②氧化性:CO2+C2CO;2Mg+CO22MgO+C5、碳酸盐:①溶解性:Ca(HCO3)2CaCO3;Na2CO3NaHCO3。②热稳定性:Na2CO3CaCO3;碱金属正盐碱金属酸式盐:Na2CO3NaHCO3。③相互转化:碳酸正盐碳酸酸式盐(除杂用)第2页第二节、硅:一,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+2F2=SiF4、Si+4HF=SiF4+2H2↑、Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑;在加热条件下,能与氧气、氯气等少数非金属单质化合:Si+O2SiO2。④制备:在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅:SiO2+2CSi+2CO↑,将制得的粗硅,再与C12反应后,蒸馏出SiCl4,然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为:Si十2C12SiCl4、SiCl4+2H2Si+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。二、二氧化硅:①SiO2为原子晶体,是一种坚硬难熔的固体,硬度、熔点都很高。而CO2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。CO2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。SiO2+CaOCaSiO3、SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(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SiO2和NaOH(或Na2CO3)在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠:SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2,然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸:Na2SiO3+2HCl===H2SiO3+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:SiO2+4HF=SiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)。④光导纤维:从高纯度的SiO2或石英玻璃熔融体中,拉出的直径约100μm的细丝,称为石英玻璃纤维,这种纤维称为光导纤维。光纤通信是一种新技术,它将光信号在光导纤维中进行全反射传播,取代了电信第3页号在铜线中的传播,达到两地通信的目的。光纤通信优点:信息传输量大,每根光缆可同时通过10亿路电话;原料来源广;质量轻,每千米27克;不怕腐蚀,铺设方便;抗电磁干扰,保密性好。⑤石英、水晶及其压电效应石英的主要成分是SiO2,可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合物,它们以溶解状态存在于石英中,呈各种颜色。。纯净的SiO2晶体叫做水晶,它是六方柱状的透明晶体,是较贵重的宝石。水晶或石英在受压时能产生一定的电场,这种现象被称为“压电效应”。后来这种“压电效应”被应用在电子工业及钟表工业和超声技术上。。三、硅酸和硅胶:①硅酸:硅酸有多种形式,如H4SiO4、H2SiO3、H2Si2O5等。一般用通式xSiO2·yH2O表示,由于“H2SiO3”分子式最简单,习惯采用H2SiO3作为硅酸的代表。②硅酸酸性比碳酸还弱,由下列反应可证明:Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3③硅胶:刚制得的硅酸是单个小分子,能溶于水,在存放过程中,它会逐渐失水聚合,形成各种多硅酸,接着就形成不溶于水,但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质,则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性物质,具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用,所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。四、硅及其化合物的“反常”①Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:SiO2+2CSi+2CO↑②非金属单质跟碱液作用一般无H2放出,但Si却放出H2:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑③非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能与HF作用:Si+4HF=SiF4+2H2↑④非金属单质大多为非导体,但Si为半导体。⑤SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接将它与水作用制备H2SiO3。⑥酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟HF作用:SiO2+4HF=SiF4+2H2O⑦无机酸一般易溶于水,但H2SiO3难溶于水。⑧因H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通人CO2能发生下列反应:Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3,但在高温下SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑也能发生。⑨Na2SiO3的水溶液称水玻璃,但它与玻璃的成分大不相同,硅酸钠水溶液(即水玻璃)称泡花碱,但它却是盐的溶液,并不是碱溶液。五、硅酸盐:①硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分,其结构复杂,组成可用氧化物的形式表示。例如:硅酸钠Na2SiO3(Na2O·SiO2);镁橄榄石Mg2SiO4(2MgO·SiO2);高岭石Al2(Si2O5)(OH)4(A12O3·2SiO2·2H2O)②云母、滑石、石棉、高岭石等,它们都属于天然的硅酸盐。③人造硅酸盐:主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。④硅酸盐制品性质稳定,熔点较高,难溶于水,有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅酸钠,其水溶液俗称水玻璃,是一种矿物胶,可作粘合剂,防腐剂。第4页六、水泥、玻璃、陶瓷:①普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)和铝酸三钙(3CaO·Al2O3),水泥具有水硬性,水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。②制玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英,主要反应是:SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑、SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑,玻璃是无固定熔点的混合物。加入氧化钴后的玻璃呈蓝色,加入氧化亚铜后的玻璃呈红色,普通玻璃一般呈淡绿色,这是因为原料中混有二价铁的缘故。③制造陶瓷的主要原料是黏土,黏土的主要成分:Al2O3·2SiO2·2H2O。七、无机非金属材料:无机非金属材料包含除传统陶瓷外的各种性能优异的精细陶瓷:耐高温的二氧化锆(ZrO2)陶瓷、高熔点的氮化硅(Si3N4)和碳化硅(SiC)陶瓷;透明的氧化铝、砷化镓(GaAs)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)等氧化物或非氧化物陶瓷;生物陶瓷;超细微粉体粒子制造的纳米陶瓷等。【】下列叙述正确的是()A.稀硝酸、稀硫酸均能将木炭氧化成二氧化碳B.Na2O2与水反应,红热的Fe与水蒸气反应均能生成碱C.Li、C、P分别在足量氧气中燃烧均生成一种相应氧化物D.NaHCO3、Na2CO3、(NH4)2CO3三种固体受热后均能生成气体【】(2010全国卷1)下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是A.存在四面体结构单元,O处于中心,Si处于4个顶角B.最小的环上,有3个Si原子和3个O原子C.最小的环上,Si和O原子数之比为1:2D.最小的环上,有6个Si原子和6个O原子【】.(浙江省绍兴一中2010届高三上学期期末调研)2009年10月6日,瑞典皇家科学院宣布,将2009年物理诺贝尔奖授予英籍华裔科学家高锟,表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得的突破性成就。光导纤维的主要成分是()A.SiB.SiO2C.H2SiO3D.Na2SiO3【】.(山东省聊城一中2010届高三期末考试)氮化硅(SiN4)是一种新型陶瓷材料,它可由石英与焦炭在高温的氮气流中,通过以下反应制得:3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO。下列叙述正确的是()A.在氮化硅的合成反应中,N2是还原剂,SiO2是氧化剂B.上述反应中每生成1molSi3N4,N2得到12mol是电子C.若已知上述反应为放热反应,升高温度,其平衡常数增大D.若使压强增大,上述平衡向正反应方向移动【答案】B高温第5页【】.(河南省内乡一高2010届高三第一次月考)制取下列物质时,不需用石灰石作原料的是()A.硅酸B.水泥C.玻璃D.生石灰【答案】A【】.(2010山东卷13)下列推断正确的是A.SiO2是酸性氧化物,能与NaOH溶液反应B.Na2O、Na2O2组成元素相同,与CO2反应产物也相同C.CO、NO、NO2都是大气污染气体,在空气中都能稳定存在D.新制氯水显酸性,向其中滴加少量紫色石蕊试液,充分振荡后溶液呈红色【答案】A【】.赛伦的化学通式为Si6-xAlxOxN8-x,以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特征,因此,在冶金、机械、光学、医学等领域有重要应用.它属于()A.金属材料B.有机高分子材料C.新型无机非金属材料D.无机高分子材料解析:赛伦属于无机物,具备新型无机非金属材料的特征.【答案】C【】.(2010·东城模拟)下列四种物质中,不.能与水发生反应,但能与碱发生反应的是()A.Cl2B.CO2C.NOD.SiO2解析:A、B项均能与水、碱反应,C项不能与水、与碱反应.【答案】D【】.(2010·南京模拟)下列有关Na2CO3溶液、Na2SiO3溶液的共同点的描述中不.正确的是()A.水溶液均显碱性B.滴入盐酸均有气泡产生C.均能与CO2反应D.均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存【答案】B【】.工业制造金刚砂(SiC)的化学方程式如下:SiO2+3C=====高温SiC+2CO↑.在这个氧化还原反应中,氧化剂和还原剂的物质的量之比是()A.3∶5B.1∶2C.2∶1D.1∶1【答案】B【】.用4种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是()选项操作及现象溶液A通入CO2,溶液不变浑浊.先通入CO2再通入氨气,溶液变浑浊CaCl2溶液B通入CO2,溶液不变浑浊.继续通CO2至过量,浑浊消失Na2SiO3溶液C通入CO

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