高三化學一輪復習 4_1 無機非金屬材料的主角-硅

1、第四章 非金屬及其氧化物 第一課時 無機非金屬材料的主角硅,高三化學第一輪復習,知識精講,1、碳、硅元素及單質 （1）存在形態(tài) 自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素僅有化合態(tài)。碳單 質主要有金剛石、石墨、C60等同素異形體，硅單質主要有晶體硅和無定 形硅兩大類,2）單質的結構、物理性質與用途比較,知識精講,3）碳、硅單質的化學性質 碳、硅在參與化學反應時，一般表現(xiàn)還原性,知識精講,4）硅的工業(yè)制法 制取粗硅 工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含有少量雜質的粗硅。 SiO22C Si2CO,知識精講,粗硅提純 a、Si2Cl2 SiCl4 SiCl42H2 Si4HCl,b、Si3

2、HCl SiHCl3H2 SiHCl3H2 Si3HCl,注意問題 a、用焦炭還原SiO2，產物是CO而不是CO2。 b、粗硅中含碳等雜質，與Cl2反應生成的SiCl4中也含CCl4等雜質，經過 分餾提純SiCl4后，再用H2還原，得到高純度硅,知識精講,2、CO2和SiO2的比較,知識精講,3、硅酸 （1）溶解性：溶解度很小,2）化學性質弱酸性：酸性比碳酸還弱。 Na2SiO3CO2+H2O=Na2CO3H2SiO3 。 硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3 SiO2H2O。 硅酸能與堿溶液反應，如與NaOH溶液反應的化學方程式為 H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。 硅酸在水中

3、易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強，常用作干燥劑,3）制備：可用硅酸鈉與鹽酸反應制得： Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3,知識精講,4、硅酸鹽 （1）硅酸鹽：是由 硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構成地殼巖石的 重要成分,2）硅酸鈉：硅酸鈉的水溶液俗稱 水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。 白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯 堿性。 它能與酸性比硅酸強的酸反應，分別寫出以下化學方程式： 與鹽酸反應：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。 與CO2水溶液反應：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。 用途：黏合劑(礦物膠)

4、，耐火阻燃材料,知識精講,3）硅酸鹽組成的表示 通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成：如硅酸鈉 (Na2SiO3)可表示為 Na2OSiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為： K2OAl2O36SiO2 。 用氧化物形式表示硅酸鹽的注意事項 氧化物的順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。 氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù) 守恒原則配置系數(shù)。 氧化物之間以“”隔開；系數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)應化為整數(shù)。 例如：長石：KAlSi3O8不能寫成 K2OAl2O33SiO2，應寫成 K2OAl2O36SiO2,知識精講,5、無機非金屬材料 傳統(tǒng)無機非金屬材

5、料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。 （1）普通玻璃 主要原料： 純堿、石灰石、石英。 主要設備： 玻璃熔爐 主要成分： Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2 。 玻璃生產中的兩個重要反應： Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2； CaCO3SiO2 CaSiO3CO2,2）普通硅酸鹽水泥 主要原料： 石灰石 、 黏土 。 主要設備： 水泥回轉窯 主要成分（寫出名稱和化學式）： 硅酸三鈣(3CaOSiO2)、硅酸二鈣(2CaOSiO2)、鋁酸三鈣(3CaOAl2O3,知識精講,3）陶瓷 主要原料： 黏土 主要設備： 陶瓷窯,4）新型無機非金屬材料，如高溫結構陶瓷、光導纖維、生物陶

6、瓷、 壓電陶瓷等,方法精講,1、碳、硅及其化合物的特性及應用 （1）熔沸點 一般情況下，非金屬單質熔沸點低，硬度小，但硅、金剛石熔沸點高， 硬度大，其中金剛石為自然界中硬度最大的物質，所以可用金剛石制作 鉆頭和切割工具,2）導電性 一般情況下，非金屬單質為絕緣體，但硅為半導體，石墨為電的良導體， 所以晶體硅可作半導體材料，石墨可作電極,3）SiO2作為酸性氧化物的特性 一般情況下，只有堿性氧化物與酸反應，酸性氧化物只與堿反應，不與 酸反應，但SiO2是酸性氧化物，卻能與氫氟酸反應：SiO24HF=SiF4 2H2O，所以不能用玻璃容器盛放氫氟酸，可以用氫氟酸刻蝕 玻璃。 一般情況下，酸性氧化物

7、與水反應均能生成相應的酸，如SO2H2O H2SO3，但SiO2不溶于水，不與水反應,方法精講,4）碳與水的反應 一般情況下，只有活潑金屬（K、Na、Fe等）才能夠置換出水中的氫， 但碳單質卻能與水蒸氣反應：CH2O（g） COH2，所以工業(yè)上 用焦炭制取水煤氣或氫氣,5）硅酸和硅酸鹽的溶解性 一般情況下，大多數(shù)酸均可溶于水，如鹽酸、醋酸、碳酸，但硅酸不溶 于水。 硅酸鹽大多難溶于水，常見可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，其水溶液俗稱水 玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料,知識精講,2、CO2的相關性質 （1）二氧化碳與弱酸鹽溶液反應（強酸制弱酸） 碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏鋁酸等強，將C

8、O2氣體通入Na2SiO3、 NaClO、 、NaAlO2鹽溶液中，均能發(fā)生反應而生成相應的弱酸和碳 酸(氫)鹽，這是“強酸制弱酸”原理的應用。如,CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3 (或CO2Na2SiO32H2O=H4SiO4Na2CO3) CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO CO2 H2O NaHCO3 CO2(過量)NaAlO22H2O=Al(OH)3NaHCO3 CO2(少量)2NaAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO3,方法精講,易錯警示】CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不會產生白色沉淀，因為碳酸的酸 性弱于鹽酸,2）二氧化碳反應先后關

9、系 當有多種組分與一種物質反應時，判斷反應順序的方法：先假設與其中 的一種組分反應，若產物還能與另一種組分反應，則假設錯誤。 如將CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假設CO2先與KOH反應，則 生成的K2CO3會與Ba(OH)2繼續(xù)反應生成BaCO3，故假設錯誤，應該是 CO2先與Ba(OH)2反應,3）CO2與堿反應產物的定量判斷 CO2通入NaOH、Ca(OH)2等強堿溶液的反應與CO2氣體的通入量有關， 當CO2通入少量時生成碳酸鹽，當CO2通入過量時生成碳酸氫鹽；當 CO2的通入量介于兩者之間時，既有正鹽又有酸式鹽生成，因此推斷時 一定要注意CO2與堿之間量的關系,方法精講,

10、以CO2與NaOH溶液反應為例： CO22NaOH=Na2CO3H2O CO2NaOH=NaHCO3 當n(OH)n(CO2)的值不同時產物如下,方法精講,3、碳、硅及其化合物之間綜合轉化關系 （1）知識網(wǎng)絡 碳及其化合物的轉化關系圖,方法精講,硅及其化合物的轉化關系圖,2）推斷中常用題眼 解答硅及其化合物的推斷題，高溫反應條件、特征反應、單質與堿反應、 鹽溶液與過量鹽酸反應產生白色沉淀等往往是推斷題的“突破口,典例精講,例1】下列關于硅單質及其化合物的說法正確的是 （ ） 硅是構成一些巖石和礦物的基本元素 水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品 高純度的硅單質廣泛用于制作光導纖維 陶瓷是人類應用

11、很早的硅酸鹽材料 A B C D,答案】C 【解析】硅在自然界中以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在，構成巖石和礦物的基本元素，故正確；水晶成分是二氧化硅，不屬于硅酸鹽，故錯誤； 光導纖維的成分是二氧化硅，故錯誤；陶瓷是人類應用很早餓硅酸鹽材料，故正確；因此選項C正確,例2】在下列各溶液中逐漸通入CO2氣體直至過量，會出現(xiàn)先沉淀后消失 現(xiàn)象的是 （ ） 飽和Na2CO3溶液 澄清石灰水 Ca（ClO）2溶液 CaCl2溶液 Na2SiO3溶液 NaAlO2溶液 A只有 B只有 C除 D全部,典例精講,答案】A 【解析】飽和碳酸鈉與二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，出現(xiàn)渾濁，不能消失，錯誤；氫氧化鈣和二氧化碳反

12、應先生成碳酸鈣沉淀，后轉化為碳酸氫鈣，沉淀消失，正確；次氯酸鈣和二氧化碳反應先生成碳酸鈣沉淀和次氯酸，后碳酸鈣轉化為碳酸氫鈣，沉淀消失，正確；氯化鈣和二氧化碳不反應，錯誤；硅酸鈉和二氧化碳反應生成硅酸沉淀，沉淀不溶解，錯誤；偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，沉淀不溶于二氧化碳，錯誤。所以選A,1下列有關物質的性質或應用的說法不正確的是 （ ） A二氧化硅是生產光纖制品的基本原料 B水玻璃可用于生產黏合劑和防火劑 CNa2O、Na2O2與CO2反應產物相同 DSiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應,考題精練,答案】C 【解析】A、光導纖維的主要成分為二氧化硅，正確，不選A；B、水玻璃有黏性和耐火性，正確，不選B；C、氧化鈉和二氧化碳反應生成碳酸鈉，過氧化鈉和二氧化碳反應生成碳酸鈉和氧氣，二者產物不同，選C；D、二氧化硅是酸性氧化物，能和氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和水，正確，不選D,2下列說法：硅的化學性質很穩(wěn)定，因此硅在自然界中以游離態(tài)形式存在； 硅和二氧化硅晶體都是由原子構成的；二