元素及其化合物碳族元素--精品PPT课件

元素及其化合物——碳族元素今年的诺贝尔物理奖的获得者——华裔科学家高锟被誉为“光纤之父”第ⅣA族（碳族元素）碳、硅单质及其化合物的性质以及碳、硅单质与化合物之间的转化关系【高考及课标要求】1、掌握碳、硅单质及其化合物的性质2、了解碳族元素性质的相似性和递变性3、了解碳、硅单质及其重要化合物的应用4、了解硅、碳的氧化物对环境的影响【教学重点】知识点一碳族元素碳族元素性质递变规律元素符号及名称锡Sn铅Pb单质色、态银白色固体银白色固体蓝白色固体最外层电子数主要化合价半径变化规律常见氧化物（化学式）氢化物化学式————无稳定性递变规律————最高价氧化物对应水化物化学式————————稳定性递变规律金属性非金属性的递变规律特殊性1、硅、锗单质为半导体材料2、碳、硅、锗、锡+4价化合物稳定3、碳、硅为非金属，锗金属性比非金属性强，锡、铅为金属4、锡比铅容易跟稀硫酸反应置换出H2黑色固体黑色固体半径依次增大4个+4+2CO2COGeO2GeOSnO2SnOPbO2PbOSiO2H2CO3H2SiO3Ge(OH)4稳定性依次减弱酸性减弱，碱性增强金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱碳（C）硅（Si）锗（Ge）CH4SiH4GeH4知识点一碳族元素关于碳族元素性质及规律的考查知识点一碳族元素碳族元素性质变化规律的应用知识点二碳单质及其化合物1、碳的单质（1）同素异形体金刚石石墨C60主要物理性质可与金属掺杂形成超导体用途应用于材料科学金刚石、石墨、C60O2、O3白磷、红磷晶体硅、无定形硅熔、沸点高，硬度大，难溶于溶剂，不导电钻石、刻刀、装饰品熔点很高，质软有滑腻感，导电电极、铅笔芯、润滑剂常见的同素异形体思考：物理性质为何出现差异？1、碳的单质（1）同素异形体（2）化学性质知识点二碳单质及其化合物2、碳的化合物（氧化物CO、CO2）性质一氧化碳CO二氧化碳CO2物理性质色、态、味毒性密度与空气的比较溶解性化学性质（每个性质列举一个相对应的方程式）1、可燃性1、不能燃烧，也不能支持燃烧2、还原性2、弱氧化性3、酸酐（具有酸的通性）4、能与盐反应知识点二碳单质及其化合物无色无味气体有毒略小能溶于水难溶大无毒，会造成温室效应，不属于大气污染物无色无味气体CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2ONa2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3C＋CO2=2CO高温2CO+O2=2CO2CuO+CO=Cu+CO2点燃思考：知识点二碳单质及其化合物将除杂所用到的方法进行连线【例题2】（09广东理综）下列除去杂质的方法正确的是A．除去CO2中混有的CO：用澄清石灰水洗气B．除去BaCO3固体中混有BaSO4的：加过量盐酸后，过滤、洗涤C．除去FeCl2溶液中混有的FeCl3：加入过量铁粉，过滤D．除去Cu粉中混有的CuO：加适量稀硝酸后，过滤、洗涤知识点二碳单质及其化合物关于碳的氧化物中除杂质气体的考查3C碳及其化合物小结：二.硅及其化合物的作用硅的用途树形图知识点三硅单质及其化合物1.单质硅Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑（2）化学性质常温下性质稳定，只能与F2、HF、NaOH溶液反应。Si＋2F2=SiF4Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑晶体硅无定形硅灰黑色半导体游离化合Si＋O2=SiO2Si＋2Cl2=SiCl4高温高温加热的情况下可以与O2、Cl2进行的反应（1）主要物理性质单质硅有和两种，晶体硅是色、有金属光泽、硬而脆的固体。它的结构类似于金刚石，熔、沸点较高，是良好的材料,自然界中没有态的硅，常见的态的硅有SiO2和硅酸盐.知识点三硅单质及其化合物硅也是将太阳能转化成电能的常用材料，利用高纯硅单质的半导体性能，可制成光电池，将光能直接转化成电能。光电池目前的应用范围:计算器人造卫星火星探测器太阳能动力车登月车2.二氧化硅（1）晶体，具有结构，溶于水。以二氧化硅的为主要成分的物质有石英、水晶、玛瑙（2）化学性质①酸性氧化物②弱氧化性③特性（3）用途：1、信息高速公路的骨架-------光导纤维。2、石英坩埚、石英玻璃、石英钟表等3、光学仪器、工艺饰品（水晶、玛瑙）知识点三硅单质及其化合物原子正四面体不SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+2C=Si+2CO↑高温SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑高温高温[SiO4]四面体结构1、为什么盛放碱性溶液（NaOH溶液、Na2SiO3溶液等）可以用玻璃试剂瓶，但却不能用玻璃塞，而用橡皮塞或软木塞？思考：知识点三硅单质及其化合物【解析】玻璃成分中含SiO2，而SiO2常温下能与强碱缓慢反应，普通玻璃表面光滑，不易与NaOH溶液反应，所以可以盛放。但在磨口处易反应，且生成黏性好的硅酸钠，所以不能用磨口玻璃塞，防止试剂瓶黏结无法打开。盛放硅酸钠溶液的试剂瓶更不能用磨口玻璃塞。【解析】HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？2、二氧化碳与二氧化硅性质小结知识点三硅单质及其化合物CO2SiO2物理性质无色气体，能溶于水。熔、沸点低。坚硬、难溶的固体，不溶于水。石英晶体也具有立体网状结构化学性质（1）酸酐、具有酸性氧化物的通性（1）酸酐、具有酸性氧化物的通性与碱及碱性氧化物反应与碱以及碱性氧化物反应与水反应生成对应的酸不能与水反应生成对应的酸（2）弱氧化性（2）弱氧化性（3）与盐反应（3）与盐反应CO2+H2O=H2CO3CaO+SiO2高温CaSiO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCaO+CO2△CaCO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2CO3+H2O===2NaHCO3SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑（4）特性：与氢氟酸反应SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O（腐蚀玻璃）CO2+C高温2COSiO2+2C高温Si+2CO↑硅及其化合物小结：高温硅及其化合物知识中的特例1.非金属单质一般为非导体（如硫），但Si却为半导体。2.非金属单质与碱反应一般是非金属发生歧化反应（非金属既作氧化剂，又作还原剂），而Si与碱液反应却只作还原剂。Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑(Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O)3.C、Si同属ⅣA族，还原性是Si大于C，而C却能将Si从SiO2中还原出来（条件是高温），原因是产物CO气体迅速从反应体系中逸出。SiO2+2CSi+2CO↑4.非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而Si却能与HF发生反应。Si+4HF=SiF4↑+2H2↑5.酸性氧化物一般不与酸发生非氧化还原反应，但SiO2却能与HF作用。SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O知识点三硅单质及其化合物【变式演练2】判断下列表述是否正确：①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅（）②化学家采用玛瑙研钵研磨固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐（）③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥成分是二氧化硅（）④太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能（）【例题2】（07年广东）下列说法正确的是（）A．硅材料广泛应用于光纤通讯B．工艺师利用盐酸刻腐石英制作艺术品C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐产品D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应A关于硅及其化合物材料应用的考查【例题3】（06·天津理综）晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si+3HClSiHCl3+H2③SiHCl3与过量H2在1000～1100℃反应制得纯硅已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为。（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃)中含有少量SiCl4（沸点57.6℃)和HCl（沸点-84.7℃),提纯SiHCl3采用的方法为________℃300关于晶体硅的制备及提纯实验的考查SiO2+2C高温Si+2CO↑分馏（或蒸馏）（3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：①装置B中的试剂是_______________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是__________________。②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是________________________________，装置D中发生反应的化学方程式为__________________________________。③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_______________________________________________。④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号）是_______。a.碘水b.氯水c.NaOH溶液d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化有固体物质生成在反应过程中，普通玻璃会软化SiHCl3+H2Si+3HCl℃1001℃～0001排尽装置中的空气bd解析：本题考查了硅的工业制法和粗硅提纯，较全面地考查了物质的分离、除杂、制备、检验、现象描述等内容，以及实验能力、观察能力和思维能力。本节课小结：碳族元素：知识点一了解碳族元素的递变规律知识点二掌握碳单质及其化合物（氧化物）的性质知识点三掌握硅单质及其化合物（氧化物）的性质1、（09广东理综）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（）①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①②B．②③C．①④D．③④C巩固训练2、（09广东理综）下列除去杂质的方法正确的是（）A．除去CO2中混有的CO：用澄清石灰水洗气B．除去BaCO3固体中混有BaSO4的：加过量盐酸后，过滤、洗涤C．除去FeCl2溶液中混有的FeCl3：加入过量铁粉，过滤D．除去Cu粉中混有的CuO：加适量稀硝酸后，过滤、洗涤巩固训练3、下列反应的离子方程式，正确的是（）A.二氧化硅与氢氟酸反应SiO2+4H+=Si4++2H2OB.硅与氢氧化钾溶液反应Si+2OH-+H2O=SiO2+2H2↑C.把水玻璃溶液滴入盐酸中SiO32-+2H+=H2SiO3↓D.碳酸钡溶于稀硝酸CO32-+2H+=H2O+CO2↑CC4．（09浙江卷28）（15分）单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硫、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450-500°C），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。巩固训练相关信息如下：a.四氯化硅遇水极易水解；b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c.有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/℃57.712.8—315—熔点/℃－70.0－107.2———升华温度/℃——180300162请回答下列问题：（1）写出装置A中发生反应的离子方程式。（2）装置A中g管的作用是装置C中的试剂是；装置E中的h瓶需要冷却理由是。（3）装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是（填写元素符号）。MnO2+4H＋+2Cl－△Mn2＋+Cl2↑+2H2O平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；浓硫酸产物SiCl4沸点低，需要冷凝收集Al、P、Cl3.硅酸、硅酸盐（一）硅酸（1）性质硅酸是难溶于水的酸，其酸性比碳酸，硅酸不能使紫色石蕊试液变红色。①硅酸不稳定，受热易分解：