非金屬及其化合物

1、 第四章 非金屬及其化合物 第一講 無機非金屬材料主角硅教學目標：1、了解硅元素在自然界的存在，硅的原子結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。2、了解二氧化硅的存在、性質(zhì)和重要用途。3、了解硅酸、硅酸鹽的主要性質(zhì)和用途；硅單質(zhì)的制法。制法。教學重點：SiO2的性質(zhì)教學難點：SiO2的結(jié)構(gòu)、硅酸鹽的組成課時安排：一課時教學過程知識梳理在地殼里，硅的含量在所有元素中居第次于氧全部以 態(tài)存在。硅元素位于元素周期表中的第周期，族：其原子結(jié)構(gòu)示意圖：。一、二氧化硅及硅酸1、二氧化硅(1)物理性質(zhì):二氧化硅廣泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅，SiO2不溶于水，熔點、硬度。水晶、石英是二氧化硅晶體。(2)結(jié)構(gòu):二氧

2、化硅晶體是由硅原子和氧原子構(gòu)成的，晶體中硅原子和氧原于的個數(shù)比為，Si02晶體的平面結(jié)構(gòu)圖：(3)二氧化硅出化學性質(zhì)酸性氧化物的性質(zhì):Si02是酸性氧化物，是 的酸酑，于水。常溫下Si02與NaOH溶液反應(yīng)得到硅酸鈉(Na2SiO3)，反應(yīng)的化學方程式為：。 高溫下Si02能和堿性氧化物(如CaO)反應(yīng)生成硅酸鹽，反應(yīng)的化學方程式為：。 常溫下，SiO2能與氫氟酸(HF)反應(yīng)，此反應(yīng)常用于刻蝕玻璃，反應(yīng)的化學方程式為：。 二氧化硅的弱氧化性:Si02高溫下與C作用可制取粗硅，反應(yīng)的化學方程式為：。(4)二氧化硅的用途 :Si02是制造光導(dǎo)纖維的主要原料。Si02常被用來制造石英表中的壓電材料(

3、3)Si02用于制造各種玻璃制品。思考:(1)實驗室為什么不用帶玻璃塞的試劑瓶盛放NaOH溶液?應(yīng)用什么樣的塞子?(2)Si02不溶于水，如何由Si02制取H2SiO3?2、硅酸(1)硅酸(H2Si03)硅酸不溶于水，其酸性比碳酸的酸性。(2)硅酸鈉(Na2Si03): Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，常用作黏合劑。往Na2SiO3溶液中通人CO2，能制得硅酸，反應(yīng)的化學方程式：。二、硅酸鹽1、硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高，大都難溶于水，(1)硅酸鹽的組成比較復(fù)雜，常用氧化物的形式表示。表示順序為：活潑金屬氧化物、較活潑金屬氧化物、二氧化硅、水。例如：硅酸鈉(Na2Si03)改寫為氧化物形式

4、為：；鈉長石： (NaAlSi308)改寫為氧化物形式為。(2)玻璃生產(chǎn)原料：。生產(chǎn)設(shè)備：。生產(chǎn)過程：把原料粉碎并按適當比例混合后，放人玻璃熔爐中加熱、熔化，冷卻后得到普通玻璃。主要的化學反應(yīng)有：。 主要成分：普通玻璃是Na2Si03、CaSi03和SiO2在一起的混合物。重要性質(zhì)：玻璃在常溫下呈固態(tài)，沒有固定的熔點，受熱在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。玻璃的種類：鉛玻璃(用于制光學儀器)；有色玻璃藍色鈷玻璃(Co202)、紅色玻璃(Cu2O)；鋼化玻璃(用于汽車車窗)： (3)水泥：水泥是重要的建筑材料，其主要成分是，水泥具有性。 (4)陶瓷：陶瓷材料是人類應(yīng)用最早的硅酸鹽材料，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，如氮

5、化硅(Si3N4)陶瓷，碳化硅(SiC)陶瓷等。生物陶瓷：如氧化鋁陶瓷(A1203)，氧化鋯陶瓷(Zr02) 等； 壓電陶瓷：以鈦酸鋇(BaTi03)和鈦酸鉛(PbTi03)為主要成分。三、硅單質(zhì)1、硅的物理性質(zhì)單質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是色、有光澤、脆而硬的固體，是良好的材料。2硅的化學性質(zhì)(1)常溫下硅的化學性質(zhì)穩(wěn)定，但能和氟(HF)、強堿(NaOH)發(fā)生反應(yīng)。硅和氟氣反應(yīng)生成四氟化硅氣體，化學方程式為：。硅和氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅，放出學方程式為：。 硅與NaOH溶液作用生成硅酸鈉，反應(yīng)的化學方程式為：。(2)在加熱條件下，硅能和某些非金屬單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。硅與氧氣在加熱時反應(yīng)生成

6、二氧化硅程式為：。 硅和C12在加熱條件下反應(yīng)生成四氯的化學方程式為：。3硅的制?。鹤匀唤缰袥]有游離態(tài)的硅，常見的化合態(tài)的硅有和等。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(zhì)的粗硅。反應(yīng)的化學方程式：。在該反應(yīng)中，氧化荊是，還原劑。4硅主要的用途：硅可以用來制造、等。四、小結(jié)：比較SiO2、CO2在物理化學性質(zhì)上異同。二氧化碳二氧化硅狀態(tài)溶解性與NaOH反應(yīng)與酸反應(yīng)(HF)CO2通入水玻璃SiO2與Na2CO3高溫下反應(yīng)疑難點撥一、 硅及其化合物的有哪些特性？1.Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2+2C=Si+2CO2.非金屬與堿反應(yīng)一般無氫氣放出，但Si可以：S

7、i+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H23.非金屬單質(zhì)一般不與無氧酸反應(yīng) ，但Si可以與HF作用：Si+4HF=SiF4+2H24.非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但Si可以作為半導(dǎo)體。5.SiO2是硅酸的酸酐，但不溶于水，不能直接與水作用生成硅酸。6.非金屬的氧化物的熔點一般較低，但二氧化硅的熔點很高，原因是它為原子晶體。7.酸性氧化物一般不與酸反應(yīng)，但SiO2可以與HF酸作用： SiO2+4HF=SiF4+2H2O8.硅酸不溶于水。二、為什么玻璃沒有固定的熔點？有規(guī)則空間排列的晶體是有固定熔點的。玻璃是一種玻璃態(tài)物質(zhì)，玻璃態(tài)是介于結(jié)晶態(tài)與無定形之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。它的結(jié)構(gòu)特點是：它的粒子不象

8、晶體那樣有嚴格的空間排列，但又不象無定形那樣無規(guī)則排列。人們把玻璃態(tài)的這種結(jié)構(gòu)特征稱為“短程有序而遠程無序”。即從小范圍來看，它有一定的晶體排列，但從整體上看，卻像無定形物質(zhì)那樣無晶形的排列規(guī)律。所以，玻璃態(tài)物質(zhì)沒有固定的熔點，而是在一定的溫度范圍內(nèi)逐漸軟化而變化為液態(tài)。三、玻璃瓶塞會跟NaOH等堿性溶液反應(yīng)，為什么NaOH溶液還能用玻璃瓶盛裝？由于玻璃不是簡單的Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2機械混合物,它們相互結(jié)合為多聚硅酸的長鏈,金屬陽離子處于無規(guī)則的多聚硅酸的長鏈包圍之中。所以玻璃中的Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2不是獨立存在的，即玻璃中SiO2與一般所說的是

9、有區(qū)別的。瓶口內(nèi)側(cè)與瓶塞都是經(jīng)過磨砂處理的，表面粗糙，造成堿性的液體容易滯留，并且水分蒸發(fā)，堿液濃度增大，促使二者更易反應(yīng)。其他部位因表面光滑而難于反應(yīng)。由于從組成和結(jié)構(gòu)上看多聚硅酸的長鏈與SiO2相似，所以通常把玻璃跟NaOH等堿性溶液反應(yīng)簡單地看成SiO2與堿溶液的反應(yīng)。四、二氧化硅與碳酸鈉和碳酸鈣反應(yīng)的原因？玻璃工業(yè)生產(chǎn)的主要原理是在強熱的條件下發(fā)生：Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2 ，CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2 上述反應(yīng)都是在高溫條件下進行的，有利于二氧化碳從體系中揮發(fā)出來，而二氧化硅不行，所以反應(yīng)可以進行。符合難揮發(fā)性的酸酐制取易

10、揮發(fā)性的酸酐的道理。所以上述反應(yīng)不與“Na2SiO3 + CO2+H2O= Na2CO3+ H2SiO3”矛盾，因為后者是在溶液中進行的，符合復(fù)分解反應(yīng)的原理。五、怎樣用氧化物來表示硅酸鹽？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)的確定：除氧元素外，其他的元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置系數(shù)。注意事項：氧化物之間用“·”隔開；系數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)應(yīng)化為整數(shù)。如：正長石KAlSi3O8要寫成K2O·Al2O3·6SiO2形式。六、碳族元素化合價有哪些特點？碳族元素主要化合價為+2和+4，非金屬元素還有-4價。其中Pb+2價穩(wěn)定；其余的+4價

11、穩(wěn)定。典例剖析【例1】向下列物質(zhì)的濃溶液中緩慢地通入過量CO2氣體，整個過程中無明顯現(xiàn)象的是 A水玻璃 B苯酚鈉 C漂白粉 D飽和碳酸鈉 E氯化鈣解析： CO2溶于水生成碳酸，碳酸的酸性比鹽酸弱，而比硅酸、次氯酸、苯酚強。根據(jù)酸與鹽反應(yīng)的規(guī)律（弱酸不能制強酸），過量CO2通入硅酸鈉溶液中有白色沉淀H2SiO3生成，CO2通入苯酚鈉溶液中會生成苯酚濁液；CO2通入次氯酸鈣溶液過程中會生成碳酸鈣白色沉淀，CO2過量最終沉淀會消失；過量CO2通入飽和碳酸鈉溶液會生成碳酸氫鈉，碳酸氫鈉溶解度比碳酸鈉溶解度小而結(jié)晶析出；CO2通入氯化鈣溶液無明顯現(xiàn)象。 答案：E。規(guī)律總結(jié)： 此題易出錯的地方有三個：CO

12、2通入氯化鈣溶液無明顯現(xiàn)象；題干中CO2是過量的；碳酸氫鈉因溶解度小而結(jié)晶析出?！纠?】(2002年上海)將足量CO2通人KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量（n）和通入CO2體積（y）的關(guān)系正確的是A B C D解析：CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合溶液中，首先發(fā)生反應(yīng)CO2+2OH+Ca2=CaCO3+H2O，此段時間內(nèi)隨著CO2的不斷通入，沉淀量逐漸增加；等Ca(OH)2反應(yīng)完，溶液中還剩余OH，再通CO2，即發(fā)生反應(yīng)：CO2+2KOH=K2CO3+H2O，此段時間內(nèi)，隨著CO2的不斷通入，沉淀量保持不變; 等KOH反應(yīng)完，繼續(xù)通CO2，即發(fā)生反應(yīng)：CaCO3+

13、CO2+H2O=Ca(HCO3)2，沉淀量逐漸減少，一直到沉淀完全溶解。D圖象符合題意。實際上這里還有一個定量關(guān)系：完全生成碳酸鈣沉淀所需的CO2的體積和使碳酸鈣沉淀完全溶解所需的CO2的體積相等。答案：D。 規(guī)律總結(jié)：遇到通入氣體沉淀又溶解的這類題，首先聯(lián)想到碳酸鹽，亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化為酸式鹽，當全部轉(zhuǎn)化為正鹽時，如有OH，則應(yīng)把OH中和完畢，酸式鹽再轉(zhuǎn)化為正鹽。【例3】Fe3O4若看作“混合氧化物”時可寫成FeO·Fe2O3，若看作一種鹽時又可寫成Fe(FeO2)2根據(jù)化合價規(guī)則和這種書寫方法，Pb3O4可以分別寫成_和_。解析: Fe元素有2、3價，F(xiàn)e3O4中有1/3Fe元素為2價

14、，2/3Fe元素為3價與Fe元素不同，鉛是2價、4價按化合價規(guī)則及題中要求的寫法(即低價在前，高價在后，且高價元素形成酸根)，故Pb3O4應(yīng)改寫為下列兩種形式2PbO·PbO2和Pb2PbO4?！纠?】 草酸晶體與濃硫酸共熱可制得CO，其化學方程式如下：H2C2O4 CO+CO2+H2O，現(xiàn)利用該反應(yīng)制取CO氣體，要求：a驗證CO還原性及其氧化產(chǎn)物。b剩余氣體CO不能排入大氣中，并回答有關(guān)問題：（1）試從圖中選用幾種裝置（有些可重復(fù)使用）連接成一套實驗裝置，所選用的裝置及連接順序為        

15、;  。（2）用簡潔的文字說明所選的裝置，如何達到上述兩要求：a       ；b      。（3）在裝置C中的化學反應(yīng)方程式為            。（4）本實驗有四個酒精燈A、B、C、H，正確操作時點燃酒精燈的順序是        ；試簡單說明理由；   

16、60;         。熄滅酒精燈的順序是         ；試簡單說明理由：        。（5）用有效氣體還原0.40g將生成的氣體通入過量澄清石灰水中，生成0.75g白色沉淀，則 中 值是         ， 值是     

17、60;    。解析：在制取氣體時，根據(jù)方程式：H2C2O4 CO+CO2+H2O,可知這是一個固體與液體物質(zhì)在加熱條件下制取氣體的反應(yīng)，應(yīng)選裝置A。因為草酸在加熱中分解生成CO時，同時有CO2 和H2O生成，若不除去則影響CO還原性和進行氧化產(chǎn)物CO2 的鑒定。可選用裝有苛性鈉的U型管以吸收混合氣體中的CO2 ，同時還要配以裝有澄清石灰水的裝置E。當氣體通過G裝置后進行裝置E無渾濁出現(xiàn)，說明混合氣體中CO2 已除盡，然后通過裝有濃H2SO4 的洗氣瓶進行干燥，才能進入裝置C與 反應(yīng)，證明CO的還原性。在C中反應(yīng)生成Fe和CO2 ，證明生成了CO2 ，只能再次選用

18、裝置E，其中溶液在氣體通過后出現(xiàn)渾濁，證明在反應(yīng)中已生成了CO2 ，這就說明了CO的還原性，CO在反應(yīng)中被氧化為CO2 ，剩余CO不能向空氣中排放，無其他試劑可以將其吸收，所以將尾氣在H處點燃，使未反應(yīng)的CO轉(zhuǎn)化為CO2 。實驗中有三處裝置使用酒精燈，即A、C、H。正確操作點燃酒精燈的順序應(yīng)為AHC。使分解產(chǎn)生的氣體將系統(tǒng)內(nèi)的空氣排凈，防止加熱時發(fā)生爆炸，而熄滅酒精燈的順序應(yīng)為CAH。這是因為要使已被還原的鐵粉在CO的氣流中冷卻，以防止再被氧化影響實驗結(jié)果。實驗最后給出測定的有關(guān)數(shù)值，要求確定 中的 和 值： 中含氧原子的物質(zhì)的量： ,故 答案：(1)AGEFCEH(2)a草酸分解氣體通過裝置

19、E時無白色沉淀生成說明其中所含CO2 已除盡，通過裝置C反應(yīng)后氣體通過第二個裝置E時出現(xiàn)白色沉淀，說明CO的氧化產(chǎn)物為CO2 。b尾氣在裝置H處點燃，使剩余的CO轉(zhuǎn)化為CO2 (3) (4)AHC，使分解產(chǎn)生的氣體把實驗系統(tǒng)內(nèi)的空氣排盡，防止加熱時引起爆炸CAH，使熱的鐵粉在CO氣流中冷卻，防止鐵粉再次被氧化(5)2、3 知能訓(xùn)練一、選擇題1.(2002全國理綜，6)以下說法正確的是 A.納米材料是一種稱為"納米"的新物質(zhì)制成的材料 B.綠色食品是指不含任何化學物質(zhì)的食品C.生物固氮是指植物通過葉面直接吸收空氣中的氮氣 D.光導(dǎo)纖維是以二氧化硅為主要原料制成的2(2004上

20、海，大綜)玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上進行刻蝕，將其制成毛玻璃和雕花玻璃的物質(zhì)是A、燒堿 B、純堿 C 、氫氟酸 D、 鹽酸3（2001春季，5）下列氧化物按其形成的含氧酸酸性遞增順序排列的是A. B. C. D. 4對于碳族元素，下列說法正確的是 A鍺、硅元素的單質(zhì)都是半導(dǎo)體材料 BCH4、SiH4、GeH4的穩(wěn)定性依次減弱 CH2CO3、H2SiO3、H2GeO3的酸性依次增強 DC、Si、Ge、Sn、Pb的熔、沸點依次升高5下列說法：硅化學性質(zhì)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屬于原子晶體；二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大的差異；二氧化硅是一種酸

21、性氧化物，它不與任何酸發(fā)生反應(yīng)。正確的是 A B C D 6二氧化硅屬于酸性氧化物的理由主要是 A硅是非金屬元素 B二氧化硅對應(yīng)的水化物是可溶性弱酸C二氧化硅能與強堿反應(yīng)生成鹽和水 D二氧化硅不能與酸反應(yīng)7某混合氣體中可能含有H2、CO、CO2、HCl、NH3、和H2O (氣)中的兩種或多種，當混合氣體依次通過 澄清石灰水(無渾濁現(xiàn)象)， Ba(OH)2溶液(有渾濁現(xiàn)象)， 濃H2SO4(無現(xiàn)象)， 灼燒氧化銅(變紅)， 無水CuSO4(變藍)。對該混合氣體成分正確判斷的是 A一定沒有CO2，肯定有H2 B一定有CO、CO2、H2O(氣) C一定有H2、CO2、HCl D可能有CO2、NH3、

22、H2O(氣)8將標準狀況下2.24 L CO2通入150 mL 1mol·LNaOH溶液中，下列說法正確的是 Ac(HCO3)略大于c( CO32) B能使酸性高錳酸鉀溶液褪色Cc(Na)等于c( CO32)與c( HCO3)之和 Dc( HCO3)略小于c( CO32)9下列離子方程式，正確的是A澄清石灰水通人過量二氧化碳：Ca2 +2OH+CO2 = CaCO3+H2OB硅酸鈉溶液中通人足量二氧化碳：SiO32+2CO2+3H2O = H4SiO4+2HCO3C二氧化硅與燒堿溶液反應(yīng)：SiO2 +2OH= SiO32+H2OD硅酸與燒堿溶液中和：H + OH= H2O10如果發(fā)現(xiàn)

23、114號新元素X，則下列可能具有的性質(zhì)合理的是AX是非金屬元素 BX有穩(wěn)定的氫化物 CX的+4價化合物比+2價化合物穩(wěn)定 DXO2具有強氧化性11下列各組離子中能大量存在的是AK、SiO32、OH、Na B Na、H、CO32、SO42CK、H、SiO32、Cl DOH、Na、HCO3、Cl12下列5個轉(zhuǎn)化，其中不能通過一步反應(yīng)實現(xiàn)的是 SiO2 Na2SiO3 CuSO4 CuCl2 SiO2 H2SiO3 CuO Cu（OH）2 Na2O2 Na2SO4A B C D 13高嶺土的組成可表示為Al2Si2Ox(OH)y ，其中x、y的數(shù)值分別是A7、2 B5、4 C6、3 D3、6二、填空

24、題14Fe3O4可以寫成FeO·Fe2O3，若看作一種鹽時，又可寫成Fe(FeO2)2。根據(jù)化合價規(guī)律和這種書寫方法，則Pb3O4的氧化物形式為 ，鹽的形式為 。等物質(zhì)的量的Fe3O4和Pb3O4分別和濃鹽酸時，所消耗HCl的物質(zhì)的量相等，不同的是，高價的鉛能將鹽酸氧化而放出氯氣。試寫出Fe3O4、Pb3O4分別和濃鹽酸反應(yīng)的方程式 ， 。15一固體單質(zhì)A加入NaOH溶液生成單質(zhì)氣體B和化合物甲，氣體B和單質(zhì)C在一定條件下反應(yīng)生成化合物乙，化合物甲加入過量鹽酸生成白色膠狀物質(zhì)丙，丙徹底脫去化合物乙生成難溶物丁，丁加入NaOH又可生成化合物甲。寫出上述物質(zhì)的化學式： A ，B ，C ，甲 ，乙 ，丙 ，丁 。寫出A與NaOH反應(yīng)的化學方程式： 。寫出甲與鹽酸反應(yīng)的離子方程式： 。