第十一章 常见金属元素及其化合物第四节碳和硅

课时1 碳、硅及其重要化合物知识点一 碳、硅单质及其氧化物【考必备·清单】1．碳、硅的存在形态、物理性质和用途[名师点拨] ①碳单质的结构不同导致物理性质不同，但化学性质相似。

②同素异形体之间的转化是化学变化，但不是氧化还原反应。

2．碳、硅单质的化学性质 (1)碳单质的化学性质——还原性 ①与O 2的反应(用化学方程式表示) O 2不足：2C ＋O 2=====点燃2CO ； O 2充足：C ＋O 2=====点燃CO 2。

②与其他物质的反应(用化学方程式表示)a ．与CuO 反应：C ＋2CuO=====高温2Cu ＋CO 2↑(可用于金属的冶炼)； b ．与CO 2反应：C ＋CO 2=====高温2CO ；c ．与水蒸气反应：C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2(制水煤气)；d ．与浓硫酸反应：C ＋2H 2SO 4(浓)=====△CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O 。

(2)硅单质的化学性质——还原性 ①与O 2反应：Si ＋O 2=====△SiO 2；②与氢氟酸反应(用化学方程式表示，下同)：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑； ③与NaOH 溶液反应：Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。

3．硅的制备(1)原料：二氧化硅、焦炭。

(2)原理：SiO 2＋2C=====高温Si(粗)＋2CO↑。

(3)提纯：Si(粗)＋2Cl 2=====△SiCl 4，SiCl 4＋2H 2=====高温Si(纯)＋4HCl 。

4．碳和硅的氧化物(1)一氧化碳：无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。

(2)二氧化碳和二氧化硅 CO 2＋H 2OH 2CO 3[名师点拨] ①CO 2与水反应生成碳酸，但SiO 2不溶于水，不能用SiO 2与水反应制备硅酸。

②SiO 2既能与HF 反应，又能与NaOH 溶液反应，但SiO 2不是两性氧化物。

碳、硅及其化合物授课目的：1．认识碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。

2.认识碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。

3.认识碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。

授课重难点：认识碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用授课过程：考点一碳、硅及其重要化合物的性质1．碳、硅元素的存在形态(1)碳元素在自然界中既有游离态又有化合态。

碳的同素异形体有金刚石、石墨、无定形碳、C60等。

(2)硅元素在地壳中的含量占第二位，仅次于氧元素，全部以化合态存在，是一种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。

2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较碳硅结构金刚石：空间网状结构晶体硅：与金刚石近似的空间网状结构石墨：层状结构物理金刚石熔点高、硬度大石墨熔点晶体硅为灰黑色固体，有金属光彩、硬度大、熔性质高、质软，有圆滑感点高用途金刚石用于制造切割刀具，石墨用晶体硅用作半导体资料，制造硅芯片和硅太阳能作电极、铅笔芯电池3.碳、硅单质的化学性质(1)碳(2)硅①与 F2反应： Si＋2F2===SiF4。

②与氢氟酸反应： Si＋ 4HF===SiF4↑＋ 2H2↑。

③与 NaOH 溶液反应：Si＋2NaOH＋ H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

④与 O2反应： Si＋O2SiO2。

⑤与 Cl 2反应： Si＋ 2Cl2SiCl4。

硅的工业制法碳、硅单质的特别性1．一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。

2．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

3．Si 的还原性大于 C，但 C 在高温下能还原出Si： SiO2＋ 2CSi＋ 2CO↑。

4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋ H2O===Na2SiO3＋ 2H2↑。

高中化学碳和硅的知识点介绍在高中的化学学习中，学生过会学习到很多的知识点，下面店铺的小编将为大家带来化学中关于碳和硅的知识点的介绍，希望能够帮助到大家。

高中化学碳和硅的知识点(一)碳族元素1、组成和结构特点(1)碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素，位于元素周期表的IVA族。

(2)碳族元素原子最外层有4个电子，在化学反应中不易得到或失去电子，易形成共价键。

主要化合价有+2和+4价，其中碳和硅有负价。

碳族元素在化合物中多以+4价稳定，而铅在化合物中则以+2价稳定。

碳族元素中碳元素形成的单质(金刚石)硬度最大;碳元素形成的化合物种类最多;在所有非金属形成的气态氢化物中，CH4中氢元素的质量分数最大;12C是元素相对原子质量的标准原子;硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。

2、性质的递变规律随着原子序数的增大，碳族元素的原子半径依次增大，由非金属元素逐渐转变为金属元素，即金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱;最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强;气态氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强。

(二)碳及其化合物1、碳单质(1)碳的同素异形体(2)碳的化学性质常温下碳的性质稳定，在加热、高温或点燃时常表现出还原性，做还原剂，温度越高，还原性越强，高温时的氧化产物一般为一氧化碳。

溶解性不同：一般情况下，所有的钾盐、钠盐和铵盐是可溶的，所有的酸式盐是可溶的，正盐的溶解度小于酸式盐的溶解度，但碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠的溶解度。

热稳定性不同：一般情况下，难溶的正盐和酸式盐受热易分解，可溶性碳酸盐稳定不易分解。

与酸反应的剧烈程度不同：两者都能与强酸(H+)反应产生CO2，但反应的剧烈程度不同，根据反应的剧烈程度可鉴别两者。

可溶性盐的水解程度不同：相同浓度的正盐溶液的pH值大于酸式盐溶液的pH值。

与碱反应不同：弱酸的酸式盐可与碱反应生成正盐。

与盐反应不同：碳酸钠可与氯化钙或氯化钡反应生成难溶性碳酸盐，但碳酸氢钠不反应。

摘要本文简单粗略地介绍了Ⅳ主族，即碳族元素的基本通性，并对其中的碳元素和硅元素进行展开，分析了它们的单质，各类化合物的性质与制备方法，并揭示了它们在现实生活、工业等各个领域的用途及应用前景。

最后对碳、硅元素之间的异同作了进一步的阐述。

希望通过本文能够更深入地了解有关碳元素、硅元素以及碳族元素的扩展知识。

关键词：金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管、超导材料、沸石分子筛、半导体、高温结构陶瓷、纤维一．碳族元素的通性碳族元素是Ⅳ族元素，包括碳（carbon C）、硅（silicon Si）、锗（germanium Ge）、锡（tin Sn）、铅（lead Pb）、五个元素。

碳和硅是非金属元素，其余三种是金属元素。

本族元素基态原子的价电子结构为ns2np2。

碳和硅主要形成共价化合物，常见的氧化态为+4。

由于C-C单键的键能比C-H、C-O的键能低，所以含C-C键的化合物大量存在。

碳原子还有较强的形成多重键的倾向。

与碳相比，硅生成多重键的倾向明显减弱，在绝大多数化合物中硅原子常以sp3杂化形成4个单键，由于Si-O键能比Si-Si键能多，所以硅是亲氧元素。

随着本族元素原子序数的递增，过渡到第六周期元素铅时，由于原子核中有充满的4f亚层，有集中增强的核电场，加强了6s电子的穿透性，使6s能级显著降低，6s电子较不易成键，这就是所谓的“惰性电子对”。

因此，在锗、锡、铅中，随着元素原子序数的增大，稳定氧化态由+4变为+2。

+2氧化态的锗有很强的还原性，而+2氧化态的锡和铅离子在极性溶液中存在，+4氧化态的铅为强氧化剂。

碳和硅在自然界中分布很广，其中硅在地壳中的含量仅次于氧，锗的分布很分散，锡和铅矿藏较集中，易提炼。

锡在自然界中主要的矿石是锡石SnO2，我国有丰富的铅资源。

铅的主要矿石是方铅矿PbS。

碳族元素的单质都有十分重要的应用。

例如，高纯度的硅和锗是良好的半导体材料，在电子工业中用来制造各种半导体元件，锡和铅可用于制造合金，铅还可以作核反应推的防护屏等。

碳、硅及其化合物无机非金属材料一、碳及其化合物1、单质（1）同素异形体金刚石：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”，是分子晶体。

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量杂质组成。

（2）化学性质还原性：（与O2、浓H2SO4、CuO、H2O）、、2、气态氢化物—CH43、一氧化碳CO（1）物理性质：色味的气体，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（与O2、Fe2O3、CuO）、4、二氧化碳CO2（1）结构：电子式为，结构式为，空间构型为型。

属于由键构成的分子，固态时为晶体。

（2）物理性质：色味的气体，溶于水，干冰能升华。

（3）化学性质：①弱氧化性（Mg、C）、② 具有酸性氧化物的性质（NaOH 、Ca(OH)2、CaCO 3、Ca(ClO)2）、 、（4）制法① 工业制法：② 实验室制法：5、碳酸H 2CO 3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CO 2和H 2O 的形式，只有作为水解产物时写成H 2CO 3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 +、NH 4+ 可溶 ＞可溶 其它难溶＜ 可溶 （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+CO 2 酸式盐K +、Na + 加热可分解，＜200℃ 正盐+CO 2+H 2O其它Ca 2+、Mg 2+等 加热可分解，＜100℃ 正盐+CO 2+H 2O 铵盐 (NH 4)2CO 3、NH 4HCO 3 不稳定，常温已分解 NH 3+CO 2+H 2O （3）相互转化7、碳化物（1）SiC ，金刚砂，原子晶体。

硅元素及其化合物知识点总结
一、什么是硅
硅（Silicon）是一种无色、无臭、有较高熔点的纯净固体，是最常见的金属元素之一、它有高导电性、热电性和冶金特性，是最重要的半导体材料，可用于微电子制造、电力装置、火灾报警器、航空航天制品等。

二、硅元素的结构
硅元素是由28个阳离子和14个阴离子组成的类铁结构，由四个Si 原子构成四个一组，其中两个硅原子存在正方形的相互结合，其余两个Si原子的配对紧密相互关联，被称为类铁结构。

硅元素内部的化学性能和外部的物理性能都会受到这类铁结构的影响。

三、硅元素的物理性质
1、硅元素的密度是2.33 g/cm3，比重是大约2.4
2、硅元素的沸点是2355℃，熔点是1414℃。

3、硅元素的导热系数是159W/(m·K），具有较高的导热性，可用于制作电子器件。

4、硅元素具有高韧性，其弹性模量是约73GPa，抗拉强度约是
211MPa，抗压强度约是8.2MPa。

5、硅元素的折射率在0.5~3.6微米之间，可用作反射镜。

6、硅元素的电导率是0.6×10-（Ω·m），可用作热电力元件。

四、硅元素的化学性质
1、硅元素是一种非金属元素，属于第四周期，在元素周期表中排在14位，原子序数为14，其电子配置与硅杂质的构成相同，即[Ne]3s23p2
2、硅元素是半金属元素。