安徽省太和縣高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第15講 碳硅及無(wú)機(jī)非金屬材料課件

第15講 碳硅及無(wú)機(jī)非金屬材料化學(xué) 2018年高考一輪復(fù)習(xí)考試說(shuō)明1.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。考點(diǎn)一碳、硅單質(zhì)及氧化物考點(diǎn)二硅酸鹽及無(wú)機(jī)非金屬材料專題三CO2與鹽或堿溶液反應(yīng)產(chǎn)物的判斷考點(diǎn)一碳、硅單質(zhì)及氧化物1.C、Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途(1)自然界中的碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素因有親氧性，所以僅有化合態(tài)。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨、C60等同素異形體，硅單質(zhì)主要有晶體硅和無(wú)定形硅兩大類。知識(shí)梳理(2)單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較 碳硅結(jié)構(gòu)金剛石： 結(jié)構(gòu)，石墨：層狀結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的_ 結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石熔點(diǎn)高、硬度大石墨熔點(diǎn)高、質(zhì) ，有滑膩感晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)_用途金剛石用作切割刀具， 用作電極、鉛筆芯晶體硅用作 材料、 硅芯片和硅太陽(yáng)能電池空間網(wǎng)狀空間網(wǎng)狀軟高石墨半導(dǎo)體2.碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)還原性碳、硅的最外層都是 個(gè)電子，位于元素周期表的第 族，不容易失也不容易得電子，通?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但在一定條件下也能與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一般表現(xiàn)為還原性(如圖)。4A(1)碳的還原性碳有重要的用途，除了在氧氣中燃燒利用其熱能外，還能用于金屬冶煉(如銅)、 制取粗硅、 生產(chǎn)水煤氣等， 完成下圖轉(zhuǎn)化關(guān)系中的化學(xué)方程式。 ； ； ； 。碳的還原性還表現(xiàn)為可將強(qiáng)氧化性的濃硫酸、濃硝酸分別還原為 和 ，本身被氧化為 。SO2NO2CO2(2)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，在常溫下只能與氟氣(F2)、 _、 _反應(yīng)，不能與氫氣、氧氣、氯氣、 、 反應(yīng)，加熱時(shí)能與氧氣、氯氣反應(yīng)。完成右圖轉(zhuǎn)化關(guān)系中的化學(xué)方程式。 ； ； 。Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2氫氟酸(HF)強(qiáng)堿硫酸硝酸Si2F2=SiF43.二氧化硅和二氧化碳的比較物質(zhì)二氧化硅二氧化碳結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)， 不存在單個(gè)分子存在單個(gè)CO2分子主要物理性質(zhì)硬度大，熔、沸點(diǎn) ，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2H2O H2CO3與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：_不反應(yīng)立體網(wǎng)狀高SiO24HF=SiF42H2O化學(xué)性質(zhì)與堿(NaOH)反應(yīng)_(盛堿液的試劑瓶用 塞)CO2少量：_；CO2過(guò)量：_與鹽反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng)：_如與Na2SiO3反應(yīng)：_或Na2SiO32H2O2CO2(足量)= H2SiO32NaHCO3SiO22NaOH=Na2SiO3H2O橡膠CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3化學(xué)性質(zhì)與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng)：_如與Na2O反應(yīng)：_用途光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件制飲料、制碳酸鹽CO2=Na2CO3SiO2CaOCaSiO3Na2O例1.正誤判斷，正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”(1)12C、13C、14C是碳的三種同素異形體( )(2)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在( )(3)晶體硅熔點(diǎn)高硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料( )(4)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維( )(5)非金屬性：CSi，則熱穩(wěn)定性：CH4SiH4( )(6)SiO2是酸性氧化物，可溶于強(qiáng)堿(NaOH)，不溶于任何酸( )例2.從元素周期表的位置看，碳和硅均為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)嗎？為什么？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。例3.寫出除去下列氣體中混有的雜質(zhì)(括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì))可采取的方法：(1)CO(CO2)：_。(2)CO2(CO)：_。(3)CO2(HCl)：_。通過(guò)盛有濃NaOH溶液的洗氣瓶通過(guò)盛放灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管通過(guò)盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶例4.寫出除去下列固體粉末中混有雜質(zhì)(括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì))可采取的方法，寫出有關(guān)反應(yīng)的方程式。(1)CaCO3(SiO2)_?？筛鶕?jù)SiO2可溶于NaOH溶液除去。 在固體混合物中加入足量氫氧化鈉溶液，充分反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌。SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(2)SiO2(CaCO3)_?？筛鶕?jù)CaCO3可溶于鹽酸除去。 在固體混合物中加入足量稀鹽酸，充分反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌。CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O(3)SiO2(NH4Cl)_?？筛鶕?jù)NH4Cl的熱穩(wěn)定性，或NH4Cl易溶于水的性質(zhì)除去。 方法一：在固體中加入適量水溶解、過(guò)濾。方法二：將固體混合物在坩堝中充分灼燒，除去NH4Cl。NH4Cl NH3HCl歸納總結(jié)熟記硅及其化合物的特殊性質(zhì)(1)硅單質(zhì)的特殊性Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO22C Si2CO；非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸反應(yīng)，但Si能與HF反應(yīng)：Si4HF=SiF42H2；非金屬單質(zhì)大多為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體。(2)含硅化合物的特殊性SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3；酸性氧化物一般不與酸反應(yīng)，但SiO2能跟HF反應(yīng)：SiO24HF= SiF42H2O；無(wú)機(jī)酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水；因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入少量CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3CO2H2O = H2SiO3Na2CO3，但在高溫下SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2也能發(fā)生。反思?xì)w納在設(shè)計(jì)制備純硅的實(shí)驗(yàn)題中，常遇到的知識(shí)點(diǎn)有：(1)高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅：SiO22C Si(粗)2CO(2)粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si3HCl SiHCl3H2(3)粗硅與干燥Cl2反應(yīng)制得SiCl4：Si(粗)2Cl2 SiCl4(4)SiHCl3與過(guò)量H2在高溫下反應(yīng)制得純硅：SiHCl3H2 Si(純)3HCl(5)SiCl4與過(guò)量H2在高溫下反應(yīng)制得純硅：SiCl42H2 Si(純)4HCl(6)SiO22Mg 2MgOSi(7)SiHCl3、SiCl4能與水發(fā)生反應(yīng)：SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2SiCl43H2O=H2SiO34HCl(8)SiH4在空氣中易自燃：SiH42O2=SiO22H2O考點(diǎn)二硅酸鹽及無(wú)機(jī)非金屬材料1.硅酸和硅酸鈉(1)硅酸硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸 (填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液變紅色。硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解： 。硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi) 。硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強(qiáng)，常用作干燥劑。不能H2SiO3 SiO2H2OH2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O(2)硅酸鈉(Na2SiO3)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱 ，有黏性，水溶液顯堿性。它能與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)，分別寫出以下化學(xué)方程式：與鹽酸反應(yīng)： 。與CO2水溶液反應(yīng)： 。用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3水玻璃Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO32.無(wú)機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。常見(jiàn)硅酸鹽材料比較 水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：Na2CO3SiO2 ；CaCO3SiO2 。(2)新型無(wú)機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。CaSiO3CO2Na2SiO3CO2例1.正誤判斷，正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”(1)玻璃是一種晶體，有較高的熔點(diǎn)( )(2)水玻璃是一種特殊的玻璃，泡花堿屬于堿( )(3)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料( )(4)光導(dǎo)纖維、碳納米管、氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷等都是新型無(wú)機(jī)非金屬材料( )(5)高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)( )(6)普通玻璃、石英玻璃、水泥、瑪瑙都屬于硅酸鹽產(chǎn)品( )例2.玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2 CaSiO3CO2。由上述兩個(gè)反應(yīng)能說(shuō)明H2SiO3的酸性比碳酸強(qiáng)嗎？為什么？不能；此反應(yīng)中生成的CO2氣體脫離反應(yīng)體系有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，與其氧化物對(duì)應(yīng)酸的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)；強(qiáng)酸制弱酸的規(guī)律一般適用于在溶液中發(fā)生的反應(yīng)。例3.實(shí)驗(yàn)室中要熔化燒堿固體，現(xiàn)有三種坩堝：石英坩堝、陶瓷坩堝、鐵坩堝。你認(rèn)為選哪一種？簡(jiǎn)述選擇的依據(jù)。選擇鐵坩堝。依據(jù)：鐵不與燒堿反應(yīng)，而石英坩堝、陶瓷坩堝中都含有SiO2，能與NaOH反應(yīng)使得坩堝受損。方法技巧硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法(1)氧化物的書(shū)寫順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水，不同氧化物間以“”隔開(kāi)。(2)各元素的化合價(jià)保持不變，且滿足化合價(jià)代數(shù)和為零，各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成。(3)當(dāng)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)。如正長(zhǎng)石：KAlSi3O8不能寫成 ，應(yīng)寫成K2OAl2O36SiO2?？键c(diǎn)三 CO2與鹽或堿溶液反應(yīng)產(chǎn)物的判斷1.CO2與鹽溶液反應(yīng)產(chǎn)物或現(xiàn)象的判斷一般從強(qiáng)酸制弱酸的角度去分析。由于碳酸比硅酸、次氯酸、苯酚、Al(OH)3(偏鋁酸)的酸性強(qiáng)，能用CO2制取上述弱酸，常涉及的變化如下：CO2CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3(或CO2Na2SiO32H2O=H4SiO4Na2CO3)CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClOCO2 ONaH2O OHNaHCO3CO2(過(guò)量)NaAlO22H2O=Al(OH)3NaHCO3CO2(少量)2NaAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO32.CO2與堿反應(yīng)產(chǎn)物的判斷(1)CO2與單一組分反應(yīng)(如CO2通入NaOH溶液)產(chǎn)物的分析反應(yīng)原理反應(yīng)后溶質(zhì)成分的判斷 x溶質(zhì)成分x11NaHCO311x21Na2CO3、NaHCO3x21Na2CO3x21NaOH、Na2CO3用數(shù)軸來(lái)表示(2)CO2與多組分如CO2通入NaOH、Ca(OH)2的混合溶液，反應(yīng)的順序是Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O2NaOHCO2=Na2CO3H2ONa2CO3CO2H2O=2NaHCO3CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2例1.正誤判斷，正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”。(1)向C6H5ONa溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁( )解析生成苯酚濁液。(2)向Na2SiO3溶液中通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過(guò)量，渾濁消失( )解析H2SiO3不溶于CO2。(3)向Ca(ClO)2溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過(guò)量，渾濁消失( )解析開(kāi)始生成CaCO3沉淀，CO2過(guò)量時(shí)，CaCO3又與CO2、H2O反應(yīng)生成Ca(HCO3)2。(4)向CaCl2溶液中通入CO2，無(wú)明顯現(xiàn)象，若先通入NH3再通CO2，溶液會(huì)變渾濁( )解析CO2在CaCl2溶液中的溶解度小，產(chǎn)生的 很小，QcKsp，因而不會(huì)產(chǎn)生沉淀， CO2在氨水堿性溶液中溶解度大， 產(chǎn)生 濃度大，因而能產(chǎn)生CaCO3沉淀。(5)向飽和Na2CO3溶液中通入過(guò)量的CO2氣體，有晶體析出( )解析NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小。(6)向NaAlO2溶液中通入CO2氣體，一開(kāi)始有白色沉淀生成，CO2過(guò)量，沉淀溶解( )解析Al(OH)3不能溶于H2CO3。(7)向飽和NaCl的氨溶液中通入過(guò)量CO2氣體，有晶體析出( )解析會(huì)析出NaHCO3晶體。