第七章 硅和硅酸鹽工業(yè)

 學法指導

1.要注意知識的縱向和橫向對比。

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

  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比。如Si、P、S、Cl的非金屬強弱的比較，氫化物的穩(wěn)定性、最高價氧化物對應水化物酸性強弱的比較等。

  2.要注意知識的歸納總結。如歸納硅及其化合物之間的轉化關系，水泥、玻璃、陶瓷的生產過程等。在歸納時要注意各物質的特殊性，如CO的毒性和還原性，SiO₂的特性(與Na₂CO₃、HF反應)等。

  3.要重視所學知識與社會、生產、科技的聯系。如半導體材料與計算機技術的聯系，光導纖維與通訊的聯系等

考點說明

    碳、硅等元素知識也是非金屬元素的命題熱點之一，該類試題常以元素及其化合物知識為載體與化學基本概念、基本理論、化學實驗及化學計算密切結合。考查的內容主要有：

    1.C、CO的還原性；

    2.CO、C0₂的檢驗與鑒別；

    3.C0₂、CO等氣體的制取和收集；

    4.C0₂與Na0H、S0₂與C等反應產物的確定及計算；

    5.幾種新型無機非金屬材料的性能和重要用途；

    6.環(huán)境保護，消除碳氧化物污染的綜合應用。

    CO₂作為化學與生物學相互聯系的重要物質(CO₂是植物光合作用的反應物，是動物新陳代謝的產物)，在今后的綜合測試中應引起重視。

    7.金剛石、石墨、晶體硅、二氧化硅的結構和性質

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，最外層電子數均為4個，易形成共價化合物。

1.碳族元素性質的遞變規(guī)律

  2.碳的化學性質

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

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

五色無味氣體，劇毒(結合血紅蛋白)，難溶于水

化學性質

①可燃性  

②還原性(與Fe₃0₄、CuO、H₂0的反應)

③不成鹽氧化物

實驗室制法

收集方法:排水法

檢驗方法:點燃后在火焰上方罩上干燥的燒杯，無水霧出現，罩沾有澄清的石灰水的燒杯，出現渾濁

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：無色略帶酸味氣體，無毒，能溶于水(1:1)固體時俗稱干冰

化學性質

①不能燃燒，一般情況下不助燃；

②氧化性(與C、Mg的反應)

③酸性氧化物(與堿及堿性氧化物的反應)

④與鹽[Ca(Cl0)₂、Na₂Si0₃、NaAl0₂、 C₆H₅ONa]

收集方法：向上排空氣法

體驗：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晶體結構：與金剛石的晶體結構類似，是正四面體型空間網狀結構的原子晶體。

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

  ③化學性質：不活潑。注意下列化學反應的條件，前三者常溫反應，后四者需加熱。

    第三個化學反應方程式說明NaOH等堿性溶液不使用玻璃塞的試劑瓶。

第四個化學方程式說明氫氟酸能用玻璃試劑瓶，而應用塑料瓶。

 (3)硅酸

    ①制法：用可溶性硅酸鹽與酸反應制取：

    (思考，上述反應說明硅酸的酸性比碳酸的酸性強這是為什么?)

  ②化學性質

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

（2）二氧化硅

結構

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

（3）硅酸

制法

化學性質

課堂之外

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

 Si0₂+2C��Si+2C0↑

  主要副反應為：Si02+3C��SiC+2C0↑

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

  SiCl₄的沸點很低，可以采用蒸餾的方法反復提純，直所需的純度。

  2.鉛的化合物與鉛污染

  鉛的應用很廣，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，古羅馬帝國時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。現代鉛污染主要來源于汽車的尾氣，環(huán)保部門已在很多城市禁止使用含鉛汽油。

考題解析

  例下列關于硅的說法不正確的是    (    )

  A.硅是非金屬元素，但它的單質是灰黑色有金屬光澤的固體

  D.硅的導電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導體材料

  C硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質起反應   

  D.當加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、氫氣等非金屬反應

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

  [答案]  C

  例 下列關于碳族元素的說法中，錯誤的是(    )

  A.它們從上到下的非金屬性向金屬性遞變的趨勢比鹵族元素明顯

  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個電子

  D.主要化合價有+2價和+4價，大多數+2價化合物穩(wěn)定

    [解析]  由碳族元素主要化合價及有關物質性質遞變規(guī)律,

A、B、C說法正確，D不正確。因為C、Si、Ge、 Sn的+4價化合物都是穩(wěn)定的，而只有鉛的+2價化合物是穩(wěn)定的。

    [答案]  D