_無機非金屬材料的主角——硅

1、 無機非金屬材料無機非金屬材料的的主角主角硅硅高考目標：高考目標：1了解了解C Si元素單質及其重要化合物的主要性質及應用。元素單質及其重要化合物的主要性質及應用。2了解了解C Si元素單質及其重要化合物對環(huán)境質量的影響。元素單質及其重要化合物對環(huán)境質量的影響。1 結構結構 +14Si +6C1s22S22P2CSi1s22S22P63S23P22S22P23S23P23P3S2P2S第三周期第三周期IVA族族第二周期第二周期IVA族族2 42 8 4最外層電子數(shù)為最外層電子數(shù)為4難于得失電子難于得失電子易形成共價化合物易形成共價化合物注意：注意：C能形成極少數(shù)離子化合物能形成極少數(shù)離子化合物

2、 CaC2 Li2C2 Mg2C3 Al4C3電子排布式：電子排布式：原子結構示意圖：原子結構示意圖：價電子排布式：價電子排布式：電子排布圖：電子排布圖：價電子排布圖：價電子排布圖：位置：位置：性質推導：性質推導：單質結構：單質結構：注意：注意：金剛石：金剛石：石墨：石墨：晶體硅：晶體硅：C60：以以C為中心的正四面體立為中心的正四面體立體網(wǎng)狀結構的原子晶體。體網(wǎng)狀結構的原子晶體。層狀平面正六邊形的的網(wǎng)層狀平面正六邊形的的網(wǎng)狀結構，混合型晶體。狀結構，混合型晶體?；\狀分子的分子晶體?；\狀分子的分子晶體。以以Si為中心為中心,O為為正四面體頂點的正四面體頂點的立體網(wǎng)狀結構的立體網(wǎng)狀結構的原子晶體

3、。原子晶體。614游離態(tài)和化合態(tài)游離態(tài)和化合態(tài)化合態(tài)化合態(tài) 地殼含量第地殼含量第四四2 單質的存在形態(tài)、物理性質、化學性質和用途單質的存在形態(tài)、物理性質、化學性質和用途熔點高，硬度大。熔點高，硬度大。熔點最高，硬度小，熔點最高，硬度小，電的良導體。電的良導體。熔點低，硬度小。熔點低，硬度小。金剛石：金剛石： 石墨：石墨：C60：無定形碳：無定形碳：金剛石金剛石石墨石墨半導體半導體灰黑色固體，有金屬灰黑色固體，有金屬光澤、熔點高、硬度光澤、熔點高、硬度大、有脆性。大、有脆性。2C+O2=2CO點燃點燃C+O2= CO2點燃點燃Si+O2=SiO2點燃點燃C+2Cl2=CCl4Si+2Cl2=Si

4、Cl4 C+H2O=CO+H2高溫高溫不反應不反應2CuO+C=2Cu+CO2高溫高溫不反應不反應CO2+C=2CO高溫高溫SiO2+2C=Si+2CO高溫高溫Si+C=SiC高溫高溫金剛砂金剛砂C+2H2SO4(濃濃)=CO2+2SO2+2H2O不反應不反應不反應不反應不反應不反應不反應不反應C+4HNO3(濃濃)=CO2+4NO2+2H2OSi+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2高溫高溫CaCO3=CaO+CO2CaO+3C=CaC2+CO電弧電弧2FeO+Si=SiO2+Fe木炭或煤的干餾等木炭或煤的干餾等粗硅粗硅 SiO2+2C=Si+2CO高溫高

5、溫電爐電爐 Si+2Cl2=SiCl4精制精制Si SiCl4+2H2= Si+4HCl高溫高溫 SiO2+3C=SiC+2CO高溫高溫電爐電爐3 C Si的氧化物的氧化物注意：注意： 與與N2屬于等電子體。屬于等電子體。無色無味有毒氣體，難溶于水，密度和空氣相近。無色無味有毒氣體，難溶于水，密度和空氣相近。注意：注意： 收集方法：收集方法： 密閉環(huán)境排水法收集密閉環(huán)境排水法收集 可燃性：可燃性：還原性還原性 (1) CO結構：結構：物性：物性：化性化性 用途：用途：C三三O結構式：結構式： 電子式：電子式： 空間構形：空間構形： 直線形直線形: :C O: : :. . .: : 2CO+O

6、2=2CO2點燃點燃金屬氧化物：金屬氧化物：H2O:CuO Fe3O4 等等 CO+H2O=CO2+H2高溫高溫冶煉金屬冶煉金屬 燃料燃料4 二氧化碳和二氧化硅二氧化碳和二氧化硅酸性酸性氧化氧化物通物通性性弱氧弱氧化性化性由二氧化碳分子構成由二氧化碳分子構成由由O與與Si構成構成空間空間網(wǎng)狀結網(wǎng)狀結構構原子晶體，無單個分子。原子晶體，無單個分子。熔沸點低、可溶于水熔沸點低、可溶于水 熔沸點熔沸點高高, 硬硬度大度大, 難難溶于水溶于水堿性氧化物堿性氧化物CO2+H2O=H2CO3不反應不反應NaOH+CO2(少量少量 足量足量)CaO+CO2=CaCO3CO2+C=2CO高溫高溫SiO2+2C

7、=Si+2CO高溫高溫CO2+2Mg=2MgO+C點燃點燃不反應不反應4HF+SiO2=SiF4+2H2O不反應不反應Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高溫高溫CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高溫高溫酸性氧化物酸性氧化物2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O高溫高溫CaO+SiO2 CaSiO3制飲料制飲料 制碳酸鹽制碳酸鹽光導纖維光導纖維 光學儀器光學儀器 電子部件電子部件SiO5 H2SiO3SiOOOHHO非羥基氧為非羥基氧為2，弱酸。，弱酸。白色膠狀固體，白色膠狀固體，

8、難溶于水難溶于水。H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2ONa2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3Na2SiO3+2CO2+2H2O=2NaHCO3+H2SiO3弱酸性弱酸性(比碳酸弱比碳酸弱)：不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性:SiO32-+2H+ =H2SiO3H2SiO3=SiO2+H2O強酸制弱酸強酸制弱酸作作干燥劑、催化劑干燥劑、催化劑的載體等。的載體等。6 硅酸鹽硅酸鹽(1)定義：定義： 由由硅、氧和金屬硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構成地殼巖元素組成的化合物的總稱，是構成地殼巖石的主要成分。石的主要成分。白色固體白色固體,水溶液水溶液(堿性堿性)是無色黏稠液體

9、是無色黏稠液體,俗稱俗稱水玻璃水玻璃不用磨口塞子不用磨口塞子, 用橡膠塞用橡膠塞原因原因(2)Na2SiO3 物性：物性：貯存：貯存：化性：化性：用途：用途：強弱酸強弱酸 H2SO4 鹽鹽 BaCl2 CO2常用于制備黏合劑常用于制備黏合劑 、防腐劑、耐火材料。、防腐劑、耐火材料。原理：原理：化性化性制取制取H2SiO3結構：結構：物物性：性：用途：用途：(3)硅酸鹽組成的表示硅酸鹽組成的表示方法：方法： 金屬氧化物金屬氧化物+非金屬氧化物非金屬氧化物+H2O金屬氧化物金屬氧化物 按金屬性強到弱排列按金屬性強到弱排列, 變價金屬變價金屬: 低價前高價后低價前高價后非金屬氧化物非金屬氧化物注意注

10、意 按非金屬性強到弱按非金屬性強到弱，H2O最后。最后。例例1 硅酸鈉硅酸鈉_ 石棉石棉(CaMg3Si4O12)_高嶺石高嶺石(黏土黏土)Al2(Si2O5)(OH)4_ 沸石沸石Na2(Al2Si3O10) 3H2O_ 玻璃玻璃Na2SiO3. CaSiO3 .4SiO2 正長石正長石KAlSi3O8_ 純堿純堿 石灰石石灰石 石英石英Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高溫高溫CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高溫高溫玻璃熔爐玻璃熔爐玻璃玻璃主要原料：主要原料：主要主要反應反應設備：設備：廠品成分：廠品成分： Na2SiO3 CaSiO3 SiO2(混合物混合物)水泥水

11、泥主要原料：主要原料：主要反應：主要反應：設備：設備：廠品成分：廠品成分：石膏石膏 黏土黏土 石灰石石灰石水泥回轉窯水泥回轉窯復雜物理化學關系復雜物理化學關系硅酸鹽硅酸鹽工工 業(yè)業(yè)(4)硅酸三鈣硅酸三鈣(3CaO.SiO3) 鋁酸三鈣鋁酸三鈣 硅酸二鈣硅酸二鈣(2CaO.SiO3)(3CaO.SiO3)(5) 新型無機非金屬材料的種類和用途新型無機非金屬材料的種類和用途(5)二氧化硅是酸性氧化物二氧化硅是酸性氧化物, 它可以和堿反應它可以和堿反應 , 但不能與任何酸反應但不能與任何酸反應(1) 單質硅是將太陽能轉變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧蠁钨|硅是將太陽能轉變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧稀? ) (6) SiO2是

12、酸性氧化物，能與是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應溶液反應，SiO2與少量碳高溫與少量碳高溫時生成硅和時生成硅和CO2。( ) (4)光導纖維是一種半導體光導纖維是一種半導體。( ) (2) 硅的提純與應用，促進了半導體元件與集成芯片業(yè)的發(fā)展，可硅的提純與應用，促進了半導體元件與集成芯片業(yè)的發(fā)展，可以說以說“硅是信息技術革命的催化劑硅是信息技術革命的催化劑”。( ) (7) 往往Na2SiO3溶液中通入溶液中通入CO2，會產(chǎn)生白色沉淀，原因是碳酸的，會產(chǎn)生白色沉淀，原因是碳酸的酸性強于硅酸。酸性強于硅酸。( ) (3) 二氧化硅溶于水顯酸性二氧化硅溶于水顯酸性。( )例例2 判斷正誤：判斷正誤

13、：( )(11)氧化鋁陶瓷具有兩性，可用來制造人造牙齒氧化鋁陶瓷具有兩性，可用來制造人造牙齒 。( ) (8) 因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳，所以硅酸因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸強的酸性比碳酸強。( )(9) 水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑。( ) (10) 硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中塞試劑瓶中。( ) (13) 金剛砂的主要成分是二氧化硅金剛砂的主要成分是二氧化硅，分子晶體；，分子晶體；光纖的主要成分光纖的主要成分是高純度的單

14、質硅是高純度的單質硅。( ) (12)水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品。( ) (14) 高嶺石的化學式為高嶺石的化學式為Al2Si2H4O9，改寫為氧化物的形式為，改寫為氧化物的形式為Al2O32SiO22H2O。( ) 例例3 除雜除雜粉末狀混合物粉末狀混合物 試劑試劑 操作操作CaCO3(SiO2)NaCl(SiO2)SiO2(Fe2O3)SiO2(CaCO3)SiO2(H2SiO3)SiO2(NH4Cl)CO2(CO)CO(CO2)CO2(SO2HCl )CO2(HCl )HCl (CO2)Na2CO3(Na2SiO3)NaHCO3(Na2SiO

15、3)Sn+2Cl2= SnCl4Pb+Cl2=PbCl2PbO2+4HCl(濃）濃）= PbCl2+Cl2+2H2OSn2+2Fe3+=Sn4+2Fe2+ 例例4 錫、鉛兩種元素的主要化合價是錫、鉛兩種元素的主要化合價是+2和和+4價，其中價，其中+2價錫元素價錫元素 和和+4價鉛元素的化合物都是不穩(wěn)定的，價鉛元素的化合物都是不穩(wěn)定的，+2價錫離子有強還原性，價錫離子有強還原性，+4價鉛元素的化合物有強氧化性。例如：價鉛元素的化合物有強氧化性。例如：Sn2+還原性比還原性比Fe2+還原性強。還原性強。PbO2的氧化性比的氧化性比Cl2氧化性強。氧化性強。 寫出下列反應的化學方程式：寫出下列反應

16、的化學方程式： 氯氣跟錫熱：氯氣跟錫熱： 。 氯氣跟鉛熱：氯氣跟鉛熱： 。 二氧化鉛跟鹽酸共熱：二氧化鉛跟鹽酸共熱： _。把棕色的把棕色的PbO2投入亞硫酸溶液中充分反應，可觀察到把棕色的投入亞硫酸溶液中充分反應，可觀察到把棕色的PbO2逐漸變成白色固體物質逐漸變成白色固體物質：_.紅色紅色Pb3O4與與Fe3O4類似類似, Pb3O4與鹽酸共熱：與鹽酸共熱：_ 能說明能說明Sn2+還原性比還原性比Fe2+還原性強的離子方程式是：還原性強的離子方程式是： 。Pb3O4+8HCl(濃濃)= 3PbCl2+Cl2+4H2OPbO2+H2SO3=PbSO4+H2O 例例5 常溫下單質碳、硅的化學性質

17、都不活潑，為什么碳在自然界中常溫下單質碳、硅的化學性質都不活潑，為什么碳在自然界中有穩(wěn)定的單質而硅沒有？有穩(wěn)定的單質而硅沒有？ 硅原子的親氧能力比碳原子更強，更容易與氧結合，主要以二氧硅原子的親氧能力比碳原子更強，更容易與氧結合，主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在?；韬凸杷猁}的形式存在。例例6下列材料的特性及用途說法錯誤的是下列材料的特性及用途說法錯誤的是( ) A 氧化鋁陶瓷具有兩性，不可用來制造人造牙齒氧化鋁陶瓷具有兩性，不可用來制造人造牙齒 B 氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用來制造柴油機氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用來制造柴油機 C 光導纖維導光的能力很強，是非常好的通訊材料光導纖維

18、導光的能力很強，是非常好的通訊材料 D 壓電陶瓷十分敏感，可以將極其微弱的機械振動轉換成電信號，壓電陶瓷十分敏感，可以將極其微弱的機械振動轉換成電信號，可用來制壓電地震儀可用來制壓電地震儀A例例7 金剛石、金剛石、SiC具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕特性，應用廣泛。具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕特性，應用廣泛。 (1)碳與短周期元素碳與短周期元素Q的單質化合僅能生成兩種常見氣態(tài)化合物，的單質化合僅能生成兩種常見氣態(tài)化合物，其中一種化合物其中一種化合物R為非極性分子。碳元素在周期表中的位置是為非極性分子。碳元素在周期表中的位置是_，Q是是_，R的電子式為的電子式為_。 (2)一定條件下，一定條件下，Na還原還原

19、CCl4可制備金剛石，反應結束冷卻至室可制備金剛石，反應結束冷卻至室溫后，回收其中的溫后，回收其中的CCl4的實驗操作名稱為的實驗操作名稱為_，除去粗產(chǎn)品中，除去粗產(chǎn)品中少量鈉的試劑為少量鈉的試劑為_。 (3)碳還原碳還原SiO2制制SiC，其粗產(chǎn)品中雜質為，其粗產(chǎn)品中雜質為Si和和SiO2，現(xiàn)將，現(xiàn)將20.0 g SiC粗產(chǎn)品加入到過量的粗產(chǎn)品加入到過量的NaOH溶液中充分反應，收集到溶液中充分反應，收集到0.1 mol氫氫氣，過濾得氣，過濾得SiC固體固體11.4 g，濾液稀釋到，濾液稀釋到1L。生成氫氣的離子方程。生成氫氣的離子方程式為式為_，硅酸鹽的物質的量濃度，硅酸鹽的物質的量濃度為為_。第二周期第第二周期第A族族氧氧(或或O) 過濾過濾水水(或乙醇或乙醇)Si2OH-+H2O= SiO32-+2H20.17 molL-1:C O: :. . .: : 例例8 氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學性質氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學性質穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與氮氣在穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與氮氣在1300反應制得。反應制得。 (1)根據(jù)性質推測氮化硅陶瓷的用途是根據(jù)性質推測氮化硅陶瓷的用途是_(選填代號選填代號)。A 制汽輪機葉片制汽輪機葉片 B 制有色玻璃制有色玻璃C 制永久性模具制永久性模具 D