無(wú)機(jī)非金屬材料的主角-硅、碳復(fù)習(xí)

必須會(huì)寫(xiě)對(duì)的方程式1、Si和NaOH溶液反應(yīng)2、Si和HF反應(yīng)3、SiO2與NaOH溶液反應(yīng)4、SiO2與碳反應(yīng)5、SiO2與HF反應(yīng)6、向Na2SiO3溶液中通入過(guò)量CO27、Mg在CO2中燃燒8、向澄清石灰水中通入少量CO29、向澄清石灰水中通入過(guò)量CO210、除去CO2中的CO11、生產(chǎn)玻璃的兩個(gè)方程式（1）SiO2與Na2CO3反應(yīng)（2）SiO2與CaCO3反應(yīng)第四章非金屬及其化合物第一節(jié)碳、硅及無(wú)機(jī)非金屬材料一、碳和硅的存在和性質(zhì)1、存在形態(tài)及常見(jiàn)單質(zhì) 自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素因有親氧性，所以僅有化合態(tài)。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨等同素異形體，硅單質(zhì)主要有晶體硅和無(wú)定形兩大類(lèi)。2、單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較碳硅結(jié)構(gòu)金剛石：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨：層狀結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類(lèi)似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石：熔點(diǎn)高、硬度大石墨：熔點(diǎn)高、質(zhì)軟，有滑膩感晶體硅：灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高用途金剛石：用作切割刀具;石墨：用作電極、鉛筆芯晶體硅：作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽(yáng)能電池109o28'

金剛石是一種具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體，金剛石的熔點(diǎn)（>3550℃）和沸點(diǎn)（4827℃）都很高,硬度很大。金剛石金剛石與石墨晶體結(jié)構(gòu)對(duì)比------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------120o共價(jià)鍵范德華力

石墨是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，碳原子排成正六邊形，每個(gè)碳原子與其它3個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，形成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；在層與層之間，是以分子間作用力結(jié)合的。由于同一層的碳原子以較強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合，使石墨的熔點(diǎn)很高(比金剛石的還要高）。但由于層與層之間的分子間作用力很弱，容易滑動(dòng)，使石墨的硬度很小。石墨

晶體硅是具有正四面體結(jié)構(gòu)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體。Si109o28'

晶體硅的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，也是由一個(gè)硅原子與4個(gè)硅原子結(jié)合形成正四面體，許多這樣的正四面體向周?chē)臻g延伸形成空間網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。但由于硅原子半徑比碳原子半徑大，所以，其熔沸點(diǎn)要比金剛石低，硬度要比金剛石小。晶體硅結(jié)構(gòu)3、化學(xué)性質(zhì)(一般表現(xiàn)為還原性)

[特別提醒]

(1)碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為還原性，能被氧化劑氧化為＋2價(jià)或＋4價(jià)的化合物。

(2)工業(yè)上制備硅的反應(yīng)

①粗硅的制備：SiO2＋2C=====高溫Si＋2CO↑

②由粗硅制純硅：Si(粗)＋2Cl2=====△SiCl4

SiCl4＋2H2=====高溫Si(純)＋4HCl。

4、碳族元素特殊性（1）碳族元素在化合物中多以+4價(jià)穩(wěn)定，而Pb在化合物中則以+2價(jià)穩(wěn)定。（2）＋2價(jià)錫具有較強(qiáng)的還原性，＋4價(jià)鉛具有較強(qiáng)的氧化性。例1：還原性Sn2+>Fe2+，氧化性PbO2>Cl2，試寫(xiě)出下列化學(xué)方程式：①氯氣與錫共熱：___________________②氯氣與鉛共熱：___________________③PbO2濃鹽酸共熱__________________④能說(shuō)明Sn2+還原性比Fe2+還原性強(qiáng)的離子方程式是_______________________.⑤把棕色的PbO2投入亞硫酸溶液中充分反應(yīng)，可觀察到把棕色的PbO2逐漸變成白色固體物質(zhì)Sn+2Cl2==SnCl4Pb+Cl2==

PbCl2PbO2+4HCl(濃)==PbCl2+Cl2↑+2H2OPbO2+H2SO3=PbSO4+H2OSn2++2Fe3+=Sn4++2Fe2+???物質(zhì)二氧化碳二氧化硅分類(lèi)均為酸性氧化物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由分子構(gòu)成由氧原子與硅原子構(gòu)成立體網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)低，可溶于水堅(jiān)硬難熔的固體，不溶于水化學(xué)性質(zhì)

與堿(如NaOH)反應(yīng)CO2＋2NaOH==Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O與水反應(yīng)CO2＋H2OH2CO3與CaO

反應(yīng)CaO＋CO2===CaCO3

高溫CaO＋SiO2=====CaSiO3與HF反應(yīng)4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O用途制飲料、碳酸鹽等光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件存在空氣巖石、水晶、硅藻土二、CO2

和SiO2

的比較109o28'SiO二氧化硅二氧化硅是原子晶體，一個(gè)硅原子跟4個(gè)氧原子結(jié)合，每個(gè)氧原子跟兩個(gè)硅原子結(jié)合。實(shí)際上，二氧化硅晶體是由硅原子和氧原子按1：2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。它的熔點(diǎn)（1723℃）沸點(diǎn)（2230℃）高，硬度大，不導(dǎo)電，難溶于一些常見(jiàn)的溶劑?！拘〗Y(jié)點(diǎn)睛】

1、牢記2種物質(zhì)的用途

①晶體硅：半導(dǎo)體材料，制芯片、太陽(yáng)能電池。

②二氧化硅：制光導(dǎo)纖維

2、熟記5個(gè)化學(xué)方程式①Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑②Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O④SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O⑤Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3弱

H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O

Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓

干燥劑、催化劑

2、硅酸鹽

①硅酸鹽的表示——氧化物組合表示法 如Na2SiO3：__________________________，

CaMg3Si4O12：________________________。表示方法：(1)根據(jù)原子守恒及原子個(gè)數(shù)比例配置系數(shù)；(2)按活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水的順序書(shū)寫(xiě)。（3）氧化物之間以“·”隔開(kāi)，系數(shù)出現(xiàn)分?jǐn)?shù)的要化為整數(shù)。（4）硅酸鹽的組成用氧化物來(lái)表示，但實(shí)際上硅酸鹽并不是以簡(jiǎn)單氧化物形式存在。 Na2O·SiO2CaO·3MgO·4SiO2②硅酸鈉 硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃，是無(wú)色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。3．無(wú)機(jī)非金屬材料

(1)常見(jiàn)硅酸鹽材料產(chǎn)品水泥玻璃陶瓷設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯原料___________________________________黏土石灰石、黏土純堿、石灰石、石英

(2)特殊含硅材料 ①SiC(俗稱___________)具有金剛石結(jié)構(gòu)，硬度大，可用作砂紙、砂輪的磨料。 ②含硅4%的硅鋼具有很高的______________性，可用作變壓器的鐵芯。 ③硅橡膠具有耐高溫、耐低溫的性質(zhì)。 ④分子篩用作_____________和催化劑。金剛砂導(dǎo)磁吸附劑1、熔沸點(diǎn) 一般情況下，非金屬單質(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硬度最大的物質(zhì)，所以可用金剛石制作鉆頭和切割工具。2、導(dǎo)電性 一般情況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨是電的良導(dǎo)體，所以晶體硅可作半導(dǎo)體材料，石墨可作電極。碳、硅及其化合物的特性與應(yīng)用

3、SiO2作為酸性氧化物的特性

(1)一般情況下，只有堿性氧化物與酸反應(yīng)，酸性氧化物只與堿反應(yīng)，不與酸反應(yīng)，但SiO2是酸性氧化物，卻能與HF反應(yīng)：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，所以不能用玻璃容器盛放HF，用氫氟酸刻蝕玻璃。

(2)一般情況下，酸性氧化物與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸，但SiO2不溶于水，不與水反應(yīng)。5、硅酸和硅酸鹽的溶解性 一般情況下，大多數(shù)酸溶于水，如鹽酸、醋酸、碳酸，但硅酸卻不溶于水。 硅酸鹽大多難溶于水，常見(jiàn)可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。例1、牙膏樣品中碳酸鈣的定量測(cè)定。利用下圖所示裝置(圖中夾持儀器略去)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分反應(yīng)后，測(cè)定C中生成的BaCO3沉淀質(zhì)量，以確定碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

依據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程回答下列問(wèn)題：

(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需持續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝?。其作用除了可攪拌B、C中的反應(yīng)物外，還有：________；

(2)C中反應(yīng)生成BaCO3的化學(xué)方程式是________________。

(3)下列各項(xiàng)措施中，不能提高測(cè)定準(zhǔn)確度的是________(填標(biāo)號(hào))。

a．在加入鹽酸之前，應(yīng)排凈裝置內(nèi)的CO2氣體

b．滴加鹽酸不宜過(guò)快

c．在A～B之間增添盛有濃硫酸的洗氣裝置

d．在B～C之間增添盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置

(4)實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確稱取8.00g樣品三份，進(jìn)行三次測(cè)定，測(cè)得BaCO3平均質(zhì)量為3.94g。則樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_______。

(5)有人認(rèn)為不必測(cè)定C中生成的BaCO3質(zhì)量，只要測(cè)定裝置C在吸收CO2前后的質(zhì)量差，一樣可以確定碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。實(shí)驗(yàn)證明按此方法測(cè)定的結(jié)果明顯偏高，原因是

。 【解析】

B中生成的CO2氣體，在除去了CO2的空氣作用下，可全部排入到C中與Ba(OH)2反應(yīng)，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。B中反應(yīng)發(fā)生前，裝置內(nèi)若殘留有CO2，會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度；滴加鹽酸過(guò)快，有可能導(dǎo)致CO2不能被C中Ba(OH)2全部吸收；因水對(duì)BaCO3質(zhì)量不產(chǎn)生影響，Ba(OH)2又是足量的，故揮發(fā)出的HCl不會(huì)影響CO2的吸收，答案為c、d。3.94gBaCO3的物質(zhì)的量是0.02mol，由碳守恒知樣品中含有0.02molCaCO3，質(zhì)量為2g，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。直接測(cè)量C裝置實(shí)驗(yàn)前后的質(zhì)量，可求出生成的CO2的質(zhì)量，但因從B中出來(lái)的還有水蒸氣、HCl氣體等，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏高。 【答案】

(1)把生成的CO2全部排入C中，使之完全被Ba(OH)2溶液吸收 (2)Ba(OH)2＋CO2=