第七章 硅和硅酸盐工业

第七章 硅和硅酸盐工业

 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

  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+2CSi+2C0↑

  主要副反应为：Si02+3CSiC+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