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一、碳及其化合物

1、碳的单质

1）、种类：

金刚石、石墨、C₆₀、炭黑，称作同素异形体

2）、化学性质

• 与氧气反应

2C+O_{2（不足）}2CO

• 与金属氧化物反应

• 与氧化性酸反应

3）、用途

金刚石：切削工具、装饰品。

石墨：电极、润滑剂、铅笔芯。

2、碳的氧化物

1）、一氧化碳

一种无色无味的有毒气体，俗称“煤气”，人吸入后，导致煤气中毒。具有可燃性、还原性，可与金属氧化物（CuO、Fe₂O₃）反应：

2）、二氧化碳

一种无色无味气体，能溶于水，固体二氧化碳叫干冰。能与H₂O、金属氧化物、碱反应:

CO₂+Na₂O=Na₂CO₃

2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂

CO₂+2Mg2MgO+C

CO_{2（少量）}+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O

CO₂+Na₂CO₃+H₂O=2NaHCO₃

CO_{2（过量）}+NaOH=NaHCO₃

二、硅及其化合物

1、硅单质

1）、结构及物理性质

灰黑色固体，在地壳中以氧化物形式存在，含量居第二位，仅次于氧，熔沸点高，硬度大。导电性介于导体和绝缘体之间，常用作半导体材料，太阳能电池板，芯片。

2）、化学性质

硅的化学性质不活泼,常温下只能与F₂、氢氟酸、强碱溶液反应;在加热条件下,能与O₂、Cl₂等少数非金属单质化合。

3）、工业制备

2、硅的重要化合物

1）、二氧化硅

2）、硅酸

3）、硅酸盐

(1)Na₂SiO₃

Na₂SiO₃的水溶液俗称水玻璃。

a.贮存:盛Na₂SiO₃溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。

b.变质:Na₂SiO₃水溶液在空气中易变质,反应的离子方程式为

Na₂SiO₃+CO₂+H₂O=H₂SiO₃↓+Na₂CO₃

(2)硅酸盐的氧化物表示法

a.书写顺序:低价金属氧化物写在前,高价金属氧化物写在后;活泼金属
的氧化物写在前,不活泼金属的氧化物写在后。

b.书写原则:分子中各原子数目比不变,各元素化合价不变且代数和为

零;若系数配置出现分数时应化为正整数。

例：

长石(KAlSi₃O₈)可表示为： K₂O·Al₂O₃·6SiO₂。

三、无机非金属材料

1、材料的分类

2、传统无机非金属材料

	水泥	玻璃	陶瓷
主要原料	黏土、石灰石、石膏	石灰石、石英砂、纯碱	黏土
主要设备	水泥回转窑	玻璃窑	陶瓷窑
反应原理	复杂的物理、化学变化过程	主要反应: Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑	复杂的物理、化学变化过程
组成	硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙(3CaO·Al2O3)	硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅	硅酸盐
用途	重要的建筑材料	制化学实验用的玻璃仪器、窗玻璃等	在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛

3、新型无机非金属材料

如高温结构陶瓷、光导纤维等。

主要特性:能承受高温、高强度;具有电学、光学特性;具有生物功能。

四、知识总结

1、除杂质

(1)CO中混有CO₂,通过盛有NaOH溶液的洗气瓶。

(2)CO₂中混有CO,通过装有灼热CuO的硬质玻璃管。

(3)CO₂中混有SO₂、HCl,通过盛有饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶。

2、CO₂在自然界中的循环

(1)CO₂的主要来源:大量含碳燃料的燃烧。

(2)自然界消耗CO₂的主要反应:

①溶于江水、海水中：CO₂+H₂O H₂CO₃。

②光合作用将CO₂转化为O₂。

③岩石的风化：CaCO₃+H₂O+CO₂ = Ca(HCO₃)₂

3、碳酸的酸式盐和正盐的比较

(1)在水中的溶解性

①含K⁺、Na⁺、NH₄⁺ 的正盐易溶于水,其余一般不溶于水;酸式盐均能溶于水。

②一般来说,在相同温度下,难溶性正盐的溶解度小于其酸式盐的溶解度

如溶解度: Ca(HCO₃)₂>CaCO_3。

可溶性正盐的溶解度大于其酸式盐的溶解度

如溶解度: Na₂CO₃>NaHCO₃。

(2)热稳定性

①一般来说,热稳定性顺序为:正盐>酸式盐>碳酸

如稳定性 Na₂CO₃>NaHCO₃>H₂CO₃。

②可溶性正盐>难溶性正盐

如 CaCO₃高温分解,而 K₂CO₃不易分解。

五、碳、硅及其化合物的“反常现象”

1、一般情况下,非金属元素单质熔、沸点低,硬度小,但硅、金刚石熔、沸点高,硬度大,其中金刚石为自然界中天然存在的硬度最大的物质。

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、一般情况下,较强氧化剂+较强还原剂 = 较弱氧化剂+较弱还原剂,而碳却能还原出比它还原性更强的物质:

SiO₂+2C Si+2CO↑ (因为CO逸出降低了生成物浓度,使反应向右进行)。

4、非金属单质与碱反应一般是非金属单质既作氧化剂又作还原剂,且不产生H₂,

例：Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O,

而Si与强碱溶液反应时Si只作还原剂,且产生H₂：

Si+2NaOH+H₂O = Na₂SiO₃+2H₂↑。

5、一般情况下，(较活泼)金属+(非氧化性)酸 = 盐+H₂，非金属单质无此性质。而硅不但能与氢氟酸反应,且有H₂生成：

Si+4HF= SiF₄↑+2H₂↑。

6、一般情况下,碱性氧化物+酸 = 盐+水，SiO₂是酸性氧化物,却能与氢氟酸反应：

SiO₂+4HF= SiF₄↑+2H₂O (SiF₄不属于盐)。

7、一般情况下,无机酸能溶于水,而H₂SiO₃(或H₄SiO₄)却难溶于水。

8、一般情况下，较强酸+较弱酸的盐 = 较弱酸+较强酸的盐(溶液中的反应)。因为H₂CO₃的酸性强于H₂SiO₃,所以水玻璃在空气中易变质:

Na₂SiO₃+CO₂+H₂O = H₂SiO₃↓+Na₂CO₃

但在高温下,反应Na₂CO₃+SiO₂= Na₂SiO₃+CO₂↑也能发生

(CO₂离开反应体系使反应向右进行)。

9、一般情况下,非常活泼的金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢,但C也能置换出H₂O(g)中的H：

C+H₂O(g)CO+H₂

10、一般情况下,非金属氧化物与水反应生成相应的酸。

例：CO₂+H₂O H₂CO₃ 但SiO₂不溶于水,也不与水反应。

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