碳族元素知识点总结

碳族元素知识点总结

族元素

1．复习重点

1．碳族元素原子结构的特点、碳族元素化合价为正四价和正二价； 2．碳族元素的性质及其递变规律； 3．碳和硅的性质、用途。

碳

1.C

在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。 ①燃烧反应

②与某些氧化物的反应：C＋CO2

C＋H2O2C+SiO2

③与氧化性酸反应：C＋2H2SO4（浓）

C＋4HNO3（浓）

2.CO

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。

①可燃性

2CO；C＋2CuO

CO2↑＋2Cu；

CO＋H2O（CO、H2的混合气体叫水煤气）； Si+2CO↑

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O； CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

??CO2＋Cu，CO+H2O(g)②还原性：CO+CuO?3.CO2

?CO2+H2O

直线型（O＝C＝O）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可倾倒，易液化。固态CO2俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O。

①酸性氧化物一—酸酐

Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O(用于检验CO2)

?2CO；2Mg＋CO2?点燃②氧化性：CO2＋C??????2MgO＋C

4.碳酸盐

①溶解性：Ca(HCO3)2>CaCO3；Na2CO3>NaHCO3。

②热稳定性：Na2CO3>CaCO3；碱金属正盐>碱金属酸式盐: Na2CO3>NaHCO3。 ③相互转化：碳酸正盐

碳酸酸式盐(除杂用)

高温

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碳族元素知识点总结

硅

1.晶体硅的物理性质

灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。它的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度也很大。它的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

2、硅的化学性质

1．在常温下，硅的化学性质不活泼。

常温下除了能与氟气、氢氟酸、强碱反应外，不能与其他物质反应.

Si + 2F2 ＝ SiF4

Si + 4HF ＝ SiF4↑ + 2H2↑

Si + 2NaOH + H2O ＝ Na2SiO3 + 2H2↑

2．在加热条件下，能与某些非金属反应。

在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧，生成二氧化硅并放出大量热。 Si + O2 ＝ SiO2 三．工业制法

?Si＋2CO↑，将制得制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO2＋2C???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：

高温?SiCl4、 SiCl4+2H2????Si+4HCl。 Si十2C12???高温高温二氧化硅

1.物理性质

SiO2为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO2通常状况下是

气体，固体熔点很低。其差别在于晶体类型不同。CO2是分子晶体，故熔点很低。

2.化学性质。

(1)．SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，它不溶于水，也不与水反应。 SiO2与CO2化学性质的比较

物质 与水反应 与酸反应 与碱反应 与碱性氧化物反应 与碳反应 二氧化硅 不反应 SiO2 + 4HF ＝ SiF4 + 2H2O SiO2 + 2NaOH ＝ Na2SiO3 + H2O SiO2 + CaO ＝＝＝ CaSiO3 SiO2= + 2C ＝＝＝ Si + 2CO 二氧化碳 CO2 + H2O ＝ H2CO3 不反应 生成正盐和酸式盐 CO2 + Na2O ＝ Na2CO3 CO2 + C ＝ 2CO SiO2 + 2NaOH ＝ Na2SiO3 + H2O盛装碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，而只能用橡皮

塞。生成的硅酸钠具有粘性，要将瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。

二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。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：首先让SiO2和NaOH（或Na2CO3）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO2＋2NaOH

?熔化???Na2SiO3＋H2O，

?Na2SiO3＋CO2?，SiO2＋Na2CO3???然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na2SiO3+2HCl →

H2SiO3+2NaCl。

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熔化碳族元素知识点总结

2．弱的氧化性

SiO2= + 3C ＝＝ SiC + 2CO 3．特性

SiO2 + 4HF ＝ SiF4 + 2H2O

这就是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。

硅 酸、硅 酸 盐

一、硅酸

硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱。

将CO2通入Na2SiO3的溶液中，会析出原硅酸沉淀。 CO2 + Na2SiO3+2H2O＝ Na2CO3 + H4SiO4↓ 虽然二氧化硅是酸性氧化物，但不能用二氧化硅跟水直接作用制得硅酸，而只能用相应的可溶性的硅酸盐跟酸作用来制硅酸。

2HCl + Na2SiO3 + H2O＝ 2NaCl + H4SiO4↓

原硅酸是一种白色胶状沉淀物。原硅酸几乎不溶于水，是一种弱酸，很不稳定。这种白色胶状物在空气里干燥，失去一部分水后，变成白色粉末即硅酸。

二、硅酸盐

硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐。

硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。具体表达形式为：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水。

如硅酸钠Na2SiO3 Na2O·SiO2 镁橄榄石Mg2SiO4 2MgO·SiO2 钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O CaO ·Al2O3 ·3SiO2 ·3H2O 正长石KAlSi3O8 K2O·Al2O3·6SiO2

可溶性硅酸盐中最常见的是硅酸钠，它的水溶液俗名水玻璃。水玻璃又叫做泡化碱，它是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，它既不能燃烧又不受腐蚀，在建筑工业上可作粘合剂。可用作耐火材料。

硅及其化合物的特性

1．硅的还原性比碳强，得在高温下碳能将硅从SiO2中还原出来。 2．非金属单质与强碱溶液反应一般不产生氢气，但硅要产生氢气。

3．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅却能与氢氟酸反应，且能产生氢气。 4．非金属单质一般不具有金属光泽，而石墨和硅却具有，且都能导电，硅是常用的半导体材料。

5．非金属氧化物一般是分子晶体，熔沸点较低，但二氧化硅却是原子晶体，熔点很高。 6．酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。

7．无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。

8．在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸的强，二氧化碳与硅酸钠溶液反应生成碳酸钠和硅酸沉淀。在高温下碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其原因是在高温条件下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。

硅胶

硅胶是很好的干燥剂、吸附剂以及催化剂载体 硅酸盐产品 主要设备

水泥 水泥回转窑 玻璃 玻璃熔炉 - 3 -

陶瓷 碳族元素知识点总结

原料 反应原理 石灰石和粘土 复杂的物理、化学变化 纯碱、石灰石、石英 Na2CO3+SiO2＝Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2＝CaSiO3+CO2 原料强热为熔体冷却玻璃 粘土 复杂的物理化学变化 生产过程 磨—烧—磨 混合→成型→干燥→凝结→冷却→陶瓷 主要成分 3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 反应条件 种类 特性 高温 不同标号 水硬性 高温 普通玻璃、特种玻璃 无固定熔沸点，在一定温度范围软化，可制成各种形状 高温 土器、陶器、瓷器等 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘体 从玻璃的制取原理中能否证明硅酸的酸性比碳酸强呢？ 不能。二氧化硅能与碳酸钙和碳酸钠反应生成二氧化碳，是由于该反应的反应物都是固体，在高温下发生反应时，生成的二氧化碳气体脱离反应体系使反应得以进行，但不能说明硅酸的酸性比碳酸强。酸性强弱的本质是酸电离出氢离子的难易程度。我们所学过的复分解反应的规律仅适用于溶液里的反应。它与Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+H2SiO3并不矛盾。 碳及其化合物的知识网络

2．难点聚焦

碳和硅的化学性质 元素符号 原子序数 原子半径变化趋势 金属性与非金属性递变 最高正价 最高正价氧化物化学式 最高正价氧化物对应的水化物 的化学式及酸碱性强弱 CO2 H2CO3 SiO2 C 6 Si 14 Ge 32 逐渐增加?????? 非金属性减弱金属性增 强?????????????? Sn 50 Pb 82 +4 GeO2 SnO2 PbO2 H2SiO3 Ge(OH)4 Sn(OH)4 Pb(OH)4 或H4SiO4 酸性减弱碱性增强?????????? CH4 氢化物的化学式及稳定性强弱 - 4 -

SiH4 —— —— —— 稳定性减弱??????? 碳族元素知识点总结

注意：碳族元素的氢化物的写法是碳族元素在前，氢元素在后。 总结：1。相似性

①最外层上均有4个电子，易形成共价键。 ②最高正价均为+4价，最高价氧化物通式为RO2，对应水化物通式为H2RO3或R(OH)4，特殊的原硅酸为H4SiO4。

③气态氢化物可表示成RH4。 2．递变性

随着原子序数的递增，元素的原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，元素由非金属性向金属性递变的趋势明显。

3．主要化合价

碳族元素的化合价主要有+4和+2，碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。根据此性质可判断：锡的+2价化合物应具有强的还原性，铅的+4价的化合物应具有较强的氧化性。

4．单质的物理性质

碳族元素单质的密度是从碳到铅逐渐增大，熔点、沸点逐渐降低。 化学性质 碳 点燃硅 还与单质反原应 性 C?O2CO2 Si?O2?SiO2 2C+O2点燃2CO Si?2F2?SiF4 Si?2H2高温SiH4（不稳定）C?2S(g)高温CS2 与氧化物反应 C?2CuO高温CO2??2Cu 3C?Fe2O32C?SiO2高温3CO??2Fe 电炉2CO??Si Si?2FeO高温SiO2?2Fe 2C?SiO2高温2CO??SiC 与酸反应 C?4HNO3(浓) ?H2SO4等反应，CO2??4NO2??2H2O不与HNO3、但有：C?2H2SO4(浓) 与水或碱溶液反应 与CaO反应 ?CO2??2SO2??2H2OSi?4HF?SiF4??2H2? C?H2O(g)高温CO?H2 3C?CaO高温Si?2NaOH?H2O?Na2SiO3?2H2? CaC2?CO? 专题三 二氧化碳和二氧化硅的结构、性质比较（见表7—7）

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碳族元素知识点总结

项目 类别 晶体类型 熔点和沸点 化学性质 CO2 酸性氧化物 分子晶体 低 SiO2 酸性氧化物 原子晶体 高，硬度大 不溶于水，与水也不反应 CO2?H2OH2CO3 CO2?2NaOH?Na2CO3?H2O 联系 SiO2?2NaOH?Na2SiO3?H2O SiO2?4HF?SiF4??2H2O Na2SiO3?CO2?2H2O?H4SiO4??Na2CO3 H4SiO4

?SiO2?2H2O 3 硅及其化合物的特性

1. Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2?2C2. 非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si却放出H2：

高温Si?2CO?

Si?2NaOH?H2O?Na2SiO3?2H2? Si?4HF?SiF4??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： 4. 非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。

5. SiO2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。 6. 非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的却很高。

7. 酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2?4HF?SiF4??2H2? 8. 无机酸一般易溶于水， 却难溶于水。

9. 因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：

Na2SiO3?CO2?H2O?H2SiO3??Na2CO3，但在高温下

Na2CO3?SiO2高温Na2SiO3?CO2?也能发生。

10. Na2SiO3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）俗称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。 4 硅与碱溶液的反应特点

硅与强碱溶液反应的实质是什么？究竟哪种物质是氧化剂？根据化学方程式：

Si?2NaOH?H2O?Na2SiO3?2H2?

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碳族元素知识点总结

进行分析，似乎NaOH和H2O都是氧化剂，其实不然。上述反应实际分两步进行

Si?4H2O?H4SiO4?2H2? ①

H4SiO4?2NaOH?Na2SiO3?3H2O ②

其中反应①为氧化还原反应，反应②为非氧化还原反应。合并①②两式得总反应方程式。其中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物、起氧化作用的只是H2O。所以H2O是①式的氧化剂，也是总反应的氧化剂。为表示反应的实质（或要求标出电子转移方向和数目时），可写成： Si?2NaOH?4H2O?Na2SiO3?2H2??3H2O

11．碳及其化合物的知识网络

不完全燃烧 O2(不足)

NH4HCO3 CO CH4 有机物

①O2

△

点 ②CuO 不燃足NH3·H2O 炽

热的碳

H2O Mg (点燃) CaO Ca(OH)2 CO2 、H2O CaC2 C2H2 CO2 Ca(HCO3)2 C CaCO 3+①O (点) △ 2△ ①高温②H

②CuO

(△) Si、Cl2 (△) ＋Ca(OH)2 H NaOH ＋

Ca2 C、CO Na2O2 H2O

CO2 (水) Na2CO3 ①OH― NaHCO3 H2CO3 O2 SiC 、CCl4 NaOH

②加热

硅及其化合物的知识网络

O2 (自燃)

①CaO(△) ①O2(△)

②CaCO3 (△) ②FeO (高温) H2

Si SiO2 CaSiO3 SiH4 C(适量) HF F2

SiF4 2＋

O2 (O2 () ) NaOH(Na2CO3 (Cl2 (高温) H2 (高温)

Ca C(高温溶液高温H2SiO3

-H2O CO2,H2O NaOH ) C(高温)足量 - 7 - ) ) SiCl4 SiC Na2SiO3 H4SiO4

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