碳族元素

碳族元素知识点总结

-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1

-2-

族元素

1．复习重点

1．碳族元素原子结构的特点、碳族元素化合价为正四价和正二价；

2．碳族元素的性质及其递变规律；

3．碳和硅的性质、用途。

碳

1.C

在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。

①燃烧反应

②与某些氧化物的反应：C＋CO

2

2CO；C＋2CuOCO

2

↑＋2Cu；

C＋H

2

OCO＋H

2

O（CO、H

2

的混合气体叫

水煤气）；

2C+SiO

2

Si+2CO↑

③与氧化性酸反应：C＋2H

2

SO

4

（浓）CO

2

↑＋2SO

2

↑＋2H

2

O；

C＋4HNO

3

（浓）CO

2

↑＋4NO

2

↑＋2H

2

O

不溶于水，有毒(CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和O

2

结合，而使细

胞缺氧引起中毒)，但由于CO无色无味因此具有更大的危险性。

①可燃性

②还原性：CO+CuOCO

2

＋Cu，CO+H

2

O(g)CO

2

+H

2

O

2

直线型（O＝C＝O）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可倾

倒，易液化。固态CO

2

俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：

CaCO

3

＋2HCl＝CaCl

2

＋CO

2

↑＋H

2

O。

①酸性氧化物一—酸酐

Ca(OH)

2

＋CO

2

＝CaCO

3

↓＋H

2

O(用于检验CO

2

)

②氧化性：CO

2

＋C

高温2CO；2Mg＋CO

2点燃2MgO＋C

4.碳酸盐

①溶解性：Ca(HCO

3

)

2

>CaCO

3

；Na

2

CO

3

>NaHCO

3

。

②热稳定性：Na

2

CO

3

>CaCO

3

；碱金属正盐>碱金属酸式盐:Na

2

CO

3

>NaHCO

3

。

③相互转化：碳酸正盐碳酸酸式盐(除杂用)

-3-

硅

1.晶体硅的物理性质

灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。它的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，

硬度也很大。它的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

2、硅的化学性质

1．在常温下，硅的化学性质不活泼。

常温下除了能与氟气、氢氟酸、强碱反应外，不能与其他物质反应.

Si+2F

2

＝SiF

4

Si+4HF＝SiF

4

↑+2H

2

↑

Si+2NaOH+H

2

O＝Na

2

SiO

3

+2H

2

↑

2．在加热条件下，能与某些非金属反应。

在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧，生成二氧化硅并放出大量热。

Si+O

2

＝SiO

2

三．工业制法

制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO

2

＋2C高温Si＋2CO↑，将制得

的粗硅，再与C1

2

反应后，蒸馏出SiCl

4

，然后用H

2

还原SiCl

4

可得到纯硅。有关的反应

为：Si十2C1

2高温SiCl

4

、SiCl

4

+2H

2高温Si+4HCl。

二氧化硅

1.物理性质

SiO

2

为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO

2

通常状况下是

气体，固体熔点很低。其差别在于晶体类型不同。CO

2

是分子晶体，故熔点很低。

2.化学性质。

(1)．SiO

2

是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，它不溶于水，也不与水反应。

SiO

2

与CO

2

化学性质的比较

物质二氧化硅二氧化碳

与水反应不反应CO

2

+H

2

O＝H

2

CO

3

与酸反应SiO

2

+4HF＝SiF

4

+2H

2

O不反应

与碱反应SiO

2

+2NaOH＝Na

2

SiO

3

+H

2

O生成正盐和酸式盐

与碱性氧化物反应SiO

2

+CaO＝＝＝CaSiO

3

CO

2

+Na

2

O＝Na

2

CO

3

与碳反应SiO

2=

+2C＝＝＝Si+2COCO

2

+C＝2CO

SiO

2

+2NaOH＝Na

2

SiO

3

+H

2

O盛装碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，而

只能用橡皮塞。生成的硅酸钠具有粘性，要将瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打

开。

二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。酸性氧化物大都能直接跟水化合生

成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸)只能用相应的

可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得：首先让SiO

2

和NaOH（或Na

2

CO

3

）在熔化条件

下反应生成相应的硅酸钠：SiO

2

＋2NaOH

熔化Na

2

SiO

3

＋H

2

O，

-4-

SiO

2

＋Na

2

CO

3

熔化Na

2

SiO

3

＋CO

2

，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：

Na

2

SiO

3

+2HCl→H

2

SiO

3

+2NaCl。

2．弱的氧化性

SiO

2=

+3C＝＝SiC+2CO

3．特性

SiO

2

+4HF＝SiF

4

+2H

2

O这就是工业上用氢氟酸雕刻玻璃的反应原理。

硅酸、硅酸盐

一、硅酸

硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱。

将CO

2

通入Na

2

SiO

3

的溶液中，会析出原硅酸沉淀。

CO

2

+Na

2

SiO

3

+2H

2

O＝Na

2

CO

3

+H

4

SiO

4

↓

虽然二氧化硅是酸性氧化物，但不能用二氧化硅跟水直接作用制得硅酸，而只能用相

应的可溶性的硅酸盐跟酸作用来制硅酸。

2HCl+Na

2

SiO

3

+H

2

O＝2NaCl+H

4

SiO

4

↓

原硅酸是一种白色胶状沉淀物。原硅酸几乎不溶于水，是一种弱酸，很不稳定。这种

白色胶状物在空气里干燥，失去一部分水后，变成白色粉末即硅酸。

二、硅酸盐

硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐。

硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其

组成。具体表达形式为：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水。

如硅酸钠Na

2

SiO

3

Na

2

O·SiO

2

镁橄榄石Mg

2

SiO

4

2MgO·SiO

2

钙沸石Ca(Al

2

Si

3

O

10

)3H

2

OCaO·Al

2

O

3

·3SiO

2

·3H

2

O

正长石KAlSi

3

O

8

K

2

O·Al

2

O

3

·6SiO

2

可溶性硅酸盐中最常见的是硅酸钠，它的水溶液俗名水玻璃。水玻璃又叫做泡化碱，

它是一种无色粘稠的液体，是一种矿物胶，它既不能燃烧又不受腐蚀，在建筑工业上可作

粘合剂。可用作耐火材料。

硅及其化合物的特性

1．硅的还原性比碳强，得在高温下碳能将硅从SiO

2

中还原出来。

2．非金属单质与强碱溶液反应一般不产生氢气，但硅要产生氢气。

3．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅却能与氢氟酸反应，且能产生氢气。

4．非金属单质一般不具有金属光泽，而石墨和硅却具有，且都能导电，硅是常用的半

导体材料。

5．非金属氧化物一般是分子晶体，熔沸点较低，但二氧化硅却是原子晶体，熔点很

高。

6．酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟

化硅和水。

7．无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。

8．在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸的强，二氧化碳与硅酸钠溶液反应生成碳酸钠和硅

酸沉淀。在高温下碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其原因是在高温条件

下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。

硅胶

-5-

硅胶是很好的干燥剂、吸附剂以及催化剂载体

硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷

主要设备水泥回转窑玻璃熔炉

原料石灰石和粘土纯碱、石灰石、石英粘土

反应原理复杂的物理、

化学变化

Na

2

CO

3

+SiO

2

＝Na

2

SiO

3

+CO

2

CaCO

3

+SiO

2

＝CaSiO

3

+CO

2

复杂的物理化学变化

生产过程磨—烧—磨原料强热为熔体冷却玻璃混合→成型→干燥→

凝结→冷却→陶瓷

主要成分

3CaO·SiO

2

2CaO·SiO

2

3CaO·Al

2

O

3

Na

2

SiO

3

、CaSiO

3

、SiO

2

反应条件高温高温高温

种类不同标号普通玻璃、特种玻璃土器、陶器、瓷器等

特性水硬性无固定熔沸点，在一定温度范围软

化，可制成各种形状

抗氧化、抗酸碱腐

蚀、耐高温、绝缘体

从玻璃的制取原理中能否证明硅酸的酸性比碳酸强呢？

不能。二氧化硅能与碳酸钙和碳酸钠反应生成二氧化碳，是由于该反应的反应物都是

固体，在高温下发生反应时，生成的二氧化碳气体脱离反应体系使反应得以进行，但不能

说明硅酸的酸性比碳酸强。酸性强弱的本质是酸电离出氢离子的难易程度。我们所学过的

复分解反应的规律仅适用于溶液里的反应。它与Na

2

SiO

3

+CO

2

+H

2

O＝Na

2

CO

3

+H

2

SiO

3

并不

矛盾。

碳及其化合物的知识网络

2．难点聚焦

碳和硅的化学性质

元素符号

CSiGeSnPb

原子序数

614325082

原子半径变化趋势



逐渐增加

金属性与非金属性递变



强非金属性减弱金属性增

最高正价

+4

最高正价氧化物化学式

CO

2

SiO

2

GeO

2

SnO

2

PbO

2

最高正价氧化物对应的水化物

的化学式及酸碱性强弱

H

2

CO

3

H

2

SiO

3

或H

4

SiO

4

Ge(OH)

4

Sn(OH)

4

Pb(OH)

4



酸性减弱碱性增强

氢化物的化学式及稳定性强弱

CH

4

SiH

4

——————



稳定性减弱

-6-

注意：碳族元素的氢化物的写法是碳族元素在前，氢元素在后。

总结：1。相似性

①最外层上均有4个电子，易形成共价键。

②最高正价均为+4价，最高价氧化物通式为RO

2

，对应水化物通式为H

2

RO

3

或

R(OH)

4

，特殊的原硅酸为H

4

SiO

4

。

③气态氢化物可表示成RH

4

。

2．递变性

随着原子序数的递增，元素的原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，失电子能力

逐渐增强，元素由非金属性向金属性递变的趋势明显。

3．主要化合价

碳族元素的化合价主要有+4和+2，碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的

+2价化合物是稳定的。根据此性质可判断：锡的+2价化合物应具有强的还原性，铅

的+4价的化合物应具有较强的氧化性。

4．单质的物理性质

碳族元素单质的密度是从碳到铅逐渐增大，熔点、沸点逐渐降低。

化学

性质

碳硅

还

原

性

与单质

反应22

COOC

点燃



2

2C+O2CO

点燃

2

)(2CSgSC高温

22

SiOOSi





42

2SiFFSi

42

2SiHHSi高温（不稳

定）

与氧化

物反应

CuCOCuOC22

2

高温

FeCOOFeC233

32

高温

SiCOSiOC22

2

电炉

SiCCOSiOC22

2

高温

FeSiOFeOSi22

2

高温

与酸反

应

OHNOCOHNOC

2223

24)(4



浓

OHSOCOSOHC

22242

22)(2



浓

不与

3

HNO、

42

SOH

等反

应，但有：



24

24HSiFHFSi

与水或

碱溶液

反应

22

)(HCOgOHC高温

2322

22HSiONaOHNaOHSi

与CaO反应

COCaCCaOC

2

3高温

专题三二氧化碳和二氧化硅的结构、性质比较（见表7—7）

项目

2

CO

2

SiO

类别酸性氧化物酸性氧化物

-7-

晶体类型分子晶体原子晶体

熔点和沸

点

低高，硬度大

化学性质OHCO

22



32

COH

不溶于水，与水也不反应

OHCONaNaOHCO

2322

2OHSiONaNaOHSiO

2322

2

OHSiFHFSiO

242

24

联系

32442232

2CONaSiOHOHCOSiONa

OHSiOSiOH

2244

2



3硅及其化合物的特性

的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：

COSiCSiO22

2

高温

2.非金属单质跟碱液作用一般无

2

H

放出，但Si却放出H

2

：



2322

22HSiONaOHNaOHSi

24

24HSiFHFSi

3.非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：

4.非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。

2

是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H

2

SiO

3

。

6.非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO

2

的却很高。

7.酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO

2

能跟HF作用：



242

24HSiFHFSiO

8.无机酸一般易溶于水，却难溶于水。

9.因H

2

CO

3

的酸性大于H

2

SiO

3

，所以在Na

2

SiO

3

溶液中通入CO

2

能发生下列

反应：

32322232

CONaSiOHOHCOSiONa，但在高温下



232232

COSiONaSiOCONa

高温

也能发生。

2

SiO

3

的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液

（即水玻璃）俗称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。

4硅与碱溶液的反应特点

硅与强碱溶液反应的实质是什么究竟哪种物质是氧化剂根据化学方程式：



2322

22HSiONaOHNaOHSi

进行分析，似乎NaOH和

OH

2

都是氧化剂，其实不然。上述反应实际分两

步进行







2442

24HSiOHOHSi①

-8-

OHSiONaNaOHSiOH

23244

32②

其中反应①为氧化还原反应，反应②为非氧化还原反应。合并①②两式得

总反应方程式。其中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物、起氧

化作用的只是H

2

O。所以H

2

O是①式的氧化剂，也是总反应的氧化剂。为表示

反应的实质（或要求标出电子转移方向和数目时），可写成：

22322

2423SiNaOHHONaSiOHHO

11．碳及其化合物的知识网络

硅及其化合物的知识网络

Ca(HCO

3

)

2C

CO

2CaCO

3

CaC

2C

2

H

C

有机

NH

4

HCO

CH

4

H

2

CO

3

Na

2

CO

NaHCO

3O

2SiC、

CCl

不完全燃烧O

2

(不足)

O

2

(

不

足

)

①O

2

②CuO

炽

热的碳

NH3·H2O

O

2

(

点

燃

)

△

H2O

CaO

△

Si、Cl2(△)

Mg(点燃)

①O

2

(点)

②CuO

(△)

C、CO

Na2O2

NaOH

H2O

NaOHH＋

Ca(OH)2

①高温②H+

Ca2＋

CO2、H2O

△

Ca(OH)2

CO2(水)

①OH―

②加热

Na

2

SiO

3

CO2,H2O

NaOH

H

2

SiO

3

SiH

4

SiSiO

2CaSiO

3

SiF

4

H

4

SiO

SiC

SiCl

4

O2(自燃)

H2

①O

2

(△)

②FeO(高温)

F2

HF

Cl2(高温)

H2

(高温)

C(

高

温

)

C(高温)足量

Na

2CO

3

(

高

温

)

NaOH(

溶

液

)

①CaO(△)

②CaCO

3

(△)

Ca2＋

-H2O

C(适

量)