非金屬及其化合物總論第一講無機(jī)非金屬材料的主角—硅

1、非金屬及其化合物總論第一講無機(jī)非金屬材料的主角硅1了解C、Si的單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2了解C、Si的單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。3以新材料、新技術(shù)為背景考查C、Si的單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用。1關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的實(shí)驗(yàn)探究。2有關(guān)硅單質(zhì)及其化合物的物質(zhì)推斷。3硅的單質(zhì)和化合物的綜合利用及有關(guān)工藝流程。一、碳和硅1C、Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)(1)碳在自然界既有 態(tài)又有 態(tài)。碳的同素異形體有 、 、無定形碳、 等。(2)硅在地殼中的含量占第二位，僅次于氧，全部以 態(tài)存在，是一種親 元素，單質(zhì)硅有 和 兩種。游離化合金剛石石墨C60化合氧晶體無定形不 還原 F2

2、 氫氟酸 強(qiáng)堿 Si4HF=SiF42H2 Si2OHH2O=SiO2H2 3工業(yè)制法4用途：作為半導(dǎo)體材料；生產(chǎn)硅合金；制造太陽能電池。 硅可用作半導(dǎo)體材料，是否可用于解釋元素周期性變化的規(guī)律？提示可以，硅位于金屬和非金屬的分界線附近，性質(zhì)上由金屬逐漸過渡到非金屬，即有金屬的性質(zhì)又有非金屬的性質(zhì)。二、二氧化硅和二氧化碳物質(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，其結(jié)構(gòu)為直線型主要物理性質(zhì)硬度 ，熔、沸點(diǎn) ，常溫下為 體，不溶于水熔、沸點(diǎn) ，常溫下為氣體，微溶于水空間立體網(wǎng)狀大固低高SiO22NaOH=Na2SiO3H2O 玻璃 CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3

3、H2OCO2過量：CO2NaOH=NaHCO3 SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2 Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3 Na2OCO2=Na2CO3 盛放堿液的試劑瓶，為什么不能用玻璃塞？提示玻璃中含有SiO2，SiO2能夠與堿液緩慢反應(yīng)，帶玻璃塞的玻璃試劑瓶一般都是磨砂口的，接觸非常嚴(yán)密，接觸堿液時(shí)間長了會(huì)生成具有黏合性的Na2SiO3水溶液，從而使瓶塞與瓶頸黏在一起，不易分開。三、硅酸、硅酸鹽和無機(jī)非金屬材料1硅酸(1)物理性質(zhì)：固體 溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)弱酸性，酸性比碳酸 ，硅酸 (填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅色。不不能弱H2SiO32NaOH

4、=Na2SiO32H2O 干燥劑 2硅酸鹽(1)性質(zhì)特征：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn) ，大都難溶于水(Na2SiO3等例外)。(2)組成的表示：通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成：如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為 ，石棉(CaMg3Si4O12)可表示為： 。(3)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。較高Na2OSiO2CaO3MgO4SiO2水玻璃它能與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)，化學(xué)方程式分別為與鹽酸反應(yīng)： 。與CO2水溶液反應(yīng)： 。用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。 Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3Na2SiO

5、3CO2H2O=H2SiO3Na2CO33.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料 玻璃水泥陶瓷主要原料 黏土設(shè)備玻璃熔爐水泥回轉(zhuǎn)窯陶瓷窯生產(chǎn)過程中的主要變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要成分 純堿、石灰石、石英石灰石、黏土Na2SiO3，CaSiO3，SiO23CaOSiO2,2CaOSiO2,3CaOAl2O34.新型無機(jī)非金屬材料(1) 陶瓷：如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強(qiáng)的抗化學(xué)浸蝕性和電絕緣性等。(2) 陶瓷：對機(jī)體無排異反應(yīng)，不會(huì)引起代謝作用異常。(3)壓電陶瓷：具有 效應(yīng)。高溫結(jié)構(gòu)生物壓電提示不能。強(qiáng)酸制弱酸的規(guī)律：強(qiáng)酸弱酸鹽=強(qiáng)酸鹽弱酸，僅適用于常溫下水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，而

6、該反應(yīng)是在高溫且干態(tài)下進(jìn)行，只能從化學(xué)平衡移動(dòng)角度去解釋反應(yīng)發(fā)生的原因，因CO2為氣體，能及時(shí)離開反應(yīng)體系，使化學(xué)反應(yīng)得以向右進(jìn)行。3氧化物的反應(yīng)規(guī)律反常一般情況，堿性氧化物酸鹽水，SiO2是酸性氧化物卻能與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O(SiF4不屬于鹽)。五種溶液通入過量CO2后溶液仍渾濁，符合條件的五種溶液是：Na2SiO3溶液；NaAlO2溶液；ONa溶液；飽和的Na2CO3溶液；飽和NaCl的氨溶液(侯氏制堿原理)。一種技巧硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法技巧氧化物的順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)

7、守恒原則配置系數(shù)。注意事項(xiàng)：氧化物之間以“”隔開；系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。我的體會(huì)硅的性質(zhì)內(nèi)容不是很多，只要注意幾點(diǎn)：一是注意硅、二氧化硅的用途，二是注意硅、二氧化硅的幾個(gè)特殊的性質(zhì)及作用，如SiO2能與氫氟酸反應(yīng)但不能與水反應(yīng)直接制硅酸、盛堿的試劑瓶不能用玻璃塞子，三是注意硅酸鹽氧化物的寫法。我的警示CO2、SO2、SiO2均為酸性氧化物，但SiO2不能與水直接化合生成H2SiO3；SiO2先轉(zhuǎn)化為硅酸鹽，才能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硅酸。SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl。問題征解有人認(rèn)為SiO2既能與某些酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)，所以認(rèn)為它是一種兩

8、性氧化物，你同意這種看法嗎？提示不同意，因?yàn)镾iO2只與HF反應(yīng)，這是SiO2的特性，與其他的酸不反應(yīng)，所以SiO2是一種酸性氧化物。 必考點(diǎn)25 碳、硅及其化合物的“特殊性”1一般情況下，非金屬元素單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，硬度小，但晶體硅、金剛石熔、沸點(diǎn)高，硬度大，其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(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。 C二氧化硅既溶于氫氧化鈉溶液又溶于氫氟酸，所以二氧 化硅是兩性氧化物D二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能 與水反應(yīng)生成硅酸解析強(qiáng)酸制弱酸的反應(yīng)規(guī)律適用于在溶液中的反應(yīng)，而該反應(yīng)是在高溫干態(tài)下進(jìn)行的，不能根據(jù)該規(guī)律判斷。事實(shí)

9、上碳酸酸性比硅酸強(qiáng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；CO2和SiO2屬不同類型晶體，在物理性質(zhì)方面有很大差異，故B項(xiàng)錯(cuò)誤； SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，是SiO2的特性，并不能說明它具有堿性，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；SiO2雖屬于酸性氧化物，但不能直接與H2O反應(yīng)生成H2SiO3，D項(xiàng)正確。答案D物質(zhì)的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的組成，還取決于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，Si與C都處于A族且二者相鄰，性質(zhì)相似，但其氧化物的某些性質(zhì)相差很大。其原因是CO2為獨(dú)立的小分子，分子之間的作用很小；而SiO2中不存在這樣的單個(gè)分子，是靠共價(jià)鍵形成的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其硬度很大，熔沸點(diǎn)很高。 解析通常用氫氟酸來刻蝕玻璃，與之對應(yīng)的反應(yīng)是，因此a判斷錯(cuò)誤，中反應(yīng)表現(xiàn)

10、的是SiO2的特性，c判斷也錯(cuò)；反應(yīng)是一個(gè)置換反應(yīng)，其中二氧化硅被還原，表現(xiàn)出氧化性，b判斷正確；反應(yīng)是一個(gè)復(fù)分解反應(yīng)，用難揮發(fā)的二氧化硅制取易揮發(fā)的二氧化碳，d判斷正確；反應(yīng)中硅的化合價(jià)和氧的化合價(jià)都沒有改變，因此二氧化硅沒有參加氧化還原反應(yīng)，e判斷也正確；所以選項(xiàng)B正確。答案B必考點(diǎn)26 硅酸鹽及無機(jī)非金屬材料1硅酸鹽的表示方法硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其組成的表示方法有兩種：(1)鹽化學(xué)式法如：硅酸鈉Na2SiO3，硅酸鈣CaSiO3等。此法一般用于表示組成較簡單的硅酸鹽。(2)氧化物法如：黏土：Al2O32SiO22H2O石棉：CaO2MgO4SiO2云母：K2O3Al2O36SiO

11、22H2O滑石：3MgO4SiO2H2O鉀長石：K2OAl2O36SiO22無機(jī)非金屬材料分類【典例2】下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法中不正確的是 ()。A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B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)C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)D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解析無機(jī)非金屬材料分為傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指我們常說的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、磚瓦、陶瓷等；新型無機(jī)非金屬材料是指一些新型的具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能的非硅酸鹽型材料。新

12、型無機(jī)非金屬材料與傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料相比，具有許多優(yōu)良性能，如耐高溫、耐磨損、耐酸堿腐蝕、具有壓電效應(yīng)、具有生物功能等。答案D無機(jī)非金屬材料在生活和高科技的發(fā)展中起著重要作用，其應(yīng)用點(diǎn)較多，在以后的高考中將會(huì)有所體現(xiàn)?？疾闀r(shí)除選擇題某一選項(xiàng)外，還可能出現(xiàn)在以礦物資源開發(fā)和利用的綜合試題中。在解答有關(guān)無機(jī)非金屬材料試題時(shí)首先要認(rèn)真閱讀題目、充分挖掘信息、了解無機(jī)非金屬材料的類別、成分、性質(zhì)和功能，然后針對問題逐一解決?！緫?yīng)用2】(2013廣東四校聯(lián)考)材料與化學(xué)密切相關(guān)，表中對應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是 ()。 解析A項(xiàng)中金剛石是碳的一種單質(zhì)。 答案A材料主要化學(xué)成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石

13、碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅從2013年高考理綜化學(xué)卷常見錯(cuò)誤分析，學(xué)生答題不規(guī)范主要表現(xiàn)在以下方面：(1)書寫不規(guī)范；(2)化學(xué)方程式?jīng)]配平或漏掉生成物或抄錯(cuò)；(3)錯(cuò)別字多；(4)字符書寫潦草難以辨認(rèn)；(5)書寫有機(jī)結(jié)構(gòu)簡式多氫或少氫。出現(xiàn)以上情況并非說明考生化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)欠缺，而是平時(shí)沒有養(yǎng)成良好的習(xí)慣。因此，同學(xué)們有必要培養(yǎng)自己嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，養(yǎng)成良好的書寫習(xí)慣，減少因非智力因素而丟分。試卷采樣(9分)獲取知識(shí)和信息是現(xiàn)代人不可缺少的素質(zhì)，信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展離不開材料科學(xué)的推動(dòng)。當(dāng)場指導(dǎo)審題指導(dǎo)(1)根據(jù)二氧化硅的主要用途進(jìn)行判斷。(2)方法一生產(chǎn)單晶硅的過程看，

14、由碳還原得到的是粗硅，還要進(jìn)行除雜處理，雜質(zhì)為二氧化硅和炭等。雜質(zhì)如果不易除去，則可以考慮將所需物質(zhì)從混合物中進(jìn)行分離出來。(3)根據(jù)信息先判斷反應(yīng)物與產(chǎn)物的種類，再進(jìn)行書寫化學(xué)方程式。失分提示1對硅和二氧化硅的用途混淆。2敘述問題不全面。3化學(xué)方程式書寫不全面。Hold住考向名師揭秘隨著新能源，新材料，新工藝的發(fā)展應(yīng)用，硅及其化合物的性質(zhì)和應(yīng)用有逐漸增多的趨勢。高考將對硅及其化合物的性質(zhì)和有關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重點(diǎn)考查，以選擇題為基礎(chǔ)題型，以化工綜合應(yīng)用題為提高題型，預(yù)計(jì)2014年將有多種考查方式出現(xiàn)?？枷?硅及其化合物的性質(zhì)5年10考考向2無機(jī)非金屬材料5年4考角度1.硅單質(zhì)的性質(zhì)和用途的判斷1判斷

15、正誤(1)單晶硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧?() (2012新課標(biāo)，8B)(2)單質(zhì)硅常用作半導(dǎo)體材料和光導(dǎo)纖維 () (2011山東理綜，10B)(3)高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維 () (2009廣東理基，22)(4)單晶硅常用于制造光導(dǎo)纖維 () (2009四川理綜，6D)(5)硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素 () (2009廣東理基，22)角度2性質(zhì)及用途2判斷正誤(1)SiO2與酸、堿均不反應(yīng) () (2012天津理綜，2B)(2)SiO2有導(dǎo)電性，所以SiO2可用于制備光導(dǎo)纖維 () (2012廣東理綜，12B)(3)二氧化硅不與任何酸反應(yīng)，可用石英制造耐酸容器() (2011江蘇，3B)(4)SiO2是酸性氧化物，能