第四节　维生素和微量元素教案及板书设计

碳、硅单质及氧化物的性质 学案

1．碳元素与硅元素

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。

碳、硅元素的差异：非金属性C＞Si（金属性Si＞C），表现在氢化物稳定性___________，最高价含氧酸酸性__________________等，这些差异当然也反映在碳、硅单质的物理、化学性质上。

2．碳、硅单质的存在形态、物理性质及用途

(1)自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有_______态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有_________和无定形硅两大类。

(2)单质的结构、物理性质与用途比较

结构

物理

性质

用途

碳

金刚石：___________结构

石墨：________结构

金刚石熔点高、硬度大

石墨熔点高、质____，有滑腻感

金刚石用作切割刀具，______用作电极、铅笔芯

硅

晶体硅：与金刚石类似的_________结构

晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度_____、熔点_____ 晶体硅用作_________材料、硅芯片和硅太阳能电池

石墨结构

近年来科学研究前沿：石墨烯——石墨单层

3．碳、硅单质的化学性质——还原性

(1)碳的还原性

金刚石结构（晶体硅类似）

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②～④的化学方程式。

①C＋O2====CO2

2C＋O2====2CO

2CO＋O2=====2CO2

CO2＋C=====2CO；

② (制粗硅) ③

(制水煤气) ④ (焦炭冶炼铜)

△高温

(2)硅的化学性质不活泼，在常温下只能与氟气(F2)、______反应，不能与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸反应，加热时能与氧气、氯气反应。

⑤Si＋2Cl2=====SiCl4；

⑥Si＋2F2===SiF4；

⑦ （硅与强碱反应）。

4.CO2、SiO2的物理和化学性质比较

物质

结构

水溶性

与水反应

与碱反应

化学性质

与碱性氧化物反应

与酸反应

与盐反应

与碳反应

制法

深度思考

1、判断：12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。

(

) 2、从元素周期表的位置看，硅的还原性比碳强，但碳能与SiO2反应制取Si，试从化学平衡的角度认识该反应发生的原因。

答案

2C＋SiO2=====Si＋2CO↑，由于CO气体的逸出，促使反应正向进行。

高温△CO2（酸性氧化物）

SiO2（酸性氧化物）

1、近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是（

）

石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的物质

石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性

纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料

A．石墨烯具有良好的导电性

B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体

C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜

D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同

2、(2016▪广州校级四模) 硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：

（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅．三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如图所示：

（1）写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：

．

（2）整个制备过程必须严格控制无水无氧．SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：

；

H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是

．



反思归纳

在设计制备纯硅的实验题中，常遇到的知识点有：

( 1 ) 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：2C＋SiO2=====Si(粗)＋2CO↑

( 2 ) 粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：

Si(粗)＋3HCl=====SiHCl3＋H2 SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：

SiHCl3＋H2=====Si(纯)＋3HCl

( 3 ) 粗硅与干燥Cl2气体反应制得SiCl4：

Si(粗)＋2Cl2=====SiCl4 SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：

SiCl4＋2H2=====Si(纯)＋4HCl

( 4 ) SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：

SiHCl3＋3H2O====H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑

SiCl4＋3H2O====H2SiO3↓＋4HCl 高温高温高温高温高温