2015-2016学年化学一轮精品复习学案4.1 无机非金属材料的主角——硅.doc

第四章 非金属及其化合物 无机非金属材料的主角硅 【高考新动向】 考点梳理 1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。 2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。 3.了解常见无机非金属材料的性质和用途 【考纲全景透析】 一、C、Si 单质性质及其用途的比较。 1.物理性质 碳 硅 存在形态 既有游离态，又有化合态；主 要单质有：金刚石、石墨、C 60 等同素异形体 在地壳中的含量仅次于氧，全部以化 合态存在；主要单质有：晶体硅和无 定性硅两大类 单质的物理性质 金刚石熔点很高，硬度很大； 石墨熔点很高（比金刚石高） 硬度较小，能导电，有滑腻感。 晶体硅，灰黑色，有金属光泽；与金 刚石相似，熔点很高，硬度很大；是 良好的半导体材料。 用途 金刚石用作切割工具； 石墨用作电极、铅笔芯。 含硅 4的硅钢具有很高的导磁性， 主要用作变压器铁芯；含硅 15的硅 钢具有很好的耐酸性能，作为耐酸材 料；制光电池等 2.化学性质 (1)碳单质的化学性质还原性 与 O2 反应：O 2 不足：2C+O 2 2CO； O2 充足：C+O 2 CO2点燃 点燃 与其他物质反应： a.与 CuO 反应： 2CuO+C 2Cu+CO2 ( 可用于某些金属的冶炼) ； b.与 CO2 反应：CO 2+C 2CO； c.与水蒸气反应： C+H2O(g) CO+H2 (用于生产水煤气) ； d.与浓硫酸反应： C+2H2SO4(浓) CO2+2SO 2+2H 2O。 (2)硅的化学性质还原性 与氢氟酸反应：Si+4HF=SiF 4+2H 2； 与 NaOH 溶液反应：Si+2NaOH+H 2O=Na2SiO3+2H2; 与 O2 反应：Si+O 2 SiO2。 二、CO 2 和 SiO2 的比较 物 质 二氧化硅 二氧化碳 晶体类型 原子晶体 分子晶体 物理性质 硬度大、熔沸点高、常温下为 固体、不溶于水 熔沸点低，常温下为气体，微溶 于水 与水反应 不反应 CO2 + H2O H2CO3 与酸反应 SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H 2O 不反应 与碱反应 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 盛碱液的试剂瓶用橡皮塞 CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O 或 CO2 + NaOH = 2NaHCO3 与盐反应 SiO2 + Na2CO3 Na 2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3CaSiO 3 + CO2 Ca(ClO)2 + CO2 + H2O = CaCO3 + 2HClO CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3 化 学 性 质 与碱性氧 CO2 + Na2O Na2CO3 高温 高温 高温 高温 高温 化物反应 SiO2 + CaO CaSiO3 与碳反应 CO2+C 2CO； 2C+SiOi+C 高 温 主要用途 化工原料、灭火剂。干冰用作 制冷剂，人工降雨。 制光学仪器、石英玻璃。水晶可 制作饰品，常用来制造通讯材料 光导纤维。 3、硅酸及硅酸盐 （1）硅酸 物理性质：与一般的无机含氧酸不同，硅酸难溶于水。 化学性质：a.弱酸性：是二元弱酸，酸性比碳酸弱，与 NaOH 溶液反应的化学方程式为： H2SiO3+2NaOH= Na2SiO3+2H2O。 b.不稳定性：受热易分解，化学方程式为：H 2SiO3 H2O+ SiO2。 制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如 Na2SiO3 溶液与盐酸反应： Na2SiO3+2HCl= H2SiO3+2NaCl 用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。 2、硅酸盐 硅酸盐：硅酸盐是由硅、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。 硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火 材料。 硅酸盐组成的表示 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠（Na 2SiO3）可表示 为 Na2OSiO2。长石（KAlSi 3O8）可表示为 K2OAl2O36SiO2。 （注意：硅酸盐写法与氧化 物写法中各元素的化合价保持不变，原子个数比相等；表示顺序一般为：活泼金属的氧化 物较活泼金属的氧化物二氧化硅水。 三、常见无极非金属材料及其主要用途 1.传统的无极非金属材料 硅酸盐材料是传统的无机非金属材料：玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石 等为原料生产的硅酸盐制品，比较如下 高温 硅酸盐产品 水 泥 玻 璃 陶瓷 原 料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 黏土 反应原理 发生复杂的物理化 学变化（不作要求） SiO2 + Na2CO3 Na 2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 主要成分 3CaOSiO2、 2Ca OSiO2、3CaO Al2O3 Na2SiO3、CaSiO 3、SiO 2 反应条件 高温 高温 高温 (2)主要用途 陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也广泛应用于生活中。 2.特殊功能的含硅物质 (1)碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。 (2)含硅元素 4%的硅钢具有导磁性。 (3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。 【热点难点全析】 1. 硅及其化合物的特殊性质 1.硅 (1)硅的非金属性弱于碳，但碳在自然界中既有游离态又有化合态，而硅却只有化合态。 (2)硅的还原性强于碳，但碳能还原 SiO2：SiO 2+2C 2CO+Si 。 (3)非金属单质跟碱溶液作用一般无 H2 产生，但 Si 能跟碱溶液作用放出 H2：Si+2NaOH+H 2O=Na2SiO3+2H2。 (4)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应。 (5)非金属单质一般为非导体，但硅为半导体。 2.二氧化硅 (1)非金属氧化物的熔沸点一般较低，但 SiO2 的熔点却很高。 高温 高温 (2)酸性氧化物一般不跟酸反应，但 SiO2 能跟氢氟酸反应。 3.硅酸 (1)无机酸一般易溶于水，但 H2SiO3 难溶于水。 (2)H2CO3 的酸性强于 H2SiO3，所以有 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na 2CO3，但在高 温下 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2能发生是因为生成的 CO2 容易挥发。 【典例 1】某氧化物不溶于水，溶于熔化的 NaOH 中，生成易溶于水的化合物，向稀盐酸 中滴加所生成化合物的水溶液，立即有白色沉淀产生，则原氧化物是( ) AAl 2O3 BMgO CSiO 2 DFe 2O3 答案C 解析能与 NaOH 反应的氧化物有 Al2O3、SiO 2，生成物分别为 NaAlO2 和 Na2SiO3，但由 于题目中是向稀盐酸中加所生成化合物的水溶液，即盐酸过量，NaAlO 2 与过量盐酸反应生 成 AlCl3，无沉淀， Na2SiO3 与盐酸反应生成 H2SiO3 白色沉淀，故选 C。 二、CO 2 与碱的反应及 CO 、HCO 的检验23 3 1.CO2 与 NaOH 反应成分的判断 (1)反应原理 NaOH Na2CO3 NaHCO3 少 量 CO2 过 量 CO2 (2)反应后溶质成分的判断方法 溶质的成分 X11 NaHCO3 1121 NaOH、Na 2CO3 （3）CO 2 与常见溶液的反应和现象 Ca(OH) 2 或 Ba(OH)2 溶液 CO2 不足时，生成白色沉淀；CO 2 过量时，生成的白色沉淀消失，溶液变澄清。 Na 2SiO3 溶液 CO2 不足：Na 2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3； CO2 过量：Na 2SiO3+2H2O+2CO2=2NaHCO3+H2SiO3。 两种情况均生成白色胶状沉淀。 饱和 Na2CO3 溶液 Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，有白色固体析出。 2. CO 、HCO 的检验23 3 (1)CO 的检验23 向待检验溶液中滴加一定量的 Ca2 或 Ba2 的可溶性盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适 量的酸，白色沉淀溶解且生成无色，无味的气体，则待检溶液中有 CO 。23 (2)HCO 的检验 3 向待检验溶液中滴加足量的 Ca2 或 Ba2 的可溶性盐溶液，无明显现象，再向溶液中加入 足量的酸。若溶液中有无色、无味的气体生成，则待检溶液中有 HCO 。 3 【典例 2】下列说法正确的是( ) A将 CO2 通入 CaCl2 溶液或饱和 Na2CO3 溶液均有白色沉淀生成 B某溶液中加入 Ba(OH)2 溶液中有白色沉淀，说明可能有 CO 不可能含有 HCO23 3 C在标准状况下将 2.24 L CO2 通入 100 mL 1.0 mol/L 的 NaOH 溶液中充分反应，其反应 的离子方程式为：CO 22OH =CO H 2O23 DNaHCO 3 溶液和 Na2CO3 溶液可以用 CaCl2 溶液鉴别 答案D 解析A 项 CO2 与 CaC