無機非金屬材料的主角硅

無機非金屬材料的主角硅第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、碳和硅1．C、Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途(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__，全部以____態(tài)存在，是一種親__元素，單質(zhì)硅有____和____

__兩種。晶體硅是良好的______材料，在計算機等電

子工業(yè)，可用作__________、大規(guī)模_________等。硅

是人類將____能轉(zhuǎn)化為__能的常用材料，所以硅還用

于制造______。游離化合金剛石石墨C60氧化合氧晶體無定形半導體半導體芯片集成電路太陽電光電池第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日C、Si的化學性質(zhì)(1)碳單質(zhì)的化學性質(zhì)常溫下__(填“不”或“很”)活潑，在高溫條件下有強______。①可燃性：____________________________________。②還原性a．與Fe2O3反應的化學方程式：___________________________；b．與CO2反應的化學方程式：____________________；c．與水蒸氣反應的化學方程式：______________________；d．與濃H2SO4反應的化學方程式：_________________________________________。2．還原性不第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日(2)硅單質(zhì)的化學性質(zhì)常溫下化學性質(zhì)不活潑，但能與___、____、____反應。①與氫氟酸反應的化學方程式：______________________。②與燒堿反應的離子方程式：_____________________________。③加熱時與O2、Cl2等非金屬單質(zhì)反應，其化學方程式為：___________________________________。F2HF強堿Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日

為什么不用帶玻璃塞的玻璃瓶保存堿液？提示

因玻璃中含有SiO2，能與堿性溶液中OH－發(fā)生反應而生成硅酸鹽，故盛放堿性溶液的玻璃試劑瓶不能用玻璃塞。其反應的離子方程式為：SiO2＋2OH－===＋H2O。但由于反應極慢，因而盛放堿液仍可用玻璃瓶，只是瓶塞應用橡皮塞或軟木塞。第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、硅酸、硅酸鹽1．硅酸：硅酸的性質(zhì)硅酸__溶于水，其酸性比碳酸__，硅酸____(填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅色。(1)硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：_____________________。(2)硅酸能與堿溶液反應，如與NaOH溶液反應的化學

方程式：_________________________________。(3)硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力

強，常用作______。不弱不能H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O干燥劑第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日硅酸鈉(1)物理性質(zhì)：白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱______，有黏性。(2)化學性質(zhì)①水解顯__性。②與酸性比硅酸強的酸反應。與鹽酸反應：_________________________________。與CO2水溶液反應：_______________________________________。(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。2．水玻璃堿Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日硅酸鹽(1)概念：由硅、_______________________________的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復雜，多用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成__________，鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成______________________。3．由硅、氧和金屬元素組成的化合物Na2O·SiO2K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日

能否依據(jù)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑說明H2SiO3的酸性比H2CO3強？提示不能。因為酸鹽互化關(guān)系：強酸＋弱酸鹽===強酸鹽＋弱酸，僅適用于常溫下水溶液中進行的反應，而該反應是在高溫且干態(tài)下進行，只能從化學平衡移動角度去解釋反應發(fā)生的原因，因CO2為氣體，及時離開反應體系，使化學反應得以向右進行。第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、無機非金屬材料1．傳統(tǒng)無機非金屬材料(1)普通玻璃主要原料：____________________；主要成分：________________________。(2)普通硅酸鹽水泥主要原料：____________；主要成分(寫出名稱和化學

式)______________________________________________________________。2．特殊功能的含硅物質(zhì)(1)______具有金剛石結(jié)構(gòu)，可用作磨料。(2)含硅元素4%的硅鋼具有_____性。(3)硅橡膠具有__________________的性質(zhì)。純堿、石灰石、石英Na2SiO3、CaSiO3、SiO2石灰石、黏土硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)碳化硅導磁既耐高溫又耐低溫第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日五種溶液通入過量CO2后溶液仍渾濁，符合條件的五種溶液是：①Na2SiO3溶液；②NaAlO2溶液；④飽和的Na2CO3溶液；⑤飽和NaCl的氨溶液(侯氏制堿原理)。第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日一種技巧SO2和CO2都可以使澄清石灰水先變渾濁后變澄清，所以當SO2和CO2同時存在時，要想證明CO2的存在，應先將SO2除去再通入澄清石灰水中。第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日我的警示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，才能進一步轉(zhuǎn)化為硅酸。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl圖示閃記第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日碳、硅元素單質(zhì)及其化合物的特性(1)一般情況，非金屬元素單質(zhì)熔、沸點低，硬度小，但硅、金剛石熔、沸點高，硬度大，其中金剛石為硬度最大的物質(zhì)。(2)一般情況，非金屬元素單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導體，石墨為電的良導體。碳、硅及其化合物的特征及應用1．第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日(3)一般情況，較強氧化劑＋較強還原劑===較弱氧化劑＋較弱還原劑，而碳卻還原出比它更強的還原劑：SiO2＋2C

(4)非金屬單質(zhì)與堿反應一般是非金屬既作氧化劑又作還原劑，而Si與堿溶液反應卻只作還原劑。Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。(5)一般情況，較活潑金屬＋酸===鹽＋氫氣，然而Si是非金屬，卻能與氫氟酸發(fā)生反應：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(6)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：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不屬于鹽)。Si＋2CO↑，F(xiàn)eO＋CFe＋CO↑。第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日(7)無機酸一般能溶于水，而H2SiO3及H4SiO4卻難溶于水。(8)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高溫下：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生(CO2離開反應體系)。(9)一般情況，非常活潑的金屬(Na、K等)才能夠置換出水中的氫，但C＋H2O(g)CO＋H2。(10)一般情況，非金屬氧化物與水反應生成相應的酸，如CO2＋H2O

H2CO3，但SiO2不溶于水，不與水反應。第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日硅與鋁的相似性及區(qū)別(1)相似性①Si、Al均與NaOH溶液反應生成鹽和H2。②SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3[Al(OH)3]均與NaOH溶液反應生成鹽和水。③Na2SiO3、NaAlO2溶液通入過量CO2均生成白色沉淀。(2)區(qū)別①除氫氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不與其它酸反應。②Al2O3、Al(OH)3屬兩性化合物。③Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液與過量鹽酸反應時現(xiàn)象不同。2．第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日 (2011·臨汾月考)下列敘述正確的是 (

)。B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅

的物理性質(zhì)相似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

能與水反應生成硅酸【典例1】?第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日解析根據(jù)酸鹽之間復分解反應進行的方向判斷酸性強弱一般是在常溫濕態(tài)下適用，在高溫干態(tài)下不適用，事實是碳酸酸性比硅酸強，故A項錯誤；CO2和SiO2的結(jié)構(gòu)不同，在物理性質(zhì)方面有很大的差異，故B項錯誤；SiO2與氫氟酸反應，不屬于酸性氧化物與酸的一般反應，在此反應中SiO2沒有表現(xiàn)堿性，故C項錯誤；SiO2雖屬于酸性氧化物，但不能直接與H2O反應生成H2SiO3，D項正確。答案

D第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日 (2012·原創(chuàng))下列說法正確的是 (

)。A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應，但不能與

任何酸反應C．二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸D．晶體硅常被用來制造光導纖維【應用1】?第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日答案

C第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日 (2012·安慶質(zhì)檢)從石英砂制取并獲得高純硅的主要化學反應如下：關(guān)于上述反應的分析不正確的是 (

)。A．①、③是置換反應，②是化合反應B．高溫下，焦炭與氫氣的還原性均強于硅C．任一反應中，每消耗或生成28g硅，均轉(zhuǎn)移4mole－D．高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合

可得高純硅解析此三步反應按照順序進行，才可制得高純硅，故選D。答案

D【應用2】?第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日硅與二氧化硅都是原子晶體，其結(jié)構(gòu)模型可由金剛石的結(jié)構(gòu)類推，如果將金剛石結(jié)構(gòu)中的碳原子全部用硅原子代換，則為硅晶體；在硅晶體中，每兩個硅原子之間夾一個氧原子，即為二氧化硅。由于鍵長：Si—Si＞Si—C＞C—C，所以，其硬度和熔、沸點：硅晶體＜碳化硅＜金剛石。注意

二氧化硅的熔、沸點比硅高。硅和二氧化硅的結(jié)構(gòu)比較第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日 (2012·蘇州模擬)1molSiO2晶體中含有Si—O共價鍵的物質(zhì)的量是(

)。A．1molB．2molC．3molD．4mol思路點撥

1.金剛石與晶體硅的結(jié)構(gòu)相似，它們都是以4個共價鍵形成的正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鍵角均為109°28′。[SiO4]正四面體結(jié)構(gòu)

【典例2】?O—Si—O夾角為109°28′，每個O原子又同時連接2個硅原子。第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日解析

1molSiO2中含有4mol共價鍵。在SiO2晶體中，是由許多個[SiO4]四面體組成的。每個Si原子周圍結(jié)合著4個O原子，同時每個O原子又與兩個Si原子結(jié)合，如：每個正四面體均以Si原子為中心，包括4個Si—O鍵。答案

D第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日 1mol晶體硅中含有Si—Si鍵的數(shù)目是(設阿伏加德羅常數(shù)為NA) (

)。A．0.5NA B．NA C．2NA D．4NA解析晶體硅結(jié)構(gòu)與金剛石相似，每個硅原子與另外4個硅原子相連，Si—Si鍵夾角109°28′。其中在計數(shù)時，每個Si—Si鍵數(shù)過2次，總數(shù)應減半。答案

C【應用3】?第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日硅酸鹽材料硅酸鹽工業(yè)：以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)過加熱制成硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等。常見新型無機非金屬材料(1)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷①結(jié)構(gòu)材料：是指利用強度、硬度、韌性等機械性能制成的各種材料，如金屬單質(zhì)及合金等。無機非金屬材料1．2．第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日②高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的性能：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷既具有傳統(tǒng)意義上的陶瓷的優(yōu)點，又彌補了金屬材料的缺點，其特點是：能經(jīng)受高溫、耐氧化、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度較小等。③高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的品種：已得到廣泛使用的有氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等。④用途：Al2O3陶瓷(人造剛玉)用作耐火材料、球磨機、高壓鈉燈管等。Si3N4陶瓷用作機械構(gòu)件、柴油機等。第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日(2)光導纖維①光導纖維簡稱光纖，是一種能高質(zhì)量傳導光的玻璃纖維。②導光原理是利用光纖材料具有較大的折射率，可在其中傳導而少損耗的性質(zhì)。③通信優(yōu)點有傳輸信息量大、抗干擾性能好、不輻射、防竊聽、不怕腐蝕、鋪設方便等。④用途：光纖廣泛用于通訊業(yè)、醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙控、照明等。第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日 (2012·鹽城模擬)世界著名的科技史專家、英國劍橋大學的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今3000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了。”下列有關(guān)玻璃的說法不正確的是 (

)。A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B．玻璃在加熱熔化時沒有固定的熔點C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅D．盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒

堿跟二氧化硅生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起解析制普通玻璃的原料主要有石灰石、純堿和石英，A項不正確；普通玻璃是混合物，沒有固定的熔點，B正確。答案

A【典例3】?第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日

石墨烯是由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料(結(jié)構(gòu)示意圖如右圖所示)，可由石墨剝離而成，具有極好的應用前景。下列說法正確的是(

)。A．石墨烯與石墨互為同位素B．0.12g石墨烯中含6.02×1022個碳原子C．石墨烯是一種有機物D．石墨烯中碳原子間以共價鍵結(jié)合解析

A項，石墨烯和石墨是同素異形體；B項，0.12g石墨烯物質(zhì)的量為0.01mol，含6.02×1021個原子；C項錯。答案

D【典例4】?第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日碳和硅的知識屬于常考點，尤其是硅及其化合物的性質(zhì)應用有漸熱的趨勢，隨著新能源，新材料，新工藝的應用，高考將對碳和硅的化合物性質(zhì)及實驗進行重點考查，以選擇題為基礎(chǔ)，以化工題為提高題型，預計2013年將有多種考查方式出現(xiàn)。單擊此處進入高考揭秘??名師偈語第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日高純硅在科技進步、信息革命、新能源研究等方面起到了至關(guān)重要的作用。在各類考試中，有關(guān)高純硅的制取問題，一直是命題的熱點?！咎骄繉嵗抗鑶钨|(zhì)及其化合物應用范圍很廣。請回答下列問題：(1)制備硅半導體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學反應方程式________________________________________________________。②整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學反應方程式__________________________________________________________________________________________；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是____________________________________________________。第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日(2)下列有關(guān)硅材料的說法正確的是________(填字母)。A．碳化硅化學性質(zhì)穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)耐高溫水泥B．氮化硅硬度大、熔點高，可用于制作高溫陶瓷和軸承C．高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料——光

導纖維D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點

很高E．鹽酸可以與硅反應，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅(3)硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃。取少量硅酸鈉溶液于試管中，逐滴加入飽和氯化銨溶液，振蕩。寫出實驗現(xiàn)象并給予解釋。第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日解析

(1)①根據(jù)原子守恒即質(zhì)量守恒可以寫出SiHCl3與H2反應的化學方程式。②SiHCl3和H2O劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，分析它們化合價的變化可知，，而Cl的化合價未發(fā)生變化，因此另一種元素即H元素的化合價必定降低，即另一種物質(zhì)是H2。(2)碳化硅、氮化硅為原子晶體，A、B和C都正確。玻璃是一種玻璃態(tài)物質(zhì)，無固定的熔點。鹽酸不能與硅反應，而HCl在573K以上的溫度下可與硅發(fā)生反應。因此D、E都不正確。

第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日答案

(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑氧氣與氫氣混合，可能引起爆炸；氧氣可能會氧化SiHCl3(2)ABC(3)現(xiàn)象：試管中有白色膠狀沉淀生成，并且有刺激性氣味氣體生成；解釋：Na2SiO3和NH4Cl均能夠水解，兩者相互促進，Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4Cl水解產(chǎn)生NH3。1357K第三十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日【探究應用】在工業(yè)中利用鎂制取硅：2Mg＋SiO22MgO＋Si，同時有副反應發(fā)生：2Mg＋SiMg2Si，Mg2Si