1、,第1講 無(wú)機(jī)非金屬材料的角 硅,第四 單元,非金屬及其化合物,目 錄 CONTENTS,磨劍：課前自學(xué),悟劍：課堂精講,磨劍：課前自學(xué),一、碳、硅單質(zhì) 1.單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、存在形態(tài)、物理性質(zhì)和用途,游離,空間網(wǎng)狀,高,大,小,高,半導(dǎo)體,2.碳和硅的化學(xué)性質(zhì),CO,CO2,SiO2,SiF4,2CuO+C 2Cu+CO2,CO2+C 2CO,C+H2O(g) CO+H2,C+2H2SO4(濃) CO2+2SO2+2H2O,Si+4HF SiF4+2H2,3.硅的工業(yè)制法及提純 反應(yīng)a: 。 反應(yīng)b: 。 反應(yīng)c: 。,SiO2+2C Si(粗)+2CO,Si(粗)+2Cl2 SiCl4,SiCl

2、4+2H2 Si(純)+4HCl,二、碳、硅的氧化物 1.一氧化碳 (1)物理性質(zhì): 色氣體, 毒, 溶于水。 (2)化學(xué)性質(zhì) a.燃燒:2CO+O2 2CO2, 火焰。 b.還原CuO: (冶煉金屬)。,難,無(wú),有,淡藍(lán)色,CuO+CO Cu+CO2,2.二氧化碳和二氧化硅的比較,CO2+H2O H2CO3,SiO2+CaO CaSiO3,Na2O+CO2 Na2CO3,SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O,橡膠,CO2+2NaOH Na2CO3+H2O,CO2+NaOH NaHCO3,SiO2+4HF SiF4+2H2O,SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2,Na2SiO

3、3+H2O+CO2(少量) H2SiO3+Na2CO3,Na2SiO3+2H2O+2CO2(足量) H2SiO3+2NaHCO3,微加注意 1.CO2是溫室氣體,但CO2不是污染性氣體。 2.酸性氧化物一般和水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸,但SiO2不與水反應(yīng)。 3.SiO2是酸性氧化物,它既能與酸(氫氟酸)反應(yīng),又能與堿(NaOH)反應(yīng)。,三、硅酸、硅酸鹽 1.硅酸 (1)物理性質(zhì) 硅酸的溶解度 ,新制備的硅酸為透明、膠凍狀,干燥硅膠多孔,吸水性和吸附性強(qiáng)。 (2)化學(xué)性質(zhì) a.弱酸性:酸性比碳酸 ,與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。 b.不穩(wěn)定性:受熱易分解,反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。,小,弱,H2Si

4、O3+2NaOH Na2SiO3+2H2O,H2SiO3 SiO2+H2O,(3)制備:通過(guò) 與其他酸反應(yīng)制得,如Na2SiO3溶液與鹽酸反應(yīng):Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3(膠體)。 (4)用途:硅膠可用作 、催化劑的載體等。 2.硅酸鹽 (1)硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱(chēng),是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。 (2)硅酸鈉:硅酸鈉溶液俗稱(chēng) ,是無(wú)色黏稠液體,常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火阻燃材料。,可溶性硅酸鹽,可溶性硅酸鹽,干燥劑,水玻璃,3.硅酸鹽材料,4.特殊功能的含硅物質(zhì) 碳化硅具有金剛石結(jié)構(gòu),可用作磨料。含硅元素4%的鋼具有導(dǎo)磁性。硅橡膠具有耐高溫和低溫的性

5、質(zhì)。,微加注意 1.不要混淆硅和二氧化硅的用途:用作半導(dǎo)體材料的是晶體硅而不是SiO2,用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2而不是硅。 2.不要混淆常見(jiàn)含硅物質(zhì)的成分 (1)計(jì)算機(jī)芯片的成分是晶體硅而不是SiO2; (2)水晶、石英、瑪瑙等主要成分是SiO2,而不是硅酸鹽; (3)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸鹽。,黏土、石灰石,純堿、石灰石和石英,黏土,1.特殊的用途 Si半導(dǎo)體材料、太陽(yáng)能電池板。SiO2光導(dǎo)纖維。H2SiO3干燥劑。 Na2SiO3(水玻璃)黏合劑、耐火阻燃材料。,2.主要反應(yīng),(1)SiO2+2C Si(粗)+2CO、Si(粗)+2Cl2 SiCl4、SiC

6、l4+2H2 Si(純)+4HCl (2)SiO2+4HF SiF4+2H2O (3)Na2SiO3+2HCl H2SiO3+2NaCl (4)Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2、CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2,悟劍：課堂精講,磨劍：課前自學(xué),悟劍：課堂精講,15,碳、硅及其氧化物的性質(zhì) 1.從元素周期表的位置看,碳和硅均為第A族元素,自然界中有碳的多種單質(zhì)存在,自然界中有硅的單質(zhì)存在嗎?為什么?,答案,答案沒(méi)有;因?yàn)楣栌泻軓?qiáng)的親氧性,在地殼形成時(shí)硅與氧易結(jié)合,難分離,因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在。,2.SiO2既能與氫氟酸反應(yīng),又能與NaOH溶液反應(yīng)

7、,那么SiO2屬于兩性氧化物嗎?,答案不屬于。SiO2和堿溶液反應(yīng)體現(xiàn)了SiO2是酸性氧化物的性質(zhì),但SiO2與氫氟酸反應(yīng)時(shí)并沒(méi)有生成鹽,且其他酸難與SiO2反應(yīng),故SiO2不具備兩性氧化物的性質(zhì),不屬于兩性氧化物。,一、碳、硅單質(zhì)的特殊性 1.一般情況下,非金屬元素單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)低,硬度小,但晶體硅、金剛石的熔、沸點(diǎn)高,硬度大,其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。 2.一般情況下,非金屬單質(zhì)為絕緣體,但硅為半導(dǎo)體,石墨為電的良導(dǎo)體。 3.Si的還原性強(qiáng)于C,但C在高溫下能還原出Si:SiO2+2C Si+2CO。 4.非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)時(shí)一般既作氧化劑又作還原劑,且無(wú)氫氣放出,但硅與強(qiáng)堿溶液

8、反應(yīng)時(shí)只作還原劑,且放出氫氣:Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2。 5.非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng),但硅能跟氫氟酸反應(yīng):Si+4HF SiF4+2H2。 6.一般情況下,金屬(Na、K)能置換出水中的氫,而C在高溫下也能置換出水蒸氣中的氫:C+H2O(g) H2+CO。,二、SiO2的特殊性,18,1.判斷正誤(正確的打“”,錯(cuò)誤的打“”)。 (1)金剛石和石墨互為同位素。() (2)金剛石和石墨物理性質(zhì)有較大差別的原因是碳原子的排列方式不同。() (3)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維。() (4)晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大,故可用于制作半導(dǎo)體材料。() (5)常溫下,SiO

9、2既能與KOH溶液反應(yīng)又能與稀鹽酸反應(yīng)。() (6)SiO2分子是由一個(gè)硅原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成的。() (7)SiO2是酸性氧化物,但不能與水反應(yīng)生成H2SiO3。() (8)不能用瓷坩堝來(lái)加熱燒堿或純堿使其熔化。(),答案,2.下列說(shuō)法不正確的是()。 A.(2017年天津理綜,3)硅太陽(yáng)能電池工作時(shí),光能轉(zhuǎn)化成電能,與氧化還原反應(yīng)無(wú)關(guān) B.(2016年海南,4)石英砂可用于生產(chǎn)單晶硅 C.(2016年江蘇,9)以下轉(zhuǎn)化均能實(shí)現(xiàn):SiO2 SiCl4 Si D.(2015年江蘇,8)下列轉(zhuǎn)化均能一步實(shí)現(xiàn):粗硅 SiCl4 Si,解析硅太陽(yáng)能電池能將光能直接轉(zhuǎn)化為電能,與氧化還原反應(yīng)無(wú)關(guān),A項(xiàng)

10、正確;石英砂的主要成分是二氧化硅,可以用焦炭在高溫下還原SiO2得到粗硅,再生產(chǎn)單晶硅,B項(xiàng)正確;SiO2不與鹽酸反應(yīng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;粗Si與Cl2在高溫下反應(yīng)生成SiCl4,SiCl4用H2還原生成純Si和HCl,D項(xiàng)正確。,解析,答案,C,3.下列關(guān)于碳和硅的敘述中正確的是()。 A.其氧化物都能與NaOH溶液反應(yīng) B.其單質(zhì)在加熱時(shí)都能與O2反應(yīng) C.其氧化物都能溶于水生成相應(yīng)的酸 D.碳和硅兩種元素共有兩種單質(zhì),解析CO不溶于水,不能生成相應(yīng)的酸,也不與NaOH溶液反應(yīng),SiO2不溶于水,也不能生成相應(yīng)的酸,A、C兩項(xiàng)均錯(cuò)誤;碳有金剛石、石墨、C60等多種同素異形體,硅有晶體硅和無(wú)定形硅等

11、,所以兩種元素共有多種單質(zhì),D項(xiàng)錯(cuò)誤。,解析,答案,B,4.下列關(guān)于SiO2和CO2的說(shuō)法中正確的是()。 A.CO2、SiO2分別是碳酸和硅酸的酸酐 B.CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸 C.CO2是酸性氧化物,SiO2是兩性氧化物 D.CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子構(gòu)成的,解析CO2、SiO2分別是碳酸和硅酸的酸酐,二者均是酸性氧化物,但SiO2不與水反應(yīng),且其結(jié)構(gòu)中不含分子,而是含有原子。,A,解析,答案,22,硅酸、硅酸鹽、無(wú)機(jī)非金屬材料,答案,1.探究由SiO2制取H2SiO3的最佳方案(用流程圖表示)。,2.實(shí)驗(yàn)室里熔化NaOH固體時(shí),能否選用瓷坩堝?為什么?,3.能否依

12、據(jù)反應(yīng)Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2說(shuō)明H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)?,答案SiO2 Na2SiO3溶液 H2SiO3。,答案不能,因?yàn)樘沾芍泻蠸iO2,會(huì)與NaOH反應(yīng)生成溶于水的Na2SiO3。,答案 不能。強(qiáng)酸+弱酸鹽 強(qiáng)酸鹽+弱酸,該規(guī)律僅適用于常溫下水溶液中進(jìn)行的反應(yīng),而該反應(yīng)是在高溫且固態(tài)下進(jìn)行的,只能從化學(xué)平衡移動(dòng)角度去解釋反應(yīng)發(fā)生的原因CO2為氣體,能及時(shí)分離出反應(yīng)體系,使化學(xué)反應(yīng)向右進(jìn)行。,4.歌曲青花瓷中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目,但古瓷中所用顏料的成分一直是個(gè)謎。近年來(lái)科學(xué)家才得知古瓷中所用的顏

13、料大多為硅酸鹽,如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox,銅的化合價(jià)為+2),其中x等于,硅酸銅鋇可用氧化物的形式表示為。,解析 BaCuSi2Ox中Ba元素的化合價(jià)為+2,Cu元素的化合價(jià)為+2,Si元素的化合價(jià)為+4,O元素的化合價(jià)為-2,由化合價(jià)規(guī)則,(+2)+(+2)+2(+4)+x(-2)=0,得x=6,則用氧化物形式表示硅酸銅鋇為BaOCuO2SiO2。,解析,答案,6,BaOCuO2SiO2,硅酸鹽改寫(xiě)成氧化物形式的方法 1.氧化物的書(shū)寫(xiě)順序:活潑金屬氧化物 較活潑金屬氧化物 二氧化硅 水。 2.氧化物前計(jì)量數(shù)的配置原則:除氧元素外,其他元素按配置前后原子守恒原則配置計(jì)量數(shù),且不同

14、氧化物間以“”隔開(kāi)。 3.當(dāng)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)化為整數(shù)。如正長(zhǎng)石(KAlSi3O8)不能寫(xiě)成K2OAl2O33SiO2,應(yīng)寫(xiě)成 K2O Al2O36SiO2。,1.判斷正誤(正確的打“”,錯(cuò)誤的打“”)。 (1)NaAlSi3O8寫(xiě)成氧化物的形式是Na2OAl2O36SiO2。() (2)氮化硅陶瓷是新型無(wú)機(jī)非金屬材料。() (3)合成纖維與光導(dǎo)纖維都是新型無(wú)機(jī)非金屬材料。() (4)Mg2+、H+、SiO32-、SO42-在水溶液中能大量共存。() (5)硅酸鈉溶液應(yīng)保存在帶玻璃塞的試劑瓶中。() (6)硅橡膠和陶瓷都是新型無(wú)機(jī)非金屬材料。() (7)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬

15、材料的主要成分都是硅酸鹽。() (8)向硅酸鈉溶液中通入適量CO2,出現(xiàn)白色沉淀,證明碳的非金屬性強(qiáng)于硅。(),答案,2.在水玻璃中通入少量的CO2氣體,充分反應(yīng)后加熱蒸干,再高溫充分灼燒,冷卻后所得的固體物質(zhì)為()。 A.Na2SiO3B.Na2SiO3與Na2CO3 C.SiO2與Na2CO3 D.SiO2、Na2SiO3及Na2CO3,解析通入少量CO2氣體時(shí),發(fā)生的反應(yīng)為Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3,加熱后H2SiO3分解為SiO2和H2O,再高溫灼燒,SiO2與Na2CO3反應(yīng)生成Na2SiO3和CO2。,A,解析,答案,3.SiO2是一種化工原料,可以

16、制備一系列物質(zhì)(如圖所示)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()。 A.高爐煉鐵時(shí),加入石灰石將分為SiO2)中少量的碳鐵礦石中的脈石(主要成分為SiO2)轉(zhuǎn)化為易熔的爐渣 B.純凈的二氧化硅和單晶硅都是信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料 C.用鹽酸可除去石英砂(主要成酸鈣D D.圖中所含反應(yīng)都不屬于氧化還原反應(yīng),解析,答案,D,解析CaCO3+SiO2,CaSiO3+CO2,CaSiO3的熔點(diǎn)低于SiO2的熔點(diǎn),A項(xiàng)正確;光導(dǎo)纖維的成分是二氧化硅,半導(dǎo)體、芯片的成分是單晶硅,純凈的二氧化硅和單晶硅都是信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料,B項(xiàng)正確;碳酸鈣溶于鹽酸生成氯化鈣、水和二氧化碳,二氧化硅和鹽酸不反應(yīng),可以用鹽酸除去石英砂(主

17、要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣,C項(xiàng)正確;二氧化硅與碳生成硅單質(zhì)的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。,解析CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2,CaSiO3的熔點(diǎn)低于SiO2的熔點(diǎn),A項(xiàng)正確;光導(dǎo)纖維的成分是二氧化硅,半導(dǎo)體、芯片的成分是單晶硅,純凈的二氧化硅和單晶硅都是信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料,B項(xiàng)正確;碳酸鈣溶于鹽酸生成氯化鈣、水和二氧化碳,二氧化硅和鹽酸不反應(yīng),可以用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣,C項(xiàng)正確;二氧化硅與碳生成硅單質(zhì)的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。,4.(2018年廣東湛江模擬)月球的礦產(chǎn)資源極為豐富,僅月球表面5 cm厚的沙土就含有鐵單質(zhì)上億噸,月球

18、上的主要礦物有輝石(CaMgSi2O6)、斜長(zhǎng)石(KAlSi3O8)等。下列說(shuō)法或分析錯(cuò)誤的是()。 A.CaMgSi2O6、KAlSi3O8是化學(xué)式,表示礦物的組成元素及其原子個(gè)數(shù)比 B.月球上有大量游離態(tài)鐵是因?yàn)樵虑蛏翔F的活動(dòng)性比地球上鐵的活動(dòng)性弱 C.從輝石的組成來(lái)看,它可被看作含有CaSiO3和MgSiO3兩種鹽 D.斜長(zhǎng)石的氧化物形式可表示為K2OAl2O36SiO2,解析,答案,B,解析CaMgSi2O6、KAlSi3O8是物質(zhì)的化學(xué)式,只表示礦物的組成元素及其原子個(gè)數(shù)比,A項(xiàng)正確;鐵單質(zhì)的活動(dòng)性是固定不變的,與其所在地點(diǎn)、位置無(wú)關(guān),B項(xiàng)錯(cuò)誤;復(fù)鹽是含有一種酸根離子、多種金屬陽(yáng)離子

19、的鹽,從輝石的組成來(lái)看,含有硅酸根離子、鎂離子、鈣離子,所以它可被看作由CaSiO3和MgSiO3兩種鹽組成,C項(xiàng)正確。,1.下列說(shuō)法正確的是( )。 A.(2018年天津理綜,1)漢代燒制出“明如鏡、聲如磬”的瓷器,其主要原料為黏土 B.(2018年海南,5)SiO2具有導(dǎo)電性,可用于制作光導(dǎo)纖維和光電池 C.(2018年海南,9)12 g金剛石中含有化學(xué)鍵的數(shù)目為4NA D.(2018年江蘇,3)SiO2熔點(diǎn)高硬度大,可用于制光導(dǎo)纖維,解析,答案,A,解析工業(yè)上以黏土為原料燒制瓷器,A項(xiàng)正確;二氧化硅對(duì)光具有良好的全反射作用,故用于制作光導(dǎo)纖維,而Si為半導(dǎo)體材料,可作光電池材料,B項(xiàng)錯(cuò)誤

20、;在金剛石中,1個(gè)C原子參與形成4個(gè)CC鍵,則平均每個(gè)C原子形成4 =2個(gè)CC鍵,n(金剛石)= =1 mol,所以12 g金剛石中含有2NA個(gè)化學(xué)鍵,C項(xiàng)錯(cuò)誤;SiO2作光導(dǎo)纖維是由于SiO2具有光學(xué)性質(zhì),與熔點(diǎn)和硬度無(wú)關(guān),D項(xiàng)錯(cuò)誤。,2.(2017年江蘇,3)下列有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)與用途具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的是()。 A.Na2O2吸收CO2產(chǎn)生O2,可用作呼吸面具供氧劑 B.ClO2具有還原性,可用于自來(lái)水的殺菌消毒 C.SiO2硬度大,可用于制造光導(dǎo)纖維 D.NH3易溶于水,可用作制冷劑,解析Na2O2與CO2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2,該過(guò)程吸收CO2產(chǎn)生氧

21、氣,故Na2O2可用作呼吸面具供氧劑,A項(xiàng)正確;ClO2中Cl元素為+4價(jià),有氧化性,可用于自來(lái)水殺菌消毒,B項(xiàng)錯(cuò)誤;SiO2可作光導(dǎo)纖維是由于其具有良好的光導(dǎo)性,與其硬度大小無(wú)關(guān),C項(xiàng)錯(cuò)誤;NH3可作制冷劑是由于液氨易升華,升華時(shí)吸收大量的熱,與其溶解性無(wú)關(guān),D項(xiàng)錯(cuò)誤。,解析,答案,A,3.下列說(shuō)法不正確的是()。 A.(2016年全國(guó)卷,7)HF與SiO2反應(yīng)用于氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記 B.(2016年海南,4)石英砂可用于生產(chǎn)單晶硅 C.(2015年海南,7)可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液 D.(2015年全國(guó)卷,7)硅膠可用作食品干燥劑,解析A項(xiàng),氟化氫和二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅和水,可以刻蝕玻璃,正確;B項(xiàng),石英砂主要成分為SiO2,可用碳還原得到粗硅,經(jīng)提純得單晶硅,正確;C項(xiàng),NaOH與玻璃中的SiO2會(huì)發(fā)生反應(yīng)2NaOH+SiO2 Na2SiO3+H2O,產(chǎn)生的Na2SiO3有黏合性,將玻璃瓶與玻璃塞黏在一起,因此不能使用玻璃塞,要用橡膠塞,錯(cuò)誤;D項(xiàng),硅膠多孔,吸附水分能力強(qiáng),且沒(méi)有毒,常用作實(shí)驗(yàn)室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑,正確。,解