碳、硅单质的性质与用途

1．碳、硅单质的存在形式

 2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途

(1)碳、硅单质的结构

金刚石：空间网状结构；

石墨：层状结构；

晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构。

[注意]　

(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。

碳、硅单质的化学性质——还原性

碳、硅的最外层都是4个电子，位于元素周期表的第ⅣA族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应，一般表现为还原性(如图)。

1．碳的性质与用途

碳有重要的用途，除了在氧气中燃烧利用其热能外，还能用于金属冶炼(如铜)、制取粗硅、生产水煤气等，完成上图转化关系中①、③的化学方程式。

①C＋CO₂$ \stackrel {高温} {=} $2CO；

③C＋H₂O(g)$ \stackrel {高温} {=} $CO＋H₂。

2．硅的化学性质

硅的化学性质不活泼，在常温下只能与氟气、氢氟酸、NaOH溶液反应，不能与H₂、O₂、Cl₂、浓硫酸、浓硝酸反应，但加热时能与O₂、Cl₂反应。

完成上图转化关系中④～⑦的化学方程式：

④Si＋O₂$ \stackrel {\Delta} {=} $SiO₂；

⑤Si＋2Cl₂$ \stackrel {\Delta} {=} $SiCl₄；

⑥Si＋4HF=SiF₄↑＋2H₂↑；

⑦ Si＋2NaOH＋H₂O=Na₂SiO₃＋2H₂↑。

3．硅的工业制法

用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅，反应的化学方程式为2C＋SiO₂$ \stackrel {高温} {=} $Si＋2CO↑。

[注意]　工业上常用焦炭在电炉中还原SiO₂得到粗硅，但反应需隔绝空气(或O₂)，生成的是CO而不是CO₂。

性质迥异的两种氧化物——CO2与SiO2

1．物理性质

(1)熔、沸点：SiO₂的熔、沸点比CO₂的熔、沸点高。

(2)溶解性：CO₂可溶于水，SiO₂不溶于水。

2．化学性质

3．主要用途

CO₂：制饮料、碳酸盐，干冰用作制冷剂。

SiO₂：作光导纤维，制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。

4．CO₂的实验室制法

(1)反应原理

用大理石与稀盐酸或稀硝酸反应离子方程式：

CaCO₃＋2H^＋=Ca^2＋＋CO₂↑＋H₂O。

(2)发生装置

通常用启普发生器。

[注意]　

(1)CO₂与水反应生成碳酸，但SiO₂不溶于水，不能用SiO₂与水反应制备硅酸。

(2)SiO₂既能与HF反应，又能与NaOH溶液反应，但SiO₂不是两性氧化物。

 5.确认混合气体(CO、CO₂)中含有CO气体的实验设计方法

各装置的作用是：

A——除去混合气体中的CO₂气体

B——检验混合气体中CO₂是否除尽

C——CO还原CuO：CO＋CuO$ \stackrel {高温} {=} $Cu＋CO₂

D——验证CO的氧化产物CO₂

E——除去尾气中的CO₂气体

F——除去尾气中的CO气体、防止污染环境

确定混合气体中含有CO气体的实验现象是：

C中的物质由黑色变成红色，B中无明显现象，D中的澄清石灰水变浑浊。

硅酸与硅酸盐

 1．硅酸

2．硅酸盐

(1)硅酸钠

①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。

②与酸性较硅酸强的酸反应：

a．与盐酸反应的化学方程式：Na₂SiO₃＋2HCl=2NaCl＋H₂SiO₃↓。

b．与CO₂水溶液反应的化学方程式：Na₂SiO₃＋H₂O＋CO₂=Na₂CO₃＋H₂SiO₃↓。

③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

(2)硅酸盐组成的表示方法

通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na₂SiO₃)可表示为Na₂O·SiO₂，长石(KAlSi₃O₈)可表示为K₂O·Al₂O₃·6SiO₂。

[注意]　

(1)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。

(2)硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是硅酸钠，其水溶液称为泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。硅胶(mSiO₂·nH₂O)是一种很好的无毒干燥剂。

（3）硅酸盐改写成氧化物形式的方法

①氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。

②氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“·”隔开。

③当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi₃O₈不能写成

$\frac{1}{2}$K₂O·$\frac{1}{2}$Al₂O₃·3SiO₂，应写成K₂O·Al₂O₃·6SiO₂。