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第七章 碳族元素、新型无机非金属材料
1．了解碳元素的单质及某些氧化物、氢化物、碳酸盐的性质。 高考说明 2．了解碳的氧化物对大气的污染及其防治；初步了解粉尘对环境及人类健康的影响。 3．掌握碳族元素在周期表中的位置及与其性质的关系。 4．了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的性质与应用。 1.Si和SiO2的结构和性质，CO2和SiO2物理性质差异的主要原因。 2.C、CO、CO2的性质及主要用途，粉尘对环境的影响。 考纲解读 3.碳酸盐、碳酸氢盐的性质，碳酸根离子的检验 4.硅酸及常见硅酸盐的性质 5.常见的硅酸盐产品的特性与应用 本专题知识涉及面广，实际应用性强，命题方向比较灵活，今后高考命题的方向是：与基本理论、其他元素化合物知识糅合在一起，进行学科知识的综合考查。碳单质及其化合物在生活及命题预测 高科技的发展中起着重要作用，其应用点较多，在以后的高考中将会有所体现。当今人们对材料技术的关注，超过了以往任何一个时期、反映新材料、新技术的知识将被移植到命题范围内，考查学生接受新信息的能力，这将是命题的趋势 一、知识网络 1.碳及其化合物的知识网络
CH4 不完全燃烧 O2(不足) ①O2 O2 ( CO 有机物 O2 (NH4HCO3 △ NH3·H2O 不足) 点②CuO 燃) 炽 热的碳 C2H2 H2O CaC2 CaO C ①O2 (点) △ ②CuO (△) Mg (点燃) CO2
Ca(OH)2 ①高温②H
+
CaCO3 CO2 、H2O △
Ca(HCO3)2
Si、Cl2 (△) H C、CO Na2O2 H2O
＋
NaOH
Ca2
＋
Ca(OH)2
SiC 、CCl4 O2 H2CO3 NaOH
Na2CO3 ①OH―
②加热
CO2 (水) NaHCO3
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2.硅及其化合物的知识网络
O2 (自燃) ①O2(△) ①CaO(△)
SiH4 H2 Si ②FeO (高温) C(适量) F2 HF SiO2 ②CaCO3 (△)
CaSiO3
NaOH(Na2CO3 (SiF4 Cl2 (高温) H2 (高温) Ca2 ＋
C(高温溶液高温H2SiO3
-H2O CO2,H2O NaOH
) C(高温)足量 ) ) SiCl4 SiC Na2SiO3 H4SiO4
二、基础知识
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＋CO2
C＋H2O2C+SiO2
③与氧化性酸反应：C＋2H2SO4（浓）
C＋4HNO3（浓）
3.CO
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
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2CO；C＋2CuOCO2↑＋2Cu；
CO＋H2O（CO、H2的混合气体叫水煤气）； Si+2CO↑
CO2↑＋2SO2↑＋2H2O； CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
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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+CuO4.CO2
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＋C5.碳酸盐
①溶解性：Ca(HCO3)2>CaCO3；Na2CO3>NaHCO3。
②热稳定性：Na2CO3>CaCO3；碱金属正盐>碱金属酸式盐: Na2CO3>NaHCO3。 ③相互转化：碳酸正盐6.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＋O2
SiO2。
Si＋2CO↑，将制得的粗
碳酸酸式盐(除杂用)
2CO；2Mg＋CO2
2MgO＋C
CO2＋Cu，CO+H2O(g)
CO2+H2O
④制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO2＋2C
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十2C12
SiCl4、 SiCl4+2H2
Si+4HCl。
⑤硅在高新技术中的应用：高纯硅可作半导体材料 7.SiO2
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+CaO CaSiO3
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）
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在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO2＋2NaOHNa2CO3
Na2SiO3＋H2O，SiO2＋
Na2SiO3＋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 ⑤石英、水晶
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。
8．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↓+Na2CO3
③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。
9.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＋2C
Si＋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+2H2O ⑦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+Na2CO3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
Na2SiO3+CO2↑也能发
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