_無機(jī)非金屬材料的主角——硅

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1、 無機(jī)非金屬材料的主角硅高考目標(biāo)：1了解C Si元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(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。 1 結(jié)構(gòu) +14Si +6C1s22S22P2C Si1s22S22P63S23P22S22P2 3S23P23P3S2P2S第三周期IVA族第二周期IVA族2 4 2 8 4最外層電子數(shù)為4難于得失電子易形成共價(jià)化合物注意：C能形成極少數(shù)離子化合物 CaC 2 Li2C2 Mg2C3 Al4C3電子排布式：原子結(jié)構(gòu)示意圖：價(jià)電子排布式：電子排布圖：價(jià)電子排布圖：位置：性質(zhì)推導(dǎo)：?jiǎn)钨|(zhì)結(jié)構(gòu)：注意：金剛石：石墨：晶體硅：C60：以C為中心的正四面體立體網(wǎng)狀

2、結(jié)構(gòu)的原子晶體。層狀平面正六邊形的的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，混合型晶體?；\狀分子的分子晶體。以Si為中心,O為正四面體頂點(diǎn)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體。 6 14 碳硅存在形態(tài)物理性質(zhì)用途_用作切割刀具， _用作電極、鉛筆芯 材料和合金材料硅芯片和硅太陽能電池游離態(tài)和化合態(tài)化合態(tài) 地殼含量第四2 單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和用途熔點(diǎn)高，硬度大。熔點(diǎn)最高，硬度小，電的良導(dǎo)體。熔點(diǎn)低，硬度小。金剛石： 石墨：C60：無定形碳：金剛石石墨半導(dǎo)體灰黑色固體，有金屬光澤、熔點(diǎn)高、硬度大、有脆性。 碳硅強(qiáng)還原性 可燃性O(shè)2F2 Cl2H2OCuO FexOy CO2 SiO2H 2SO4（濃） HNO3（濃）HF(

3、aq)NaOH(aq)弱氧化性 H2及其他2C+O2=2CO點(diǎn)燃C+O2= CO2點(diǎn)燃Si+O2=SiO2點(diǎn)燃C+2Cl2=CCl4 Si+2Cl2=SiCl4 C+H2O=CO+H2高溫不反應(yīng)2CuO+C=2Cu+CO2高溫不反應(yīng)CO2+C=2CO高溫SiO2+2C=Si+2CO高溫Si+C=SiC高溫金剛砂C+2H2SO4(濃)=CO2+2SO2+2H2O不反應(yīng)不反應(yīng)不反應(yīng)不反應(yīng)C+4HNO3(濃)=CO2+4NO2+2H2O Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2高溫CaCO3=CaO+CO2CaO+3C=CaC2+CO電弧2FeO+Si=SiO2

4、+Fe 碳硅制取木炭或煤的干餾等粗硅 SiO2+2C=Si+2CO高溫電爐 Si+2Cl2=SiCl4精制Si SiCl4+2H2= Si+4HCl高溫 SiO2+3C=SiC+2CO高溫電爐3 C Si的氧化物注意：與N2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。注意：收集方法：密閉環(huán)境排水法收集 可燃性：還原性 (1) CO結(jié)構(gòu)：物性：化性 用途：C三O結(jié)構(gòu)式： 電子式： 空間構(gòu)形：直線形:C O:.: 2CO+O2=2CO2點(diǎn)燃金屬氧化物：H2O: CuO Fe3O4 等 CO+H2O=CO2+H2高溫冶煉金屬 燃料 CO2 SiO2類別結(jié)構(gòu)特點(diǎn)物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)H2O堿C

5、Mg特殊性HF Na2CO3CaCO3用途 4 二氧化碳和二氧化硅酸性氧化物通性弱氧化性由二氧化碳分子構(gòu)成由O與Si構(gòu)成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)原子晶體，無單個(gè)分子。熔沸點(diǎn)低、可溶于水熔沸點(diǎn)高, 硬度大, 難溶于水堿性氧化物CO2+H2O=H2CO3不反應(yīng)NaOH+CO2(少量 足量)CaO+CO2=CaCO3CO 2+C=2CO高溫SiO2+2C=Si+2CO高溫CO2+2Mg=2MgO+C點(diǎn)燃不反應(yīng)4HF+SiO2=SiF4+2H2O不反應(yīng)Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高溫CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 CaCO3+SiO2=

6、CaSiO3+CO2高溫酸性氧化物2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O高溫CaO+SiO2 CaSiO3制飲料 制碳酸鹽光導(dǎo)纖維 光學(xué)儀器 電子部件 SiO 5 H2SiO3 SiOO OHHO非羥基氧為2，弱酸。白色膠狀固體，難溶于水。H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2ONa2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3Na2SiO3+2CO2+2H2O=2NaHCO3+H2SiO3弱酸性(比碳酸弱)：不穩(wěn)定性:SiO32-+2H+ =H2SiO3H2SiO3=SiO2+H2O強(qiáng)酸制弱酸作干燥劑、催化劑的載體等。6 硅酸鹽(1)定義：由硅、氧和金屬元素組成的化合

7、物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。白色固體,水溶液(堿性)是無色黏稠液體,俗稱水玻璃 不用磨口塞子, 用橡膠塞原因(2)Na2SiO3 物性：貯存：化性：用途：強(qiáng)弱酸 H2SO4 鹽 BaCl2 CO2常用于制備黏合劑 、防腐劑、耐火材料。原理：化性制取H2SiO3結(jié)構(gòu)：物性：用途： (3)硅酸鹽組成的表示方法：金屬氧化物+非金屬氧化物+H2O金屬氧化物 按金屬性強(qiáng)到弱排列, 變價(jià)金屬: 低價(jià)前高價(jià)后非金屬氧化物注意 按非金屬性強(qiáng)到弱，H2O最后。例1 硅酸鈉_ 石棉(CaMg3Si4O12)_高嶺石(黏土)Al2(Si2O5)(OH)4_ 沸石Na2(Al2Si3O10) 3H2O_ 玻璃

8、Na2SiO3. CaSiO3 .4SiO2 正長(zhǎng)石KAlSi3O8_ 純堿 石灰石 石英Na 2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高溫CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高溫玻璃熔爐玻璃主要原料：主要反應(yīng)設(shè)備：廠品成分：Na2SiO3 CaSiO3 SiO2(混合物)水泥主要原料：主要反應(yīng)：設(shè)備：廠品成分：石膏 黏土 石灰石水泥回轉(zhuǎn)窯復(fù)雜物理化學(xué)關(guān)系硅酸鹽工 業(yè)(4)硅酸三鈣(3CaO.SiO3) 鋁酸三鈣 硅酸二鈣(2CaO.SiO3) (3CaO.SiO3) 材料類別主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫，強(qiáng)度高氮化硅陶瓷汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等半導(dǎo)體陶瓷具有電學(xué)特性氧

9、化錫陶瓷集成電路中的半導(dǎo)體光學(xué)材料具有光學(xué)特性光導(dǎo)纖維光纜通訊、醫(yī)療、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化鋁陶瓷人造骨、人造關(guān)節(jié)、接骨螺釘(5) 新型無機(jī)非金屬材料的種類和用途 (5)二氧化硅是酸性氧化物, 它可以和堿反應(yīng) , 但不能與任何酸反應(yīng)(1) 單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧稀? ) (6) SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)，SiO2與少量碳高溫時(shí)生成硅和CO2。( ) (4)光導(dǎo)纖維是一種半導(dǎo)體。( ) (2) 硅的提純與應(yīng)用，促進(jìn)了半導(dǎo)體元件與集成芯片業(yè)的發(fā)展，可以說“硅是信息技術(shù)革命的催化劑”。( ) (7) 往Na2SiO3溶液中通入CO2，會(huì)產(chǎn)生白色沉淀，原因是碳酸

10、的酸性強(qiáng)于硅酸。( ) (3) 二氧化硅溶于水顯酸性。( )例2 判斷正誤：( )(11)氧化鋁陶瓷具有兩性，可用來制造人造牙齒 。( ) (8) 因?yàn)楦邷貢r(shí)二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)。( )(9) 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塞試劑瓶中。( ) (13) 金剛砂的主要成分是二氧化硅，分子晶體；光纖的主要成分是高純度的單質(zhì)硅。( ) (12)水晶項(xiàng)鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品。( ) (14) 高嶺石的化學(xué)式為Al2Si2H4O9，改寫為氧化物的形式為Al2O32SiO22H2O。( )

11、例3 除雜粉末狀混合物 試劑 操作CaCO 3(SiO2)NaCl(SiO2)SiO2(Fe2O3)SiO2(CaCO3)SiO2(H2SiO3)SiO2(NH4Cl)CO2(CO)CO(CO2)CO2(SO2HCl )CO2(HCl )HCl (CO2)Na2CO3(Na2SiO3)NaHCO3(Na2SiO3) Sn+2Cl2= SnCl4Pb+Cl2=PbCl2PbO2+4HCl(濃）= PbCl2+Cl2+2H2OSn2+2Fe3+=Sn4+2Fe2+ 例4 錫、鉛兩種元素的主要化合價(jià)是+2和+4價(jià)，其中+2價(jià)錫元素 和+4價(jià)鉛元素的化合物都是不穩(wěn)定的，+2價(jià)錫離子有強(qiáng)還原性，+4價(jià)鉛

12、元素的化合物有強(qiáng)氧化性。例如：Sn2+還原性比Fe2+還原性強(qiáng)。PbO2的氧化性比Cl2氧化性強(qiáng)。 寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式： 氯氣跟錫熱： 。 氯氣跟鉛熱： 。 二氧化鉛跟鹽酸共熱： _。把棕色的PbO2投入亞硫酸溶液中充分反應(yīng)，可觀察到把棕色的PbO2逐漸變成白色固體物質(zhì)：_.紅色Pb3O4與Fe3O4類似, Pb3O4與鹽酸共熱：_ 能說明Sn2+還原性比Fe2+還原性強(qiáng)的離子方程式是： 。Pb3O4+8HCl(濃)= 3PbCl2+Cl2+4H2OPbO2+H2SO3=PbSO4+H2O 例5 常溫下單質(zhì)碳、硅的化學(xué)性質(zhì)都不活潑，為什么碳在自然界中有穩(wěn)定的單質(zhì)而硅沒有？ 硅原子的親氧能

13、力比碳原子更強(qiáng)，更容易與氧結(jié)合，主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在。 例6下列材料的特性及用途說法錯(cuò)誤的是( ) A 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(jī) C 光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，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(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可用來制壓電地震儀A例7 金剛石、SiC具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕特性，應(yīng)用廣泛。 (1)碳與短周期元素Q的單質(zhì)化合僅能生成兩種常見氣態(tài)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_，Q是_，R的電子式為_。 (2)一定條件下，Na還原CCl 4可制備金剛石，反應(yīng)結(jié)束冷

14、卻至室溫后，回收其中的CCl4的實(shí)驗(yàn)操作名稱為_，除去粗產(chǎn)品中少量鈉的試劑為_。 (3)碳還原SiO2制SiC，其粗產(chǎn)品中雜質(zhì)為Si和SiO2，現(xiàn)將20.0 g SiC粗產(chǎn)品加入到過量的NaOH溶液中充分反應(yīng)，收集到0.1 mol氫氣，過濾得SiC固體11.4 g，濾液稀釋到1L。生成氫氣的離子方程式為_，硅酸鹽的物質(zhì)的量濃度為_。第二周期第A族氧(或O) 過濾水(或乙醇)Si2OH-+H2O= SiO32-+2H20.17 molL-1 :C O:.: 例8 氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與氮?dú)庠?300反應(yīng)制得。 (1)根據(jù)性質(zhì)推測(cè)氮化硅

15、陶瓷的用途是_(選填代號(hào))。A 制汽輪機(jī)葉片 B 制有色玻璃C 制永久性模具 D 制造柴油機(jī) (2)畫出氮化硅中，氮的結(jié)構(gòu)示意圖：_，試判斷氮元素的最低負(fù)價(jià)為_，請(qǐng)從原子結(jié)構(gòu)和化合價(jià)兩個(gè)角度分析推斷氮化硅的化學(xué)式：_。氮氧的第一電離能大小順序_,原因_電負(fù)性大小_. (3)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，不與其他無機(jī)酸反應(yīng)。請(qǐng)寫出陶瓷與氫氟酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)的化學(xué)方程式： _ 。 (4)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱使四氯化硅和氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。A C D-3Si 3N4+12HF=3SiF4+4NH33SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl強(qiáng)熱Si3N4 NONO C CO2 Na2CO3 NaHCO3CO CaCO3 Ca(HCO3)2O2、HNO3等O2、SiO2等Mg NaOH、Na2O2等C Ca(OH)2O2等SiO2、高溫等CO2+H2OCa(OH)2或H+或加熱CO2+H2ONaOH或加熱Ca(OH)2Ca(OH)2H+Si SiO2 H2SiO3Na 2SiO3CaSiO3SiC SiF4SiH41112SiCl4 C Si轉(zhuǎn)化關(guān)系