碳族元素教案1011.pdf

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1、高中化学总复习教案元素化合物 1 第六节 碳族元素 成员：碳 C 硅 Si 锗 Ge 锡 Sn 铅 Pb 位于A 族 一、碳族元素 在元素周期表中的位置（周期、族、原子序数）表示方法：原子结构示意图、电子式 原子结构 相同点：最外层电子数相同，都是 4 个 不同点：电子层数不同 相似性：不易得失电子，易形成共价键，难形成离子键，最高正价为4，最低价为4。主要性质 递变性：随原子序数递增，元素金属性增强，非金属性减弱；氢化物稳定性减弱（CH4可燃，SiH4易自燃）；最高价氧化物对应水化物酸性减弱，碱性增强，Ge(OH)4呈两性。碳族元素的金属性比同周期氮族元素强，且自上而下由非金属性向金属性递变

2、比氮族更为明显。1、碳族元素的主要特征 （1）C 是非金属，Si 貌似金属，但大多数情况下显示非金属性，Ge 的金属性比非金属性强，Sn、Pb 都是金属。（2）碳族主要化合价是2、4，除 Pb 的2 价化合物稳定外，其他元素的4 价化合物稳定。（3）金刚石、石墨、C60互为同素异形体，金刚石的硬度最大。（4）碳元素是形成化合物种类最多的元素。（5）在所有非金属元素形成的气态氢化物中，甲烷含氢量最大（25%）。（6）硅在地壳中的含量仅次于氧，是良好的半导体材料。2、碳族元素单质的重要性质 元素符号 C Si Ge Sn Pb 金刚石 石墨 晶体硅 颜色 无色 灰黑色 灰黑色 银灰色 银白色 蓝白

3、色 状态 都是固体 密度 g/cm3 3.51 2.25 2.34 5.35 7.28 11.34 熔沸点 较高，无明显规律 导电性 不导电 导体 半导体 半导体 导体 导体 二、碳及其化合物 1、单质 比较 高中化学总复习教案元素化合物 2（1）同素异形体 金刚石：正四面体构型、空间网状结构的晶体。无色透明，熔沸点高，硬度大，难溶于溶剂，不导电。用途：钻具、装饰品。石墨：平面层状正六边形结构，层间以范德华力结合。熔点很高，质软，有滑腻感，电的良导体。用途：润滑剂、电极、铅笔芯、耐火材料。C60：形似足球，俗称“足球烯”，分子晶体。无定形碳：木炭、活性炭（有吸附性）等，实际是石墨的微小晶体和少

4、量杂质组成。（2）化学性质 氧化性：还原性：2、气态氢化物CH4 甲烷的化学性质将在有机化学中复习。3、一氧化碳 CO（1）物理性质：无色无味的气体，难溶于水，有剧毒（与血红蛋白作用）（2）化学性质：高温下表现出强还原性（淡蓝色火焰，作气体燃料）4、二氧化碳 CO2 （1）结构：电子式为 ，结构式为 ，空间构型为直线型。属于由极性键构成的非极性分子，固态时为分子晶体。（2）物理性质：无色无味气体，微溶于水（11），干冰能升华。（3）化学性质：弱氧化性 2Mg+CO2=2MgO+C 具有酸性氧化物的性质 高中化学总复习教案元素化合物 3 OHCONaNaOHCO23222 32NaHCONaOH

5、CO OHCaCOOHCaCO2322)(23223)(HCOCaOHCOCaCO HClOCaCOOHCOClOCa2)(3222 思考 将 a mol CO2通入含 b mol Ca(OH)2的澄清石灰水中，讨论当 ab 为何值时，（1）产物为 CaCO3和 H2O，ab 1 ；（2）产物为 CaCO3、Ca(HCO3)2和 H2O，1ab2 ；（3）产物为 Ca(HCO3)2，ab 2 。（4）制法 工业制法：锻烧石灰石 实验室制法：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O 5、碳酸 H2CO3 结构 ，二元弱酸，不稳定，易分解，具有酸的通性。在化学方程式中写成 CO2和 H2O

6、 的形式，只有作为水解产物时写成 H2CO3的分子式。6、碳酸盐（正盐、酸式盐）（1）溶解性 正盐 溶解度比较 酸式盐 K+、Na+、NH4+可溶 可溶 其它 难溶 可溶 思考 将 CO2通入饱和 Na2CO3溶液中，可以观察到什么现象，写出反应的离子方程式。有晶体析出。3222322NaHCOOHCOCONa（2）热稳定性 类别 稳定性 分解产物 稳定性变化 正盐 K+、Na+高温不分解 稳 定 性 减 弱 其它难溶性 常温稳定，高温分解 金属氧化物+CO2 酸式盐 K+、Na+加热可分解，200 正盐+CO2+H2O 其它 Ca2+、Mg2+等 加热可分解，100 正盐+CO2+H2O 铵

7、盐(NH4)2CO3、NH4HCO3 不稳定，常温已分解 NH3+CO2+H2O 思考 分别在 80和 120条件下使(NH4)2CO3、NH4HCO3完全分解，求所得混合气体的平均分子量。（3）相互转化 高中化学总复习教案元素化合物 4 7、碳化物（1）SiC，金刚砂，原子晶体。、（2）CaC2、MgC2等，极易水解。电子式为 。三、硅及其化合物 1、硅 在地壳中含量仅次于氧居第二位。在自然界中仅以化合态存在，是构成矿物和岩石的主要成分。（1）结构 类似金刚石的原子晶体，正四面体，空间网状结构。（2）物理性质 灰黑色有金属光泽的固体，熔沸点高，硬度大，良好的半导体材料。（3）化学性质 与碳一

8、样，硅最外层有 4 个电子。常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质，如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。在加热条件下，硅能跟一些非金属反应。常温下：)(242gSiFFSi 2424HSiFHFSi 232222HSiONaOHNaOHSi 高温下：（研细）（易自燃）（4）工业制法 工业生产粗硅：一般还原剂的还原性大于还原产物，这是一个特例，可从平衡角度解释。提纯方法：（5）用途：略。2、二氧化硅 SiO2 （1）结构：空间网状结构的原子晶体。1 个 Si 原子同 4 个 O 原子形成共价键，1 个 O 原子同 2 个 Si 原子形成共价键。1mol SiO2晶体中约

9、含 4NA个 SiO 共价键？构成一个最小的环需要 12 个原子。（2）物理性质：也叫硅石，熔沸点高，硬度大。（3）化学性质：二氧化硅的化学性质不活泼，不与水反应，也不与酸（氢氟酸除外）反应，但能与碱性氧化物或强碱反应生成盐。OHSiFHFSiO24224 高中化学总复习教案元素化合物 5 OHSiONaNaOHSiO23222 （4）用途：光导纤维，光学仪器，玻璃原料等。3、硅酸 H2SiO3 原硅酸 H4SiO4（1）结构、物理性质：原硅酸是白色胶状沉淀，失水变成硅酸。（2）特性：不溶于水的二元弱酸，分散在水中形成胶体。热分解产物为 SiO2和 H2O （3）制法：NaClSiOHOHHC

10、lSiONa2244232 NaClSiOHHClSiONa223232 思考 1、如何由二氧化硅制得硅酸？OHSiONaNaOHSiO23222、NaClSiOHHClSiONa223232 2、设计一个实验比较硅酸和碳酸的酸性强弱？向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，有沉淀析出。32322232SiOHCONaOHCOSiONa 4、硅酸盐 一般难溶于水（1）硅酸钠 可溶于水，水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体。用途：制硅酸；粘合剂；耐火材料；防腐剂。（2）硅酸盐 硅酸、原硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐。硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，种类很多，结构复杂，常

11、用氧化物的形式来表示组成。例如：硅酸钠 Na2SiO3 表示成 Na2OSiO2 镁橄榄石 Mg2SiO4 表示成 2MgOSiO2 高岭石 Al2Si2O5(OH)4表示成 Al2O32SiO22H2O 正长石 KAlSi3O8 表示成 K2OAl2O36SiO2 表示顺序是：活泼金属氧化物，较活泼金属氧化物，二氧化硅，水。（3）粘土：主要成分属于硅酸盐，可用于制造水泥和陶瓷。四、硅酸盐工业 1、水泥 主要原料：粘土、石灰石 主要设备：水泥回转窑 普通水泥的主要成分：3CaO SiO2、2CaO SiO2、3CaO Al2O3 性质：具有水硬性（跟水掺和搅拌后容易凝固变硬）加入石膏的作用：调

12、节水泥的硬化速度 高中化学总复习教案元素化合物 6 应用：水泥砂浆、混凝土 2、玻璃 主要原料：纯碱、石灰石、石英 主要成分：Na2SiO3CaSiO34SiO2、Na2OCaO6SiO2 反应原理：有色玻璃：Co2O3蓝色、Cu2O 红色 3、陶瓷 主要原料：粘土 成分：硅酸盐 五、无机非金属材料 1、材料分为无机非金属材料、金属材料、高分子材料。2、无机非金属材料分为传统无机非金属材料（硅酸盐材料）和新型无机非金属材料。3、新型无机非金属材料具有以下几个方面的特性 A、承受高温，B、强度高，C、电学特点，D、光学特性，E、生物功能 4、高温结构陶瓷指的是一类物质例如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等。这类陶瓷能经受高温，不怕氧化，耐腐蚀，耐磨损，密度小等优点。是金属材料所不具有的。5、光导纤维简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤维，制取的基本原料是 SiO2，它具有通信信息量大，原料来源广，重量小，成本低，性能好，保密性强等特点。