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第七章 硅和硅酸盐工业

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 学法指导<?

1.要注意知识的纵向和横向对比。

  纵向,即碳族元素的单质及化合物性质的递变规律的研究。如CH4和SiH4的稳定性强弱的比较,H2C03和 H2Si03,的酸性强弱的比较等。

  横向,即碳族元素跟同周期的氮族元素、氧族元素和卤素元素的对比。如Si、P、S、Cl的非金属强弱的比较,氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物酸性强弱的比较等。

  2.要注意知识的归纳总结。如归纳硅及其化合物之间的转化关系,水泥、玻璃、陶瓷的生产过程等。在归纳时要注意各物质的特殊性,如CO的毒性和还原性,SiO2的特性(与Na2CO3、HF反应)等。

  3.要重视所学知识与社会、生产、科技的联系。如半导体材料与计算机技术的联系,光导纤维与通讯的联系等

考点说明

    碳、硅等元素知识也是非金属元素的命题热点之一,该类试题常以元素及其化合物知识为载体与化学基本概念、基本理论、化学实验及化学计算密切结合。考查的内容主要有:

    1.C、CO的还原性;

    2.CO、C02的检验与鉴别;

    3.C02、CO等气体的制取和收集;

    4.C02与Na0H、S02与C等反应产物的确定及计算;

    5.几种新型无机非金属材料的性能和重要用途;

    6.环境保护,消除碳氧化物污染的综合应用。

    CO2作为化学与生物学相互联系的重要物质(CO2是植物光合作用的反应物,是动物新陈代谢的产物),在今后的综合测试中应引起重视。

    7.金刚石、石墨、晶体硅、二氧化硅的结构和性质

 

 

 

第一讲 碳、硅及其化合物

第一节  碳族元素

    碳族元素位于元素周期表的ⅣA族,包括C、S、Ge、 Sn、Pb,最外层电子数均为4个,易形成共价化合物。

1.碳族元素性质的递变规律

 

    

           元素

性质

碳(C)

硅(Si)

锗(Ge)

锡(Sn)

铅(Pb)

主要化合价

+2、+4

+4(只有+4)

+2、+4

+2、+4

+2、+4

单质色、态

无色或黑色固体

灰黑色固体

灰白色固体

银白色固体

蓝白色固体

氢化物RH4的稳定性

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主要氧化物

CO、CO2

SiO2

GeO、GeO2

SnO、SnO2

Pb、PbO2

最高价氧化物的水化物

化学式

H2CO3

H2SiO3 H4SiO4

Ge(OH)4

Sn(OH)4

Pb(OH)4

酸碱性

酸性递减

碱性递增(多数有两性)

金属性、非金属性

非金属性递减、金属性递增

 

  2.碳的化学性质

  碳在常温下性质比较稳定,很难被氧化,但在点燃或加热的条件下也能跟其它物质发生化学反应。

①还原性:_________________________________________

 

②可燃性: __________________________________________

 

③氧化性:__________________________________________

3.一氧化碳和二氧化碳的比较

(1)一氧化碳

物理性质

五色无味气体,剧毒(结合血红蛋白),难溶于水

化学性质

①可燃性  

②还原性(与Fe304、CuO、H20的反应)

③不成盐氧化物

实验室制法

收集方法:排水法

检验方法:点燃后在火焰上方罩上干燥的烧杯,无水雾出现,罩沾有澄清的石灰水的烧杯,出现浑浊

工业制法主要用途:燃料、还原剂、化工原料

(2)二氧化碳

二氧化碳物理性质:无色略带酸味气体,无毒,能溶于水(1:1)固体时俗称干冰

化学性质

①不能燃烧,一般情况下不助燃;

②氧化性(与C、Mg的反应)

③酸性氧化物(与碱及碱性氧化物的反应)

④与盐[Ca(Cl0)2、Na2Si03、NaAl02、 C6H5ONa]

收集方法:向上排空气法

体验:使澄清的石灰水变浑浊煅烧石灰石:CaC03=CaO+C02

用途:灭火剂、致冷剂、人工降雨、制纯碱、尿素等作用

  4.硅及化合物 

  (1)硅

  ①晶体结构:与金刚石的晶体结构类似,是正四面体型空间网状结构的原子晶体。

  ②物理性质:硬度大、熔点高,具有金属光泽,是一种半导体,只能以化合态存在于自然界。

  ③化学性质:不活泼。注意下列化学反应的条件,前三者常温反应,后四者需加热。

    第三个化学反应方程式说明NaOH等碱性溶液不使用玻璃塞的试剂瓶。

第四个化学方程式说明氢氟酸能用玻璃试剂瓶,而应用塑料瓶。

 (3)硅酸

    ①制法:用可溶性硅酸盐与酸反应制取:

    (思考,上述反应说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强这是为什么?)

  ②化学性质

 常温可与F2 、HF 、NaOH 反应,加热条件下可与O2、H2 HNO3 Cl2 等物质反应

(2)二氧化硅

结构

化学性质:酸性氧化物(与碱性氧化物反应、碱反应),特殊反应(HF ),与碳反应

(3)硅酸

制法

化学性质

课堂之外

    硅的制取 : 在半导体及集成电路的发展史上,硅是极其重要的角色,因此研究计算机的地方称为硅谷,集成电路需要超纯度的硅,它是怎样产生的呢?

 Si02+2CSi+2C0↑

  主要副反应为:Si02+3CSiC+2C0↑

  因此生产的粗硅所含的杂质有C、Si02、SiC等,它们都是高熔沸点物质。为了提纯硅采用下列方法:

  SiCl4的沸点很低,可以采用蒸馏的方法反复提纯,直所需的纯度。

  2.铅的化合物与铅污染

  铅的应用很广,如铅蓄电池、汽油抗爆震的添加剂四乙基铅[Pb(C2H5)]等,古代也有人用铅制成器皿,但铅是有毒的,古罗马帝国时兴用铅皿煮酒以消除酸味:

Pb+ 2CH3COOH=(CH3COO)2Pb+H2

      (醋酸)    铅糖

  但由于铅糖是有毒的,不少的人因此而中毒。现代铅污染主要来源于汽车的尾气,环保部门已在很多城市禁止使用含铅汽油。

 

考题解析

  例下列关于硅的说法不正确的是    (    )

  A.硅是非金属元素,但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体

  D.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,是良好的半导体材料

  C硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质起反应   

  D.当加热到一定温度时,硅能与氧气、氢气等非金属反应

  [解析]  常温下,硅可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应,加热和高温条件下,硅能与氧气、氢气起反应。选C。

  [答案]  C

  例 下列关于碳族元素的说法中,错误的是(    )

  A.它们从上到下的非金属性向金属性递变的趋势比卤族元素明显

  B.碳族元素的气态氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱

  C碳族元素原子的最外层都有4个电子

  D.主要化合价有+2价和+4价,大多数+2价化合物稳定

    [解析]  由碳族元素主要化合价及有关物质性质递变规律,

A、B、C说法正确,D不正确。因为C、Si、Ge、 Sn的+4价化合物都是稳定的,而只有铅的+2价化合物是稳定的。

    [答案]  D




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