化學第四章 非金屬及化合物 4.1 無機非金屬材料的主角——硅

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1、第一節(jié)無機非金屬材料的主角硅 考點一碳、硅單質及其氧化物【基礎回顧】1.碳、硅單質的存在形式、結構、物理性質和用途:碳碳硅硅存在存在形式形式游離態(tài)和化合態(tài)游離態(tài)和化合態(tài)_單質單質的的結構結構金剛石金剛石:_:_結結構構; ;石墨石墨: :層狀結構層狀結構; ;C C6060: :足球形分子足球形分子晶體硅晶體硅: :與金剛與金剛石石類似的空間網類似的空間網狀狀結構結構化合態(tài)立體網狀碳碳硅硅物理物理性質性質金剛石金剛石: :熔點熔點_、硬、硬度度_;_;石墨石墨: :硬度硬度_、電的、電的_導體導體晶體硅為灰黑色晶體硅為灰黑色固體固體, ,有金屬光有金屬光澤、熔點澤、熔點_、硬、硬度度_,_,有

2、脆性有脆性用途用途_用于制造切割刀用于制造切割刀具具,_,_用于制造電用于制造電極、鉛筆芯極、鉛筆芯晶體硅用作晶體硅用作_材料、硅芯片材料、硅芯片和硅太陽能電池和硅太陽能電池很高很大較小良高大金剛石石墨半導體2.化學性質碳、硅在化學反應中,一般表現還原性:2C+O2 2CO點燃=Fe2O3+3C 2Fe+3CO高溫=2C+SiO2 Si+2CO高溫=C+2H2SO4(濃) 2SO2+CO2+2H2O=C+4HNO3(濃) 4NO2+CO2+2H2O=Si+O2 SiO2=Si+2Cl2 SiCl4=Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H23.硅的制備:對應

3、化學方程式為_;_;_。高溫=加熱=高溫=SiO2+2C Si(粗)+2COSi(粗)+2Cl2 SiCl4SiCl4+2H2 Si(純)+4HCl4.碳和硅的氧化物:(1)一氧化碳:CO是無色無味的有毒氣體,_溶于水,可用作氣體燃料和冶金工業(yè)的_。不還原劑(2)二氧化碳和二氧化硅。二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅類別類別均為均為_氧化物氧化物結構結構特點特點由由_構成構成由氧原子、硅原子構由氧原子、硅原子構成成_結構結構主要物主要物理性質理性質熔、沸點熔、沸點_,_,常常溫溫下為氣體下為氣體, ,微溶于微溶于水水硬度硬度_,_,熔、沸點熔、沸點_,_,常溫下為固體常溫下為固體, ,不溶不溶于

4、水于水酸性二氧化碳分子立體網狀低大高二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅化化學學性性質質與水與水反應反應COCO2 2+H+H2 2O HO H2 2COCO3 3不反應不反應與酸與酸反應反應不反應不反應只與氫氟酸反應只與氫氟酸反應: :_與堿與堿反應反應COCO2 2少量少量:_:_COCO2 2過量過量:_:_ _ _(_(盛堿盛堿性溶液的試劑瓶性溶液的試劑瓶用用_塞塞) )CO2+2OH-= +H2OCO2+OH-=SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O橡膠23CO3HCO二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅化化學學性性質質與鹽與鹽反應反應如與如與NaN

5、a2 2SiOSiO3 3反應反應: :_或或NaNa2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2O+2COO+2CO2 2( (足量足量)=H)=H2 2SiOSiO3 3+2NaHCO2NaHCO3 3如與如與NaNa2 2COCO3 3反反應應:_:_ _與堿與堿性氧化性氧化物反應物反應如與如與NaNa2 2O O反應反應: :_如與如與CaOCaO反反應應:_:_CO2+Na2SiO3+H2O=H2SiO3+Na2CO3高溫=SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2CO2+Na2O=Na2CO3SiO2+CaO高溫= CaSiO3【題組過關】1.(RJ必修1P81改編題)Si、SiO

6、2廣泛用于制造晶體管、光導纖維等。下列有關說法正確的是()A.附著油污的晶體管可用堿液浸泡B.光導纖維遇堿會影響光信號傳輸C.工業(yè)上用SiO2熱分解法冶煉硅D.自然界中硅以游離態(tài)形式存在【解析】選B。晶體管中的硅可以和堿液反應,A錯誤;SiO2用于制造光導纖維,而SiO2會和堿液反應,故會影響光信號傳輸,B正確;SiO2受熱不分解,C錯誤;硅是親氧元素,在自然界中硅以化合態(tài)形式存在,D錯誤。2.(2018懷化模擬)單質Z是一種常見的半導體材料,可由X通過如圖所示的路線制備,其中X為Z的氧化物,Y為氫化物,分子結構與甲烷相似,下列說法正確的是導學號79100045()A.X為酸性氧化物,能與堿反

7、應不能與酸反應B.Y的化學式為SiH4C.光纖主要成分是X,具有導電性D.X與Mg在加熱條件下反應的化學方程式為SiO2+2Mg 2MgO+Si=【解析】選B。Z是半導體材料,即Z為Si,X為SiO2,SiO2是酸性氧化物,能與堿反應,能和HF反應,A錯誤;根據元素守恒,Y是SiH4,B正確;SiO2無導電性,C錯誤; 根據反應過程,反應方程式為SiO2+4Mg Mg2Si+2MgO,D錯誤。加熱=【加固訓練】1.四氯化硅還原法是當前制備較高純度硅的一種方法,有關反應的化學方程式為SiCl4+2H2 4HCl+Si,下列說法不合理的是()高溫=A.硅為親氧元素,在自然界中以化合態(tài)形式存在B.增

8、大壓強有利于加快上述反應的化學反應速率C.四氯化硅可以由粗硅與氯氣通過化合反應制得D.混入少量空氣對上述反應無影響【解析】選D。硅為親氧元素,在自然界中以硅的氧化物和硅酸鹽的形式存在,A正確;制備較高純度硅的反應有氣體參加,所以增大壓強能加快化學反應速率,B正確;粗硅與氯氣通過化合反應制得四氯化硅,C正確;混入少量空氣后,空氣中的氧氣會與生成的硅反應,影響硅的質量,D不合理。2.下列說法正確的是()A.紅寶石、瑪瑙、水晶、鉆石等裝飾品的主要成分都是二氧化硅B.SiO2是堿性氧化物,能溶于酸,故可用氫氟酸蝕刻玻璃C.向Na2SiO3溶液中通入過量CO2制備硅酸凝膠: +2CO2+2H2O=H2S

9、iO3+2HC D.高純度的SiO2對光有很好的折射和全反射作用,可以制成光電池,將光能直接轉化為電能23SiO3O【解析】選C。紅寶石的主要成分是Al2O3,鉆石的主要成分是單質碳,瑪瑙和水晶的主要成分是SiO2,A錯誤;SiO2是酸性氧化物,B錯誤;酸性:H2CO3H2SiO3,故可用Na2SiO3溶液與CO2反應制H2SiO3凝膠,C正確;高純度的SiO2對光有很好的折射和全反射作用,可用作光導纖維,而光電池由單質硅制成,D錯誤。3.下列除雜方法正確的是()A.SiO2中含Al2O3雜質,可以加入足量NaOH溶液然后過濾除去B.CO2中含有CO雜質,可以通入盛有CuO的玻璃管且加熱C.C

10、O2中含有HCl雜質,可以通過盛有Na2CO3溶液的洗氣瓶D.Na2CO3溶液中含有Na2SiO3雜質,可以通入足量的CO2,然后過濾【解析】選B。SiO2、Al2O3均與NaOH溶液反應,A錯誤; CO2中含有HCl雜質,應通過盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶,C錯誤;Na2CO3溶液與CO2反應,引入NaHCO3,D錯誤?？键c二硅酸、硅酸鹽及無機非金屬材料 【基礎回顧】1.硅酸的性質、制備與應用:難弱Na2CO3+H2SiO3=H2SiO3 SiO2+H2ONa2SiO3+2HCl=H2SiO3(膠體)+2NaCl2.硅酸鹽:(1)概念:由_和金屬組成的化合物的總稱,是構成地殼巖石的主要成

11、分。(2)表示方法:硅酸鹽礦物的成分復雜,常用氧化物的形式表示它們的組成,如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成_,鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成_。硅、氧Na2OSiO2K2O3Al2O36SiO22H2O(3)硅酸鈉(Na2SiO3)又稱泡花堿。白色、可溶于水的粉末狀固體,其水溶液俗稱_,有黏性,水溶液顯_性。與較強的酸反應生成硅酸:如Na2SiO3溶液與稀硫酸反應:_; 與CO2水溶液反應:_。用途:黏合劑、耐火阻燃材料。水玻璃堿Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3+Na2SO4Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO33.無機非金屬材料:(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料。水

12、泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷生產原生產原料料石灰石、石灰石、黏土黏土_黏土黏土主要設主要設備備_玻璃窯玻璃窯陶瓷窯陶瓷窯生產條生產條件件高溫高溫純堿、石灰石和石英砂水泥回轉窯玻璃的生產。Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2高溫=CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2高溫=(2)新型無機非金屬材料,如高溫結構陶瓷、光導纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。(3)特殊功能的含硅物質。碳化硅具有金剛石結構,可用作磨料。含硅元素4%的硅鋼具有導磁性。硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質?！痉椒c撥】硅酸鹽用氧化物形式書寫的原則:(1)氧化物的書寫順序:活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。(2)硅酸鹽用

13、氧化物的形式表示時,遵循各元素化合價不變的原則。(3)氧化物前系數配置原則:除氧元素外,其他元素按配置前后原子個數守恒原則配置系數。(4)氧化物之間以“”隔開;系數配置出現分數應化為整數。例如:長石:KAlSi3O8不能寫成 K2O Al2O33SiO2,應寫成K2OAl2O36SiO2。1212【題組過關】1.(RJ必修1P80改編題)能證明碳酸比硅酸酸性強的實驗事實是()A.H2CO3比H2SiO3受熱易分解B.高溫下能發(fā)生反應Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2C.CO2能溶于水生成碳酸,而SiO2卻不溶于水D.CO2通入Na2SiO3溶液中有膠狀沉淀生成高溫=【解析】選D。A

14、項說明的是熱穩(wěn)定性的相對強弱;B項是由于SiO2的熔、沸點高于CO2,不能據此說明碳酸與硅酸酸性的相對強弱;C項只能說明CO2和SiO2的溶解性的相對大小,也不能說明碳酸與硅酸酸性的相對強弱;D項說明碳酸能制硅酸,據此可確定碳酸的酸性比硅酸強。2.(2018合肥模擬)天工開物記載:凡埏泥造瓦,掘地二尺余,擇取無沙粘土而為之”,“凡坯既成,干燥之后,則堆積窯中燃薪舉火”,“澆水轉釉(主要為青色),與造磚同法”。下列說法錯誤的是()導學號79100046A.沙子和黏土主要成分為硅酸鹽B.“燃薪舉火”使黏土發(fā)生復雜的物理化學變化C.燒制后自然冷卻成紅瓦,澆水冷卻成青瓦D.黏土是制作磚瓦和陶瓷等的主要

15、原料【解析】選A。沙子的主要成分為SiO2,不屬于硅酸鹽,A錯誤;“燃薪舉火”是使成型的黏土器皿發(fā)生復雜的物理化學變化而制成陶器,B正確;燒制過程中鐵的化合物被氧化為氧化鐵,得到紅瓦,若澆水則發(fā)生還原反應得到氧化亞鐵而成為青瓦,C正確;磚瓦、陶瓷的主要原料是黏土,D正確。3.(2018安慶模擬)水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應用于耐火材料、洗滌劑生產等領域,是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2:65%70%、C:30%35%)制取水玻璃的工藝流程:下列說法正確的是導學號79100047()A.原材料稻殼灰價格低廉,且副產品活性炭有較高的經濟價值B.操作A與操作B完全相同C.該流程中

16、硅元素的化合價發(fā)生改變D.反應器中發(fā)生的復分解反應為SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O【解析】選A。稻殼灰來源廣泛價格低廉,活性炭具有吸附性,有較高的經濟價值,A正確;操作A為過濾,操作B為蒸發(fā)濃縮,是兩種不同的操作,B錯誤;二氧化硅中,硅元素的化合價是+4價,硅酸鈉中,硅元素的化合價是+4價,所以該流程中硅元素的化合價沒有發(fā)生改變,C錯誤;由復分解反應的概念可知,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O不屬于復分解反應,D錯誤?！炯庸逃柧殹?.昆侖玉的主要成分是Ca2Mg5Si8O22(OH)2,則其用氧化物的形式可表示為()A.CaOMgOSiO2H2OB.2CaO5MgO8

17、SiO2H2OC.2CaOMgOSiO22H2OD.5CaO2MgO8SiO2H2O【解析】選B。根據硅酸鹽改寫成氧化物的形式要遵循原子守恒,Ca2Mg5Si8O22(OH)2可表示為2CaO5MgO8SiO2H2O,選B。2.將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中,然后加熱蒸干,再在高溫下充分灼燒,最后得到的固體物質是()A.Na2SiO3B.Na2CO3、Na2SiO3C.Na2CO3、SiO2D.SiO2【解析】選A。足量CO2與水玻璃反應生成NaHCO3和H2SiO3,在高溫條件下H2SiO3變?yōu)镾iO2,NaHCO3變?yōu)镹a2CO3,Na2CO3與SiO2反應又生成Na2

18、SiO3和CO2,所以最后得到的固體物質是Na2SiO3,A正確。3.蛇紋石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3組成?，F取一份蛇紋石試樣進行實驗,首先將其溶于過量的鹽酸中,過濾后,在所得的沉淀X和溶液Y中分別加入NaOH溶液至過量。下列敘述不正確的是()A.沉淀X的成分是SiO2B.將蛇紋石試樣直接溶于過量的NaOH溶液后過濾,可得到紅色顏料Fe2O3C.在溶液Y中加入過量的NaOH溶液,過濾得到的沉淀的主要成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2D.溶液Y中的陽離子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+、H+【解析】選B。向蛇紋石試樣中加入過量的鹽酸,其中的MgO、Al2O3、Fe2O3溶解形成含Mg2+、Al3+、Fe3+和H+的溶液Y,SiO2不溶解是沉淀X,溶液Y中加入過量NaOH溶液,將得到Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀,A、C、D正確;將蛇紋石試樣直接溶于過量的NaOH溶液,其中的Al2O3和SiO2溶解形成 和 ,而MgO和Fe2O3不溶解形成沉淀,B錯誤。2AlO23SiO