_無機非金屬材料的主角——硅

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1、 無機非金屬材料的主角硅高考目標：1了解C Si元素單質及其重要化合物的主要性質及應用。2了解C Si元素單質及其重要化合物對環(huán)境質量的影響。 1 結構 +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：原子結構示意圖：價電子排布式：電子排布圖：價電子排布圖：位置：性質推導：單質結構：注意：金剛石：石墨：晶體硅：C60：以C為中心的正四面體立體網狀

2、結構的原子晶體。層狀平面正六邊形的的網狀結構，混合型晶體?；\狀分子的分子晶體。以Si為中心,O為正四面體頂點的立體網狀結構的原子晶體。 6 14 碳硅存在形態(tài)物理性質用途_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。熔點最高，硬度小，電的良導體。熔點低，硬度小。金剛石： 石墨：C60：無定形碳：金剛石石墨半導體灰黑色固體，有金屬光澤、熔點高、硬度大、有脆性。 碳硅強還原性 可燃性O2F2 Cl2H2OCuO FexOy CO2 SiO2H 2SO4（濃） HNO3（濃）HF(

3、aq)NaOH(aq)弱氧化性 H2及其他2C+O2=2CO點燃C+O2= CO2點燃Si+O2=SiO2點燃C+2Cl2=CCl4 Si+2Cl2=SiCl4 C+H2O=CO+H2高溫不反應2CuO+C=2Cu+CO2高溫不反應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不反應不反應不反應不反應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結構：物性：化性 用途：C三O結構式： 電子式： 空間構形：直線形:C O:.: 2CO+O2=2CO2點燃金屬氧化物：H2O: CuO Fe3O4 等 CO+H2O=CO2+H2高溫冶煉金屬 燃料 CO2 SiO2類別結構特點物理性質化學性質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成由O與Si構成空間網狀結構原子晶體，無單個分子。熔沸點低、可溶于水熔沸點高, 硬度大, 難溶于水堿性氧化物CO2+H2O=H2CO3不反應NaOH+CO2(少量 足量)CaO+CO2=CaCO3CO 2+C=2CO高溫SiO2+2C=Si+2CO高溫CO2+2Mg=2MgO+C點燃不反應4HF+SiO2=SiF4+2H2O不反應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 制碳酸鹽光導纖維 光學儀器 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結構：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 按金屬性強到弱排列, 變價金屬: 低價前高價后非金屬氧化物注意 按非金屬性強到弱，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：主要反應設備：廠品成分：Na2SiO3 CaSiO3 SiO2(混合物)水泥主要原料：主要反應：設備：廠品成分：石膏 黏土 石灰石水泥回轉窯復雜物理化學關系硅酸鹽工 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構陶瓷能承受高溫，強度高氮化硅陶瓷汽輪機葉片、軸承、永久性模具等半導體陶瓷具有電學特性氧

9、化錫陶瓷集成電路中的半導體光學材料具有光學特性光導纖維光纜通訊、醫(yī)療、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化鋁陶瓷人造骨、人造關節(jié)、接骨螺釘(5) 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, 它可以和堿反應 , 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貌牧稀? ) (6) SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應，SiO2與少量碳高溫時生成硅和CO2。( ) (4)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，可以說“硅是信息技術革命的催化劑”。( ) (7) 往Na2SiO3溶液中通入CO2，會產生白色沉淀，原因是碳酸

10、的酸性強于硅酸。( ) (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。( )(9) 水玻璃可用于生產黏合劑和防火劑。( ) (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硅。( ) (12)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是+2和+4價，其中+2價錫元素 和+4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，+4價鉛

12、元素的化合物有強氧化性。例如：Sn2+還原性比Fe2+還原性強。PbO2的氧化性比Cl2氧化性強。 寫出下列反應的化學方程式： 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，可觀察到把棕色的PbO2逐漸變成白色固體物質：_.紅色Pb3O4與Fe3O4類似, Pb3O4與鹽酸共熱：_ 能說明Sn2+還原性比Fe2+還原性強的離子方程式是： 。Pb3O4+8HCl(濃)= 3PbCl2+Cl2+4H2OPbO2+H2SO3=PbSO4+H2O 例5 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？ 硅原子的親氧能

13、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。 例6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 B 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 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，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，應用廣泛。 (1)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，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，反應結束冷

14、卻至室溫后，回收其中的CCl4的實驗操作名稱為_，除去粗產品中少量鈉的試劑為_。 (3)碳還原SiO2制SiC，其粗產品中雜質為Si和SiO2，現(xiàn)將20.0 g SiC粗產品加入到過量的NaOH溶液中充分反應，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、熔點高、化學性質穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與氮氣在1300反應制得。 (1)根據(jù)性質推測氮化硅

15、陶瓷的用途是_(選填代號)。A 制汽輪機葉片 B 制有色玻璃C 制永久性模具 D 制造柴油機 (2)畫出氮化硅中，氮的結構示意圖：_，試判斷氮元素的最低負價為_，請從原子結構和化合價兩個角度分析推斷氮化硅的化學式：_。氮氧的第一電離能大小順序_,原因_電負性大小_. (3)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強，除氫氟酸外，不與其他無機酸反應。請寫出陶瓷與氫氟酸發(fā)生復分解反應的化學方程式： _ 。 (4)用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱使四氯化硅和氮氣發(fā)生反應，可得較高純度的氮化硅，則反應的化學方程式為_。A C D-3Si 3N4+12HF=3SiF4+4NH33SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl強熱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轉化關系