_无机非金属材料的主角——硅

无机非金属材料的主角硅高考目标：1了解C Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2了解C Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。 1 结构 +14Si +6C1s22S22P2C Si1s22S22P63S23P22S22P2 3S23P23P3S2P2S第三周期IVA族第二周期IVA族2 4 2 8 4最外层电子数为4难于得失电子易形成共价化合物注意：C能形成极少数离子化合物 CaC 2 Li2C2 Mg2C3 Al4C3电子排布式：原子结构示意图：价电子排布式：电子排布图：价电子排布图：位置：性质推导：单质结构：注意：金刚石：石墨：晶体硅：C60：以C为中心的正四面体立体网状结构的原子晶体。层状平面正六边形的的网状结构，混合型晶体。笼状分子的分子晶体。以Si为中心,O为正四面体顶点的立体网状结构的原子晶体。 6 14 碳硅存在形态物理性质用途_用作切割刀具， _用作电极、铅笔芯 材料和合金材料硅芯片和硅太阳能电池游离态和化合态化合态 地壳含量第四2 单质的存在形态、物理性质、化学性质和用途熔点高，硬度大。熔点最高，硬度小，电的良导体。熔点低，硬度小。金刚石： 石墨：C60：无定形碳：金刚石石墨半导体灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大、有脆性。 碳硅强还原性 可燃性O2F2 Cl2H2OCuO FexOy CO2 SiO2H 2SO4（浓） HNO3（浓）HF(aq)NaOH(aq)弱氧化性 H2及其他2C+O2=2CO点燃C+O2= CO2点燃Si+O2=SiO2点燃C+2Cl2=CCl4 Si+2Cl2=SiCl4 C+H2O=CO+H2高温不反应2CuO+C=2Cu+CO2高温不反应CO2+C=2CO高温SiO2+2C=Si+2CO高温Si+C=SiC高温金刚砂C+2H2SO4(浓)=CO2+2SO2+2H2O不反应不反应不反应不反应C+4HNO3(浓)=CO2+4NO2+2H2O Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2高温CaCO3=CaO+CO2CaO+3C=CaC2+CO电弧2FeO+Si=SiO2+Fe 碳硅制取木炭或煤的干馏等粗硅 SiO2+2C=Si+2CO高温电炉 Si+2Cl2=SiCl4精制Si SiCl4+2H2= Si+4HCl高温 SiO2+3C=SiC+2CO高温电炉3 C Si的氧化物注意：与N2属于等电子体。无色无味有毒气体，难溶于水，密度和空气相近。注意：收集方法：密闭环境排水法收集 可燃性：还原性 (1) CO结构：物性：化性 用途：C三O结构式： 电子式： 空间构形：直线形:C O:.: 2CO+O2=2CO2点燃金属氧化物：H2O: CuO Fe3O4 等 CO+H2O=CO2+H2高温冶炼金属 燃料 CO2 SiO2类别结构特点物理性质化学性质H2O碱CMg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构成由O与Si构成空间网状结构原子晶体，无单个分子。熔沸点低、可溶于水熔沸点高, 硬度大, 难溶于水碱性氧化物CO2+H2O=H2CO3不反应NaOH+CO2(少量 足量)CaO+CO2=CaCO3CO 2+C=2CO高温SiO2+2C=Si+2CO高温CO2+2Mg=2MgO+C点燃不反应4HF+SiO2=SiF4+2H2O不反应Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高温CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温酸性氧化物2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O高温CaO+SiO2 CaSiO3制饮料 制碳酸盐光导纤维 光学仪器 电子部件 SiO 5 H2SiO3 SiOO OHHO非羟基氧为2，弱酸。白色胶状固体，难溶于水。H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2ONa2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3Na2SiO3+2CO2+2H2O=2NaHCO3+H2SiO3弱酸性(比碳酸弱)：不稳定性:SiO32-+2H+ =H2SiO3H2SiO3=SiO2+H2O强酸制弱酸作干燥剂、催化剂的载体等。6 硅酸盐(1)定义：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。白色固体,水溶液(碱性)是无色黏稠液体,俗称水玻璃 不用磨口塞子, 用橡胶塞原因(2)Na2SiO3 物性：贮存：化性：用途：强弱酸 H2SO4 盐 BaCl2 CO2常用于制备黏合剂 、防腐剂、耐火材料。原理：化性制取H2SiO3结构：物性：用途： (3)硅酸盐组成的表示方法：金属氧化物+非金属氧化物+H2O金属氧化物 按金属性强到弱排列, 变价金属: 低价前高价后非金属氧化物注意 按非金属性强到弱，H2O最后。例1 硅酸钠_ 石棉(CaMg3Si4O12)_高岭石(黏土)Al2(Si2O5)(OH)4_ 沸石Na2(Al2Si3O10) 3H2O_ 玻璃Na2SiO3. CaSiO3 .4SiO2 正长石KAlSi3O8_ 纯碱 石灰石 石英Na 2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高温CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温玻璃熔炉玻璃主要原料：主要反应设备：厂品成分：Na2SiO3 CaSiO3 SiO2(混合物)水泥主要原料：主要反应：设备：厂品成分：石膏 黏土 石灰石水泥回转窑复杂物理化学关系硅酸盐工 业(4)硅酸三钙(3CaO.SiO3) 铝酸三钙 硅酸二钙(2CaO.SiO3) (3CaO.SiO3) 材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等半导体陶瓷具有电学特性氧化锡陶瓷集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆通讯、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷人造骨、人造关节、接骨螺钉(5) 新型无机非金属材料的种类和用途 (5)二氧化硅是酸性氧化物, 它可以和碱反应 , 但不能与任何酸反应(1) 单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。( ) (6) SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应，SiO2与少量碳高温时生成硅和CO2。( ) (4)光导纤维是一种半导体。( ) (2) 硅的提纯与应用，促进了半导体元件与集成芯片业的发展，可以说“硅是信息技术革命的催化剂”。( ) (7) 往Na2SiO3溶液中通入CO2，会产生白色沉淀，原因是碳酸的酸性强于硅酸。( ) (3) 二氧化硅溶于水显酸性。( )例2 判断正误：( )(11)氧化铝陶瓷具有两性，可用来制造人造牙齿 。( ) (8) 因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强。( )(9) 水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂。( ) (10) 硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中。( ) (13) 金刚砂的主要成分是二氧化硅，分子晶体；光纤的主要成分是高纯度的单质硅。( ) (12)水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品。( ) (14) 高岭石的化学式为Al2Si2H4O9，改写为氧化物的形式为Al2O32SiO22H2O。( ) 例3 除杂粉末状混合物 试剂 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(浓）= PbCl2+Cl2+2H2OSn2+2Fe3+=Sn4+2Fe2+ 例4 锡、铅两种元素的主要化合价是+2和+4价，其中+2价锡元素 和+4价铅元素的化合物都是不稳定的，+2价锡离子有强还原性，+4价铅元素的化合物有强氧化性。例如：Sn2+还原性比Fe2+还原性强。PbO2的氧化性比Cl2氧化性强。 写出下列反应的化学方程式： 氯气跟锡热： 。 氯气跟铅热： 。 二氧化铅跟盐酸共热： _。把棕色的PbO2投入亚硫酸溶液中充分反应，可观察到把棕色的PbO2逐渐变成白色固体物质：_.红色Pb3O4与Fe3O4类似, Pb3O4与盐酸共热：_ 能说明Sn2+还原性比Fe2+还原性强的离子方程式是： 。Pb3O4+8HCl(浓)= 3PbCl2+Cl2+4H2OPbO2+H2SO3=PbSO4+H2O 例5 常温下单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质而硅没有？ 硅原子的亲氧能力比碳原子更强，更容易与氧结合，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。 例6下列材料的特性及用途说法错误的是( ) A 氧化铝陶瓷具有两性，不可用来制造人造牙齿 B 氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机 C 光导纤维导光的能力很强，是非常好的通讯材料 D 压电陶瓷十分敏感，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用来制压电地震仪A例7 金刚石、SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。 (1)碳与短周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物R为非极性分子。碳元素在周期表中的位置是_，Q是_，R的电子式为_。 (2)一定条件下，Na还原CCl 4可制备金刚石，反应结束冷却至室温后，回收其中的CCl4的实验操作名称为_，除去粗产品中少量钠的试剂为_。 (3)碳还原SiO2制SiC，其粗产品中杂质为Si和SiO2，现将20.0 g SiC粗产品加入到过量的NaOH溶液中充分反应，收集到0.1 mol氢气，过滤得SiC固体11.4 g，滤液稀释到1L。生成氢气的离子方程式为_，硅酸盐的物质的量浓度为_。第二周期第A族氧(或O) 过滤水(或乙醇)Si2OH-+H2O= SiO32-+2H20.17 molL-1 :C O:.: 例8 氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与氮气在1300反应制得。 (1)根据性质推测氮化硅陶瓷的用途是_(选填代号)。A 制汽轮机叶片 B 制有色玻璃C 制永久性模具 D 制造柴油机 (2)画出氮化硅中，氮的结构示意图：_，试判断氮元素的最低负价为_，请从原子结构和化合价两个角度分析推断氮化硅的化学式：_。氮氧的第一电离能大小顺序_,原因_电负性大小_. (3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，不与其他无机酸反应。请写出陶瓷与氢氟酸发生复分解反应的化学方程式： _ 。 (4)用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热使四氯化硅和氮气发生反应，可得较高纯度的氮化硅，则反应的化学方程式为_。A C D-3Si 3N4+12HF=3SiF4+4NH33SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl强热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、高温等CO2+H2OCa(OH)2或H+或加热CO2+H2ONaOH或加热Ca(OH)2Ca(OH)2H+Si SiO2 H2SiO3Na 2SiO3CaSiO3SiC SiF4SiH41112SiCl4 C Si转化关系