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第七章碳族元素无机非金属材料
复习课（2006年4月20日）
教学目的与要求： 高2004级1班
通过复习：
1、 进一步了解碳族元素、硅和二氧化硅的有关知识，巩固学习效果；
2、 对硅酸及硅酸盐、硅酸盐工业、新型无机非金属材料有一个大致的印象。
教学重点：碳族元素的结构、性质递变；硅及二氧化硅的性质。
教学难点：碳族元素的结构、性质递变
教学方法：讲述法
课型：复习课
教学内容
一、碳族元素
(1)碳族元素的特征：在元素周期表中，碳族元素处在从活泼金属(ⅠA)向活泼非金属(ⅦA)过渡的中间位置，其最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，所以碳族元素的成键特点是易形成共价键，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)碳族元素的性质及递变规律：在元素周期表中，碳族元素位于活泼金属向活泼非金属过渡的中间位置，其最外层电子数为4，在性质相似的同时，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。其中碳硅是非金属，锡、铅是金属，锗是半导体材料。
(4)碳族元素在自然界里的存在：在自然界里碳的存在形式有游离态和化合态两种；硅在地壳上主要以含氧化合物矿石的形式存在；锗是不常见的金属；锡和铅两种金属都以化合态的形式存在。
(5)单质的性质：碳族元素的单质在室温下都是固体、颜色各不相同，但按C、Si、Ge、Sn、Pb的顺序，逐渐向金属的特征颜色(银白色)递变。单质的密度逐渐增大，熔、沸点逐渐降低(个别有例外)。
(6)几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60、C70、C84等；硅：晶体硅，无定形硅。
二、碳及其化合物
(一)碳单质的化学性质 ：由于碳原子的最外层电子数为4个，所以它不易失电子，也不易得电子，碳无论在干态还是在溶液中都无简单的离子存在，碳与其他元素所形成的多为共价化合物。另外碳在常温下很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。
①燃烧反应：C＋O2（充足）＝CO2（点燃）；2C＋O2（不充足）＝2 CO（点燃）
②与某些氧化物的反应：C＋CO2＝2CO（高温）；C＋2CuO＝CO2↑＋2Cu（△）；
C＋H2O＝CO＋H2O（高温）（CO、H2的混合气体叫水煤气）；
2C+SiO2＝Si+2CO↑（电炉）
③与氧化性酸反应：C＋2H2SO4（浓）＝CO2↑＋2SO2↑＋2H2O（△）；
C＋4HNO3（浓）＝CO2↑＋4NO2↑＋2H2O（△）
(二)一氧化碳：
①物理性质：一氧化碳不溶于水，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毒)，但由于CO无色无味因此具有更大的危险性。
②化学性质：
可燃性：2CO+O2＝CO2（点燃）；
还原性：CO+CuO＝CO2＋Cu（△），CO+H2O(g)＝CO2+H2O（催化剂、△）
（三）二氧化碳：
（1）结构：电子式： ；结构式：O＝C＝O；直线型非极性分子
（2）物理性质：无色能溶于水，密度是空气密度的1．5倍，可以倾倒，易液化。
固态二氧化碳——称干冰，能升华，常用于人工降雨。
（3）化学性质：
①酸性氧化物一——酸酐：
2NaOH＋CO2＝Na2CO3＋H2O(用于吸收CO2)；
Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O(用于检验CO2)
CO2与NaOH溶液反应时，随着反应物量的比例不同，产物不同：
CO2+2NaOH(过量)＝Na2CO3+H2O，CO2+NaOH(不足量)＝NaHCO3
②氧化性：CO2＋C＝2CO(高温)；2Mg＋CO2＝2MgO＋C（点燃）
（4）制法：
①实验室制法：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O
②工业制法：CaCO3＝CaO＋CO2↑（煅烧）
（5）鉴别：可以将气体先通人品红溶液中，如果品红溶液不褪色(说明不是二氧化硫)，再通人澄清石灰水中，如果石灰水变浑浊，则证明为二氧化碳气体。
(四)碳酸盐：
（1）溶解性：正盐中除K＋、Na＋、NH4＋外，其余均不溶于水，酸式盐都可溶于水。
【注意】酸式盐溶解度>正盐，但可溶性盐的溶解度：正盐>酸式盐 如：Ca(HCO3)2>CaCO3；Na2CO3>NaHCO3。
（2）热稳定性：碱金属正盐>第二主族金属正盐，Na2CO3 >CaCO3，CaCO3加热时分解而Na2CO3受热时不分解；碱金属正盐>碱金属酸式盐，如：K2CO3受热不分解而KHCO3受热时分解。
（3）碳酸盐和酸式盐的性质比较及其相互转化：
碳酸正盐与其酸式盐的相互转化：一般是正盐加酸生成酸式盐；酸式盐加热或加碱变成正盐(可用于除杂)。 加酸
正盐 酸式盐
△或加碱
CaCO3+CO2+H2O＝Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2＝CaCO3↓十CO2↑+H2O （△）
Ca(HCO3)2+2NaOH＝CaCO3↓+Na2CO3+2H2O
2NaHCO3＝Na2CO3+CO2↑+H2O（△） （除去Na2CO3中的NaHCO3）
NaHCO3+NaOH＝Na2CO3+H2O
三、硅及其化合物
(1)硅 ：
①分布与存在
a．存在：只有化合态，没有游离态。
b．分布：自然界中分布广泛，地壳中居第二，仅次于氧，是构成矿物和岩石
的主要成分。
②物理性质：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化学性质：硅的化学性质不活泼，在化学反应中主要表现还原性。在常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应；在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合；在高温下才能跟氢气反应，表现弱氧化性，所以硅的氢化物只能用间接方法制得。
Si+2F2＝SiF4 Si+4HF＝SiF4+2H2 ↑
Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑ Si＋O2＝SiO2 （△）
④制备：
制粗硅：粗硅是在电炉里用碳还原二氧化硅而制得：SiO2＋2C＝Si＋2CO↑（高温）
制高纯硅：将上面反应制出的粗硅，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（高温） SiCl4+2H2==Si+4HCl （高温）
⑤硅可用来制作合金，高纯硅可作半导体材料，晶体硅是一种良好的半导体材料。
(2)二氧化硅
①二氧化硅是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。 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+4HF＝SiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中) SiO2+CaO＝CaSiO3（高温）
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。
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。
【问题】二氧化硅的用途？
④二氧化硅与二氧化碳的比较：
CO2 SiO2
物质分类 均属酸性氧化物
与碱性氧化物反应 CaO+ CO2=CaCO3(高温) CaO + SiO2=CaSiO3(高温)
与碱反应（NaOH）
与水反应 CO2+H2O＝H2CO2 不反应
特殊性：SiO2+4HF==== SiF4↑+2 H2O
(3)硅酸：硅酸(H2SiO3)不溶于水的弱酸，它的酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明。
Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3
(4)硅酸盐
①硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，组成可用氧化物的形式表示。例如：
硅酸钠Na2SiO3(Na2O•SiO2)；
镁橄榄石Mg2SiO4(2MgO•SiO2)；
高岭石Al2(Si2O5)(OH)4(A12O3•2SiO2•2H2O)
②硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，可作粘合剂，防腐剂。
③粘土的主要成分是硅酸盐，是制造陶瓷器的主要原料。
（5）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↑（高温）
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非金属单质一般为非导体，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＝Na2SiO3+CO2↑也能发生。
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。
【小结】硅和二氧化硅
物理性质 化学性质 用途
硅 略 1、 稳定性
2、 与氧气的反应 半导体及合金
二氧化硅 略 1、碱或碱性氧化物反应
2、与氢氟酸反应 玻璃、电子部件、光学仪器、建筑材料
【说明】1、关于氢氟酸、强碱溶液的保存；2、关于硅酸及硅酸盐的性质及组成的表示形式
四、水泥、玻璃、陶瓷
1．制造水泥的主要原料是 ，生产普通水泥的设备是 ，水泥的特性是 ；水泥中石膏的作用是 ；水泥的主要成分是 ， ， ； 的混合物叫水泥砂浆，
的混合物叫混凝土。
2． 制造玻璃的主要原料 ，生产玻璃的设备 ，发
生主要反应是： 。加入
后的玻璃呈蓝色，加入 后的玻璃呈红色，普通玻璃一般呈淡绿色，这是因为原料中混有 的缘故。
3．制造陶瓷的主要原料 。
4．我国的陶都是 ，瓷都是 。
五、新型的无机非金属材料
1．传统的无机非金属材料的特点 。
2．新型的无机非金属材料的特性主要有 。
六、练习：
1．将0．8molCO2通入含1molNaOH的溶液中，求反应后溶液中的CO32－和HCO3－的物质的量之比？
2．Fe3O4按照氧化物的形式可表示为FeO•Fe2O3，若将其看作一种盐可表示为Fe(FeO2)2,试根据化合价规律对Pb3O4用上述两种形式表示组成，其氧化物的形式可表示为 ，其盐的形式可表示为 。
3．检验CO中是否混有CO2可用 ；欲除去CO中混有的少量CO2可用 ；欲除去CO2中混有的少量CO可用 ；检验Na2CO3固体中是否混有NaHCO3的方法是 ；除去Na2CO3固体中混有少量的NaHCO3的方法是 ；
除去NaHCO3溶液中混有少量Na2CO3的方法是 。
4．根据锡、铅的主要化合价及其稳定性，用化合价升降的观点分析，完成下列填空：
（1）锡的＋2价化合物具有较强的 性，铅的＋4价化合物具有较强的 性。
（2）已知：Sn2+、Fe2+的还原性Sn2+＞Fe2+，PbO2、Cl2的氧化性PbO2＞Cl2，写出下列反应的化学方程式：①Cl2与Sn共热： ；②Cl2与Pb共热： ；③PbO2与浓盐酸共热： ；④把棕色固体的PbO2投入到H2SO3溶液中，充分反应后，观察到棕色固体逐渐变为白色固体： ；⑤能说明Sn2+还原性比Fe2+还原性强的离子方程式是： 。
5．1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如足球状的多面体，该结构的建立基于以下考虑：①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；②C60分子中只含有五边形和六边形；③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定律：顶点数＋面数－棱边数＝2。C70分子也已制得，它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知。通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目。
【布置作业】课后习题和上述练习题。
【教后记】
本节课内容虽然较多，但由于是复习课，从课后练习看，学生掌握的较好。 |
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楼主: yuan2722
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