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教学目标 1、掌握碳族元素的名称、元素符号、在出 周
期表中位置及原子结构特点。
2、掌握碳族元素性质上的相似性，递变性和
特殊性。并能用物质结构和元素周期律等
知识解释其原因。
3、认识硅的化学性质及用途。
教学重点 碳族元素性质的递变规律、硅的化学性质
教学难点 根据所学碳以及元素周期律的知识，归纳
出一些硅的化学性质。
石墨
金刚石
C60
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C60及其应用前景
C60的发现
1985年，美国科学家克罗托（H.W.K.kroto)等用质
谱仪,严格控制实验条件,得到以C60为主的质谱图。由
于受建筑学家布克米尼斯持•富勒（BuckminsterFuller）
设计的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托（kroto)等提
出 C60是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个
五边形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连，
只与六边形相连。随后将 C60分子命名为布克米尼斯
持•富勒烯（BuckminsterFuller）。由于C60分子的结构
酷似足球，所以又称为足球烯（Footballene）除C60外，
具有封闭笼状结构的还可能有 C28、C32、C50、C70、
C84、……C240、C540等，统称为Fullerenes，中文译名
为富勒烯。
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C60的超导性
1991年，赫巴德（Hebard）等首先提出掺钾C60具
有超导性，超导起始温度为18K，打破了有机超导体
（Et）2Cu[N（CN）2]Cl超导起始温度为12.8K的纪
录。不久又制备出Rb3C60的超导体，超导起始温度为
29K。表1-1列出了已合成的各种掺杂C60的超导体和
超导起始温度，说明掺杂C60的超导体已进入高温超
导体的行列。我国在这方面的研究也很有成就，北
京大学和中国科学院物理所合作，成功地合成了
K3C60和Rb3C60的超导体，超导起始温度分别为8K和
28K。有科学工作者预言，如果掺杂C240和掺杂C540，
有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体。
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一、碳族元素（在周期表中位置：第ⅣA族）
C
Si
相似性
递变性
1、最外层都有
4个电子，化合 原子结构 单质物性
价主要有+4和
核 原 熔 单
+2，易形成共
电 子 沸 质
荷 半 点 密
价化合物。
Ge
2、气态氢化物
的通式：RH4
Sn
Pb
3、最高价氧化
物对应的水化
物通式为H2RO3
或R(OH)4
数
增
大
电
子
层
增
多
径
增
大
降
低
度
增
大
单质化性
非
金
属
性
减
弱
、
金
属
性
增
强
最氢
高化
价物
氧的
化稳
物定
对性
应减
水弱
化
物
的
酸
性
减
弱
相应练习（一）
1、下列叙述正确的是（ A、B ）
A、SiH4、CH4、NH3的热稳定性逐渐增强
B、任何一种碳族元素的主要化合价均为+2和+4价
C、H2SeO4、 H4GeO4 、 H3AsO4的酸性依次减弱
D、锗是一种良好的导体
2、下列各项比较中，正确的是（ A、C ）
A、酸性 H2SiO3<H3PO3<H2SO4<HClO4
B、热稳定性 SiH4>PH3>HI>NH3
C、原子半径 Si>P>O>F
D、还原性GeH4<SiH4<H2S<HI
二、硅（Si）
硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体
1、灰黑色，有金属光泽，硬而
脆的固体
2、熔、沸点高、硬度大
3、晶体硅是良好的半导体
常温下，硅的化学性质不活泼，
除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其
他物质如：氧气、氯气、硫酸等
起反应，但在加热情况下，硅也
能跟一些非金属反应。
1、与氟气反应：
Si+2F2==SiF4
2、与氢氟酸反应：
Si+4HF==SiF4+2H2
3、与强碱溶液反应：
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2
4、与氯气反应：
Si+2Cl2==SiCl4
5、与氧气反应
Si+O2==SiO2
相应练习（二）
已知硅与强碱氢氧化钠溶液反应的化学方程式为：
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2
现把11.5g钠和4.2g硅同时投入100g水中，在标况下
可收集到H2多少L？（提示：与Si反应的NaOH是过
量的）
解：
1
2 ×22.4×11.5
＝5.6L
23
Na—1/2H2
23 1/2×22.4
11.5
X
X＝
Si—2H2
28 2×22.4
4.2
Y
Y=(4.2 ×2 ×22.4)/28=6.72(L)
VH2=5.6+6.72=12.32(L)
三、存在
在自然界中，没游离态的硅，以化合态存在，例如：
硅酸盐等，在地壳中含量居第二位。
四、用途
集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以
制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。
集成电路
晶体管
四、制备
工业上：
SiO2
+C
+Cl2
粗硅
SiCl4
高温
高温
精馏+H2
Si
高温
高温
Si+2C == 2CO+Si(含杂质的粗硅)
高温
Si+2Cl2 == SiCl4
生成的液态SiCl4经精馏、除硼、砷等，再用H2
还原
高温
SiCl4+2H2==4HCl+Si(纯度高的多晶硅)
相应练习（三）
在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，
也可得到粗硅，反 应的化学方程式为
高温
SiO2+2Mg==2MgO+Si
这样得到的硅不纯净，往往含有过量的镁、氧化
镁及硅化镁（Mg2Si）等，这些杂质可用盐酸除去，
有关反应的化学方程式为
Mg+2HCl==MgCl2+H2
MgO+2HCl==MgCl2+H2O
Mg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH4
教学小结
一、碳族元素（ ⅣA族）
性质的相似性及递变性
二、硅
1、物性
2、化性：常温下不活泼，只与F2、HF、强碱反应，加热
时可与Cl2、O2等反应
3、存在：以化合态存在
4、用途：集成电路、晶体管等
5、制备：
SiO2
+C
+Cl2
粗硅
SiCl4
高温
高温
精馏+H2
高温
Si
课堂检测
1、碳族元素的符号分别是： C、Si、Ge、Sn、Pb
2、比较大小或强弱：熔点：金刚石 > 石墨
非金属性：C < O
原子半径：C < Si
酸性：H2CO3 > H2SiO3
3、碳族元素为什么易与其它元素的原子形成共价键？
碳族元素原子最外层电子层都有4个电子，由于它们
处在容易失去电子和容易得到电子的主族元素之间，
所以容易生成共价化合物。
再见