碳族元素基础知识点网络结构图

　　1.碳及其化合物的知识网络

　　2.硅及其化合物的知识网络

　　二、基础知识

　　1.碳族元素

　　①特征：碳族元素原子最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，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化合价：碳族元素的主要化合价有+2，+4，其中Pb+2价稳定，其余元素+4价稳定。

　　③递变规律：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。其中碳是非金属，Sn、Pb是金属，Si、锗Ge是半导体材料。

④自然界的存在：自然界里碳有游离态和化合态两种;硅在地壳里无游离态，主要以含氧化合物的形式存在

⑤几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60、C70等;硅：晶体硅，无定形硅

　　2.碳

　　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：

(CO、H2的混合气体叫水煤气);

③与氧化性酸反应：C+2H2SO4(浓)

CO2↑+2SO2↑+2H2O; C+4HNO3(浓)

CO2↑+4NO2↑+2H2O

　　3.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

②还原性：CO+CuO

CO2+Cu，CO+H2O(g)

CO2+H2O

　　4.CO2

　　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)

②氧化性：CO2+C

2CO;2Mg+CO2

2MgO+C

　　5.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)

　　6.硅

　　①硅在地壳中只有化合态，没有游离态。其含量在地壳中居第二，仅次于氧，是构成矿物和岩石的主要成分。

　　②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硅的化学性质不活泼，常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应:Si+2F2→SiF4、Si+4HF→SiF4+2H2↑、Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑;在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合：Si+O2

SiO2。 ④制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO2+2C

Si+2CO↑，将制得的粗硅，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、SiCl4+2H2

Si+4HCl。

　　⑤硅在高新技术中的应用：高纯硅可作半导体材料

　　7.SiO2

　　①SiO2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+CaO

CaSiO3

　　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：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

Na2SiO3+H2O， SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2­，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na2SiO3+2HCl →H2SiO3+2NaCl。

　　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：SiO2+4HF→SiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)。

　　④光导纤维

　　⑤石英、水晶

　　石英的主要成分是SiO2,可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合物,它们以溶解状态存在于石英中,呈各种颜色。纯 净的SiO2晶体叫做水晶,它是六方柱状的透明晶体,是较贵重的宝石。

　　8.硅酸和硅胶

　　①硅酸：硅酸有多种形式，如H4SiO4、H2SiO3、H2Si2O5等。一般用通式xSiO2·yH2O表示，由于“H2SiO3”分子式最简单，习惯采用H2SiO3作为硅酸的代表。

　　②硅酸酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明：Na2SiO3+CO2+H2O→H2SiO3↓+Na2CO3

　　③硅胶：刚制得的硅酸是单个小分子，能溶于水，在存放过程中，它会逐渐失水聚合，形成各种多硅酸，接着就形成不溶于水，但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质，则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性物质，具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用，所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。

　　9.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↑

　　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非金属单质大多为非导体，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

　　10.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云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。

　　③人造硅酸盐：主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。

　　④硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，可作粘合剂，防腐剂。

　　11.水泥、玻璃、陶瓷

　　①普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)和铝酸三钙(3CaO·Al2O3)，水泥具有水硬性，水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。

②制玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英，主要反应是：SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑、SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑，玻璃是无固定熔点的混合物。加入氧化钴后的玻璃呈蓝色，加入氧化亚铜后的玻璃呈红色，普通玻璃一般呈淡绿色，这是因为原料中混有二价铁的缘故。

　　③制造陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O。

　　12.无机非金属材料

　　无机非金属材料包含除传统陶瓷外的各种性能优异的精细陶瓷：耐高温的二氧化锆(ZrO2)陶瓷、高熔点的氮化硅(Si3N4)和碳化硅(SiC)陶瓷;透明的氧化铝、砷化镓(GaAs)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)等氧化物或非氧化物陶瓷;生物陶瓷;超细微粉体粒子制造的纳米陶瓷等。