第七章 硅和硅酸鹽工業(yè)

 學(xué)法指導(dǎo)

1.要注意知識(shí)的縱向和橫向?qū)Ρ取?o:p>

  縱向，即碳族元素的單質(zhì)及化合物性質(zhì)的遞變規(guī)律的研究。如CH₄和SiH₄的穩(wěn)定性強(qiáng)弱的比較，H₂C0₃和 H₂Si0₃，的酸性強(qiáng)弱的比較等。

  橫向，即碳族元素跟同周期的氮族元素、氧族元素和鹵素元素的對(duì)比。如Si、P、S、Cl的非金屬?gòu)?qiáng)弱的比較，氫化物的穩(wěn)定性、最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物酸性強(qiáng)弱的比較等。

  2.要注意知識(shí)的歸納總結(jié)。如歸納硅及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，水泥、玻璃、陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程等。在歸納時(shí)要注意各物質(zhì)的特殊性，如CO的毒性和還原性，SiO₂的特性(與Na₂CO₃、HF反應(yīng))等。

  3.要重視所學(xué)知識(shí)與社會(huì)、生產(chǎn)、科技的聯(lián)系。如半導(dǎo)體材料與計(jì)算機(jī)技術(shù)的聯(lián)系，光導(dǎo)纖維與通訊的聯(lián)系等

考點(diǎn)說(shuō)明

    碳、硅等元素知識(shí)也是非金屬元素的命題熱點(diǎn)之一，該類試題常以元素及其化合物知識(shí)為載體與化學(xué)基本概念、基本理論、化學(xué)實(shí)驗(yàn)及化學(xué)計(jì)算密切結(jié)合。考查的內(nèi)容主要有：

    1.C、CO的還原性；

    2.CO、C0₂的檢驗(yàn)與鑒別；

    3.C0₂、CO等氣體的制取和收集；

    4.C0₂與Na0H、S0₂與C等反應(yīng)產(chǎn)物的確定及計(jì)算；

    5.幾種新型無(wú)機(jī)非金屬材料的性能和重要用途；

    6.環(huán)境保護(hù)，消除碳氧化物污染的綜合應(yīng)用。

    CO₂作為化學(xué)與生物學(xué)相互聯(lián)系的重要物質(zhì)(CO₂是植物光合作用的反應(yīng)物，是動(dòng)物新陳代謝的產(chǎn)物)，在今后的綜合測(cè)試中應(yīng)引起重視。

    7.金剛石、石墨、晶體硅、二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

 

 

 

第一講 碳、硅及其化合物

第一節(jié)  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，最外層電子數(shù)均為4個(gè)，易形成共價(jià)化合物。

1.碳族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律

 

    

           元素

性質(zhì)

碳(C)

硅(Si)

鍺(Ge)

錫(Sn)

鉛（Pb）

主要化合價(jià)

+2、+4

+4（只有+4）

+2、+4

+2、+4

+2、+4

單質(zhì)色、態(tài)

無(wú)色或黑色固體

灰黑色固體

灰白色固體

銀白色固體

藍(lán)白色固體

氫化物RH₄的穩(wěn)定性

主要氧化物

CO、CO₂

SiO₂

GeO、GeO₂

SnO、SnO₂

Pb、PbO₂

最高價(jià)氧化物的水化物

化學(xué)式

H₂CO₃

H₂SiO₃ H₄SiO₄

Ge(OH)₄

Sn(OH)₄

Pb(OH)₄

酸堿性

酸性遞減

堿性遞增（多數(shù)有兩性）

金屬性、非金屬性

非金屬性遞減、金屬性遞增

 

  2.碳的化學(xué)性質(zhì)

  碳在常溫下性質(zhì)比較穩(wěn)定，很難被氧化，但在點(diǎn)燃或加熱的條件下也能跟其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

①還原性：_________________________________________

 

②可燃性: __________________________________________

 

③氧化性：__________________________________________

3.一氧化碳和二氧化碳的比較

（1）一氧化碳

物理性質(zhì)

五色無(wú)味氣體，劇毒(結(jié)合血紅蛋白)，難溶于水

化學(xué)性質(zhì)

①可燃性  

②還原性(與Fe₃0₄、CuO、H₂0的反應(yīng))

③不成鹽氧化物

實(shí)驗(yàn)室制法

收集方法:排水法

檢驗(yàn)方法:點(diǎn)燃后在火焰上方罩上干燥的燒杯，無(wú)水霧出現(xiàn)，罩沾有澄清的石灰水的燒杯，出現(xiàn)渾濁

工業(yè)制法主要用途:燃料、還原劑、化工原料

（2）二氧化碳

二氧化碳物理性質(zhì)：無(wú)色略帶酸味氣體，無(wú)毒，能溶于水(1:1)固體時(shí)俗稱干冰

化學(xué)性質(zhì)

①不能燃燒，一般情況下不助燃；

②氧化性(與C、Mg的反應(yīng))

③酸性氧化物(與堿及堿性氧化物的反應(yīng))

④與鹽[Ca(Cl0)₂、Na₂Si0₃、NaAl0₂、 C₆H₅ONa]

收集方法：向上排空氣法

體驗(yàn)：使澄清的'石灰水變渾濁煅燒石灰石：CaC0₃=CaO+C0₂↑

用途：滅火劑、致冷劑、人工降雨、制純堿、尿素等作用

  4.硅及化合物 

  (1)硅

  ①晶體結(jié)構(gòu)：與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)類似，是正四面體型空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體。

  ②物理性質(zhì)：硬度大、熔點(diǎn)高，具有金屬光澤，是一種半導(dǎo)體，只能以化合態(tài)存在于自然界。

  ③化學(xué)性質(zhì)：不活潑。注意下列化學(xué)反應(yīng)的條件，前三者常溫反應(yīng)，后四者需加熱。

    第三個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式說(shuō)明NaOH等堿性溶液不使用玻璃塞的試劑瓶。

第四個(gè)化學(xué)方程式說(shuō)明氫氟酸能用玻璃試劑瓶，而應(yīng)用塑料瓶。

 (3)硅酸

    ①制法：用可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制�。�

    (思考，上述反應(yīng)說(shuō)明硅酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)這是為什么?)

  ②化學(xué)性質(zhì)

 常溫可與F₂ 、HF 、NaOH 反應(yīng)，加熱條件下可與O₂、H₂ HNO₃ Cl₂ 等物質(zhì)反應(yīng)

（2）二氧化硅

結(jié)構(gòu)

化學(xué)性質(zhì)：酸性氧化物（與堿性氧化物反應(yīng)、堿反應(yīng)），特殊反應(yīng)（HF ）,與碳反應(yīng)

（3）硅酸

制法

化學(xué)性質(zhì)

課堂之外

    硅的制取 ： 在半導(dǎo)體及集成電路的發(fā)展史上，硅是極其重要的角色，因此研究計(jì)算機(jī)的地方稱為硅谷，集成電路需要超純度的硅，它是怎樣產(chǎn)生的呢?

 Si0₂+2C?Si+2C0↑

  主要副反應(yīng)為：Si02+3C?SiC+2C0↑

  因此生產(chǎn)的粗硅所含的雜質(zhì)有C、Si0₂、SiC等，它們都是高熔沸點(diǎn)物質(zhì)。為了提純硅采用下列方法：

  SiCl₄的沸點(diǎn)很低，可以采用蒸餾的方法反復(fù)提純，直所需的純度。

  2.鉛的化合物與鉛污染

  鉛的應(yīng)用很廣，如鉛蓄電池、汽油抗爆震的添加劑四乙基鉛[Pb(C₂H₅)]等，古代也有人用鉛制成器皿，但鉛是有毒的，古羅馬帝國(guó)時(shí)興用鉛皿煮酒以消除酸味：

Pb+ 2CH₃COOH＝(CH₃COO)₂Pb+H₂↑

      (醋酸)    鉛糖

  但由于鉛糖是有毒的，不少的人因此而中毒�，F(xiàn)代鉛污染主要來(lái)源于汽車的尾氣，環(huán)保部門已在很多城市禁止使用含鉛汽油。

 

考題解析

  例下列關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的是    (    )

  A.硅是非金屬元素，但它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體

  D.硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料

  C硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)起反應(yīng)   

  D.當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氧氣、氫氣等非金屬反應(yīng)

  [解析]  常溫下，硅可與氟氣、氫氟酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，加熱和高溫條件下，硅能與氧氣、氫氣起反應(yīng)。選C。

  [答案]  C

  例 下列關(guān)于碳族元素的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是(    )

  A.它們從上到下的非金屬性向金屬性遞變的趨勢(shì)比鹵族元素明顯

  B.碳族元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性從上到下逐漸減弱

  C碳族元素原子的最外層都有4個(gè)電子

  D.主要化合價(jià)有+2價(jià)和+4價(jià)，大多數(shù)+2價(jià)化合物穩(wěn)定

    [解析]  由碳族元素主要化合價(jià)及有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)遞變規(guī)律,

A、B、C說(shuō)法正確，D不正確。因?yàn)镃、Si、Ge、 Sn的+4價(jià)化合物都是穩(wěn)定的，而只有鉛的+2價(jià)化合物是穩(wěn)定的。

    [答案]  D

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