高中化學(xué) 第10講 無機(jī)非金屬材料的主角——碳、硅課件 新人教版必修1-新人教版高一必修1化學(xué)課件

1、第10講無機(jī)非金屬材料的主角碳、硅一、碳及其化合物一、碳及其化合物1.碳的單質(zhì)碳的單質(zhì)碳教材研讀教材研讀2.碳的氧化物碳的氧化物下列有關(guān)該方法的敘述中正確的是()能耗大是該方法的一大缺點(diǎn)整個過程中,只有一種物質(zhì)可以循環(huán)利用“反應(yīng)分離”環(huán)節(jié)中,分離物質(zhì)的基本操作是蒸發(fā)結(jié)晶、過濾該方法可減少碳排放,捕捉到的CO2還可用來制備甲醇等產(chǎn)品A.B.C.D.自測自測1“碳捕捉技術(shù)”是指通過一定的方法將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2分離出來并利用。如可利用NaOH溶液來“捕捉”CO2,其基本過程如下圖所示(部分條件及物質(zhì)未標(biāo)出)。D答案答案D該方法中高溫反應(yīng)爐中CaCO3分解產(chǎn)生CO2,需要消耗較多能量;整個過程中

2、NaOH和CaO均可循環(huán)利用;從捕捉室中得到的溶液中含有大量的Na2CO3,加入CaO后生成CaCO3和NaOH,通過過濾的方法即可分離;捕捉到的CO2可與H2反應(yīng)制備甲醇:CO2+3H2CH3OH+H2O。自測自測2用四種溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),下表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對應(yīng)關(guān)系錯誤的是()選項(xiàng)操作及現(xiàn)象溶液A通入CO2,溶液變渾濁飽和Na2CO3溶液B通入CO2,溶液變渾濁,繼續(xù)通CO2至過量,渾濁消失Na2SiO3溶液C通入CO2,溶液變渾濁,再加入品紅溶液,紅色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2,溶液變渾濁,繼續(xù)通CO2至過量,渾濁消失,再加入足量NaOH溶液,又變渾濁澄清石灰水B答案答案

3、B由于相同溫度下,Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度,因此向飽和Na2CO3溶液中通入CO2,會析出NaHCO3晶體,A項(xiàng)正確;B項(xiàng),CO2+Na2SiO3+H2ONa2CO3+H2SiO3,CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3,H2SiO3與CO2不反應(yīng),渾濁不會消失;C項(xiàng),CO2+Ca(ClO)2+H2OCaCO3+2HClO,溶液變渾濁后加入品紅溶液,品紅被HClO氧化而褪色;D項(xiàng),首先發(fā)生反應(yīng)CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2O,繼續(xù)通CO2,生成可溶于水的Ca(HCO3)2,再加入足量的NaOH,發(fā)生反應(yīng)2NaOH+Ca(HCO3)2CaCO3+Na2CO3+2H

4、2O,溶液又變渾濁。二、硅及其化合物二、硅及其化合物(一一)硅單質(zhì)硅單質(zhì)1.結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)2.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,常溫下只能與F2、氫氟酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng);在加熱條件下,能與O2、Cl2等少數(shù)非金屬單質(zhì)化合。寫出下列相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式:3.工業(yè)制備工業(yè)制備(1)制粗硅:SiO2+2C Si+2CO(2)粗硅的提純:Si+2Cl2 SiCl4 、SiCl4+2H2 Si+4HCl(二二)硅的重要化合物硅的重要化合物1.二氧化硅二氧化硅SiO22.硅酸硅酸H2SiO33.硅酸鹽硅酸鹽(1)Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃水玻璃 。a.貯存:盛Na2SiO

5、3溶液的試劑瓶不能用玻璃塞。b.變質(zhì):Na2SiO3水溶液在空氣中易變質(zhì),反應(yīng)的離子方程式為Si+CO2+H2O H2SiO3(膠體膠體)+C 。(2)硅酸鹽的氧化物表示法a.書寫順序:低價低價 金屬氧化物寫在前,高價高價 金屬氧化物寫在后;活潑金屬氧化物寫在前,不活潑金屬氧化物寫在后。b.書寫原則:分子中各原子數(shù)目比不變,各元素化合價不變不變 且代23O23O數(shù)和為零;若系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時應(yīng)化為正整數(shù)。如長石(KAlSi3O8)可表示為K2OAl2O36SiO2。自測自測3判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“”。(1)Si和SiO2都用于制造光導(dǎo)纖維( )(2)硅膠可用作食品干燥劑()(3)S

6、iO2既能與KOH溶液反應(yīng)又能與濃鹽酸反應(yīng)( )(4)SiO2既能和NaOH溶液反應(yīng)又能和氫氟酸反應(yīng),所以是兩性氧化物( )(5)合成纖維和光導(dǎo)纖維都是新型無機(jī)非金屬材料( )(6)粗硅SiCl4Si,各步轉(zhuǎn)化均能一步實(shí)現(xiàn)()(7)SiO2可與HF反應(yīng),因而氫氟酸不能保存在玻璃瓶中()(8)高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅()(9)硅酸鈉溶液應(yīng)保存在帶玻璃塞的試劑瓶中( )(10)水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和木材防火劑() 自測自測4(1)從在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?(2)從在元素周期表的位置看,硅的還原性比碳強(qiáng),但碳能與S

7、iO2反應(yīng)制取Si,試從化學(xué)平衡的角度認(rèn)識該反應(yīng)發(fā)生的原因。答案答案(1)沒有,因?yàn)楣栌泻軓?qiáng)的親氧性,易與氧結(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。(2)2C+SiO2Si+2CO,由于CO氣體的逸出,促使反應(yīng)正向進(jìn)行。三、無機(jī)非金屬材料三、無機(jī)非金屬材料1.材料的分類材料的分類2.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料3.新型無機(jī)非金屬材料,如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 、光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 等。主要特性:能承受高溫、高強(qiáng)度;具有電學(xué)、光學(xué)特性;具有生物功能。自測自測5判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“”。(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,

8、泡花堿屬于堿()(3)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽 ()(4)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料()(5)新型無機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的許多缺點(diǎn)( )(6)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)() 自測自測6大多數(shù)物質(zhì)的俗名是根據(jù)其特殊的物理性質(zhì)或用途得來的。下列物質(zhì)的俗名與主要成分的化學(xué)式或用途不相符的一組是()選項(xiàng)俗名主要成分的化學(xué)式用途A石英SiO2集成電路板B純堿Na2CO3制備玻璃C水玻璃Na2SiO3制備硅膠D鐵紅Fe2O3用作油漆和涂料A答案答案A石英主要用于生產(chǎn)玻璃、光導(dǎo)纖維等,晶體硅用

9、于制作集成電路板?？键c(diǎn)突破考點(diǎn)突破考點(diǎn)一碳、硅及其化合物的性質(zhì)考點(diǎn)二考點(diǎn)二COCO2 2與堿、鹽的反應(yīng)與堿、鹽的反應(yīng)1.碳和硅的單質(zhì)都不溶于水和一般的溶劑,它們的熔、沸點(diǎn)都很高。碳、硅的單質(zhì)在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,高溫時活潑性增強(qiáng),主要表現(xiàn)為還原性,主要內(nèi)容見下表?？键c(diǎn)一考點(diǎn)一碳、硅及其化合物的性質(zhì)2.二氧化碳與二氧化硅的比較二氧化碳與二氧化硅的比較知識拓展知識拓展一、碳及其化合物的規(guī)律小結(jié)一、碳及其化合物的規(guī)律小結(jié)1.除雜質(zhì)(1)CO中混有CO2,通過盛有NaOH溶液的洗氣瓶。(2)CO2中混有CO,通過裝有灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管。(3)CO2中混有SO2、HCl,通過盛有飽和NaHCO3溶液

10、的洗氣瓶。2.CO2在自然界中的循環(huán)(1)CO2的主要來源:大量含碳燃料的燃燒。(2)自然界消耗CO2的主要反應(yīng):溶于江水、海水中:CO2+H2OH2CO3。光合作用將CO2轉(zhuǎn)化為O2。巖石的風(fēng)化:CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2。3.碳酸的酸式鹽和正鹽的比較(1)在水中的溶解性含K+、Na+、N的正鹽易溶于水,其余一般不溶于水;酸式鹽均能溶于水。一般來說,在相同溫度下,難溶性正鹽溶解度小于其酸式鹽溶解度,如溶解度Ca(HCO3)2CaCO3;可溶性正鹽溶解度大于其酸式鹽溶解度,如溶解度Na2CO3NaHCO3。(2)熱穩(wěn)定性一般來說,熱穩(wěn)定性順序?yàn)?正鹽酸式鹽碳酸,如穩(wěn)定性Na2

11、CO3NaHCO3H2CO3。4H可溶性正鹽難溶性正鹽,如CaCO3高溫分解,而K2CO3不易分解。二、碳、硅及其化合物的二、碳、硅及其化合物的“反?，F(xiàn)象反?，F(xiàn)象”1.一般情況下,非金屬元素單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低,硬度小,但硅、金剛石熔、沸點(diǎn)高,硬度大,其中金剛石為自然界中天然存在的硬度最大的物質(zhì)。2.一般情況下,非金屬單質(zhì)為絕緣體,但硅為半導(dǎo)體,石墨為電的良導(dǎo)體。3.一般情況下,較強(qiáng)氧化劑+較強(qiáng)還原劑較弱氧化劑+較弱還原劑,而碳卻能還原出比它還原性更強(qiáng)的物質(zhì):SiO2+2CSi+2CO,FeO+CFe+CO(因CO逸出降低了生成物濃度,使反應(yīng)向右進(jìn)行)。4.非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)一般是非金屬單質(zhì)既作氧化

12、劑又作還原劑,且不產(chǎn)生H2,如Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,而Si與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)時Si只作還原劑,且產(chǎn)生H2:Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2。5.一般情況下,(較活潑)金屬+(非氧化性)酸鹽+H2,非金屬單質(zhì)無此性質(zhì)。而硅不但能與氫氟酸反應(yīng),且有H2生成:Si+4HFSiF4+2H2。6.一般情況下,堿性氧化物+酸鹽+水,SiO2是酸性氧化物,卻能與氫氟酸反應(yīng):SiO2+4HFSiF4+2H2O(SiF4不屬于鹽)。7.一般情況下,無機(jī)酸能溶于水,而H2SiO3(或H4SiO4)卻難溶于水。8.一般情況下,較強(qiáng)酸+較弱酸的鹽較弱酸+較強(qiáng)酸的鹽(溶液中的反應(yīng))。

13、因?yàn)镠2CO3的酸性強(qiáng)于H2SiO3,所以水玻璃在空氣中易變質(zhì):Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3(膠體)+Na2CO3。但在高溫下,Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2也能發(fā)生(CO2離開反應(yīng)體系使反應(yīng)向右進(jìn)行)。9.一般情況下,非?；顫姷慕饘?Na、K等)才能夠置換出水中的氫,但C也能置換出H2O(g)中的H:C+H2O(g)CO+H2。10.一般情況下,非金屬氧化物與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸,如CO2+H2OH2CO3,但SiO2不溶于水,也不與水反應(yīng)。典例典例1(2017北京理綜,6)古絲綢之路貿(mào)易中的下列商品,主要成分屬于無機(jī)物的是()A.瓷器B.絲綢C.茶葉D.中草藥A答

14、案答案 A瓷器的主要成分是硅酸鹽,屬于無機(jī)物;絲綢的主要成分是蛋白質(zhì),屬于有機(jī)物;茶葉、中草藥的主要成分是有機(jī)物。1-1二氧化硅(SiO2)又稱硅石,是制備硅及其化合物的重要原料(如圖所示)。下列說法正確的是()A.SiO2既能與HF反應(yīng),又能與NaOH反應(yīng),屬于兩性氧化物B.盛放Na2CO3溶液的試劑瓶不能用玻璃塞C.硅膠吸水后不能重復(fù)使用D.圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)B答案答案BA項(xiàng),兩性氧化物是指與酸和堿反應(yīng)均生成鹽和水的氧化物,SiO2與HF反應(yīng)生成的SiF4不屬于鹽類;C項(xiàng),吸水后的硅膠加熱失水后可以繼續(xù)使用;D項(xiàng),圖中SiO2與碳酸鈉的反應(yīng)、硅酸的生成及硅酸分解等均為非氧化還

15、原反應(yīng)。1-2某同學(xué)為了驗(yàn)證碳和硅兩種元素非金屬性的相對強(qiáng)弱,用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(夾持儀器已略去,氣密性已檢驗(yàn))。實(shí)驗(yàn)操作步驟:.打開彈簧夾1,關(guān)閉彈簧夾2,并打開活塞a,滴加鹽酸。.A中看到白色沉淀時,關(guān)閉活塞a。請回答:(1)B中反應(yīng)的離子方程式是。(2)通過步驟、得知鹽酸具有的性質(zhì)是(填字母)。A.揮發(fā)性B.還原性C.氧化性D.酸性(3)C裝置的作用是,X是(寫化學(xué)式)。(4)為了驗(yàn)證碳的非金屬性強(qiáng)于硅,步驟中未寫的操作和現(xiàn)象是,D中反應(yīng)的化學(xué)方程式是。(5)碳、硅的非金屬性逐漸減弱的原因是(從原子結(jié)構(gòu)角度加以解釋)。答案答案(1)CaCO3+2H+Ca2+CO2+H2O(2)AD(

16、3)除HCl氣體NaHCO3(4)關(guān)閉彈簧夾1,打開彈簧夾2,當(dāng)D中出現(xiàn)白色膠狀沉淀后Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3+Na2CO3(5)碳和硅位于同一主族,從上到下,原子半徑逐漸增大,得電子的能力減弱,非金屬性減弱解析解析B中CaCO3與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為CaCO3+2H+Ca2+CO2+H2O,此反應(yīng)表明鹽酸具有酸性;A中生成的白色沉淀是AgCl沉淀,表明鹽酸具有揮發(fā)性。C裝置是用NaHCO3溶液除去CO2中混有的HCl氣體,以保證與Na2SiO3溶液反應(yīng)生成白色膠狀沉淀的是CO2;D中反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO2+Na2SiO3+H2OH2SiO3+Na2CO3,該反應(yīng)說明碳酸

17、的酸性強(qiáng)于硅酸,則碳的非金屬性強(qiáng)于硅。1.CO2與堿溶液的反應(yīng)與堿溶液的反應(yīng)(1)反應(yīng)原理NaOHNa2CO3NaHCO3(2)反應(yīng)后溶質(zhì)成分的判斷考點(diǎn)二考點(diǎn)二COCO2 2與堿、鹽的反應(yīng)與堿、鹽的反應(yīng)也可用數(shù)軸來表示:2.CO2與鹽溶液的反應(yīng)與鹽溶液的反應(yīng)(1)與NaAlO2溶液的反應(yīng)2Al+CO2(少量)+3H2O2Al(OH)3+CAl+CO2(過量)+2H2OAl(OH)3+HC(2)與Na2SiO3溶液的反應(yīng)Si+CO2(少量)+H2OH2SiO3(膠體)+C2O23O2O3O23O23OSi+2CO2(過量)+2H2OH2SiO3(膠體)+2HC(3)往飽和Na2CO3溶液中通入C

18、O2氣體,反應(yīng)為:Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3(4)往漂白粉溶液中不斷通入CO2氣體的反應(yīng)為:Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3+2HClOCaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)223O3O典例典例2化學(xué)與社會、生活密切相關(guān)。對下列現(xiàn)象或事實(shí)的解釋正確的是()選項(xiàng)現(xiàn)象或事實(shí)解釋A用熱的純堿溶液洗去油污Na2CO3可直接與油污反應(yīng)B漂白粉在空氣中久置變質(zhì)漂白粉中的CaCl2與空氣中的CO2反應(yīng)生成CaCO3C施肥時,草木灰(有效成分為K2CO3)不能與NH4Cl混合使用K2CO3與NH4Cl反應(yīng)生成氨氣會降低肥效DFeCl3溶液可用于銅質(zhì)印刷線路板制作 FeCl3能從含Cu2+的溶液中置換出銅C答案答案 C生活中常用熱的純堿溶液洗去油污,其原因不是Na2CO3與油污直接發(fā)生反應(yīng),而是純堿水解使溶液呈堿性,油污在堿性條件下水解生成可溶于水的高級脂肪酸鹽和甘油,A錯誤;漂白粉在空氣中久置變質(zhì),是因?yàn)榘l(fā)生了反應(yīng):Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3+2HClO,2HClO2HCl+O2,B錯誤;K2CO3與NH4Cl混合使用,因發(fā)生相互促進(jìn)的水解反應(yīng)生成NH3而降低肥效,C正確;FeCl3溶液可用于銅質(zhì)印刷線路板制作的反應(yīng)原理是2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2,D錯