1.4.1无机非金属材料的主角.doc

无机非金属材料的主角硅一、 硅、碳原子结构和在自然界中的存在碳与硅的原子结构比较1、 原子结构示意图2、 相同点：都主要形成四价的化合物；不同点：硅在自然界中无单质，但碳有单质。碳和硅在自然界中的存在1、 碳的存在 既有单质，又有化合物的形式 主要形成石灰岩和碳酸盐等矿物 碳是构成有机物的主要元素2、 硅的存在 亲氧元素 没有硅单质 26.3% 硅的氧化物和硅酸盐是构成地壳中岩石、沙土和土壤的主要成分硅的物理性质单质硅有晶体和无定形两种。结构与金刚石相似，有金属光泽、灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，是良好的半导体材料。硅的工业制法SiO2+2C 高温 Si+2CO硅的用途硅芯片、晶体管、光电池二、 二氧化硅（SiO2）存在: 无定形、结晶形两种 无色透明的晶体水晶 石英晶体的结晶是SiO2 彩色环带状或层状的石英玛瑙 沙子中含有小粒的石英晶体SiO2的晶体结构SiO2晶体是由Si和O按1：2的比例组成的立体网状结构SiO2的物理性质：坚硬、难熔、与金刚石的性质相似；纯净的SiO2晶体无色、透明、难溶于水SiO2的化学性质1、SiO2是酸性氧化物，能与碱和碱性氧化物反应 SiO2+2NaOH= Na2SiO3+H2O（实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，因为两者反应生成的Na2SiO3溶液有良好的黏结性，是瓶口与瓶塞黏在一起）SiO2+CaO高温CaSiO32、弱氧化物：SiO2+2C 高温 Si+2CO 3、特性：SiO2难溶于水，随意不能用它溶于水的方法得到它所对应的酸 SiO2易与氢氟酸反应，不与其他强酸反应：SiO2+4HF=SiF4 +2H2O 注意：由于玻璃中含有SiO2，所以氢氟酸可以用来雕刻玻璃4、高温下与碳酸盐反应，生成硅酸盐，放出CO2气体。 SiO2+Na2CO3 高温 Na2SiO3+CO2 SiO2+CaCO3高温CaSiO3+ CO2用途：制光导纤维；石英玻璃；石英表、石英钟；眼镜片、工艺品SiO2和CO2的性质比较（同属酸性氧化物）二氧化碳二氧化硅结构特点由二氧化碳分子构成由氧原子与硅原子构成网状结构物理性质熔点和沸点低、可溶于水坚硬难溶的固体、不溶于水化学性质与碱（如NaOH）反应CO2+2NaOH=Na2CO3+2H2OSiO2+2NaOH= Na2SiO3+H2O与水反应CO2+ H2O=H2CO3与CaO反应CaO+ SiO2高温CaSiO3与酸反应SiO2+4HF=SiF4 +2H2O用途制饮料光导纤维、光学仪器、电子部件存在空气岩石、沙石、水晶、硅藻类三、 硅酸（H2SiO3）组成和性质：不溶于水的白色固体，酸性比碳酸还弱。能形成胶体。硅酸经干燥脱水后形成硅酸干胶“硅胶”。硅胶常作干燥剂。制备1、原理：Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 +2NaCl2、实验：见书P-763、注意事项：Na2SiO3溶液呈碱性，所以实验前先向其中滴加酚酞，显红色用途：1、净水 2、催化剂的载体四、硅酸盐硅酸盐的物理性质硅酸盐大部分都难溶于水，常见的易溶于水的硅酸盐是Na2SiO3，Na2SiO3的水溶液叫水玻璃。熔点高。硅酸盐的化学性质1、 硅酸盐有很强的热稳定性，即能耐高温2、 硅酸盐易跟酸发生反应由于硅酸是比碳酸还弱的酸，所以水玻璃易跟碳酸（CO2+H2O）及更强的酸反应，生成难溶于水的硅酸。Na2SiO3+ CO2+H2O= H2SiO3+ Na2CO3（强酸制弱酸）Na2SiO3+ 2CO2+2H2O= H2SiO3 + 2 NaHCO3Na2SiO3+2HCl= H2SiO3 +2NaCl3、 硅酸钠的耐热性见书P-77实验4、 硅酸盐的主要用途：生产陶瓷、玻璃、水泥硅酸盐的表示是方法1、 盐化学式法：如：硅酸钠Na2SiO3，硅酸钙CaSiO32、 氧化物法：如：高岭土Al2O32SiO22H2O氧化物的顺序：活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 二氧化硅 水氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。注意：氧化物之间以“”隔开； 系数配置出现分数化为整数4 硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷主要设备水泥回转窑玻璃熔炉原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土反应原理复杂的物理、化学变化SiO2+Na2CO3 高温 Na2SiO3+CO2CaCO3+ SiO2高温 CaSiO3+ CO2复杂的物理、化学变化主要成分3CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3Na2CO3、CaSiO3、SiO2反应条件高温高温高温种类不同标号普通玻璃、特种玻璃土器、陶瓷、瓷器特性水硬性无固定熔、沸点，在一定温度范围软化可制成各种形状，为玻璃态物质抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘体习题一、 选择1.下列物质的主要成分不是SiO2的是（ ）A.石英 B.水晶 C.金刚砂 D.玛瑙思路解析：金刚砂的主要成分是碳化硅，其他三项的主要成分都是二氧化硅。答案：C2.下列说法正确的是（ ）A.SiO2溶于水显酸性 B.CO2通入水玻璃可得硅酸C.SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 D.SiO2晶体中不存在单个SiO2分子思路解析：A项中二氧化硅不溶于水；C项中二氧化硅不溶于一般的酸，但可溶于氢氟酸。答案：BD3.下列关于碳和硅的叙述不正确的是（ ）A.金刚石和晶体硅都是由原子构成的物质 B.地壳中硅元素比碳元素含量多C.自然界里含碳元素化合物并非都是有机物 D.碳和硅的氧化物都以分子形式存在思路解析：二氧化碳是以分子形式存在的，但二氧化硅却是以网状结构的形式存在的。答案：D4.下列物质不与二氧化硅反应的是（ ）A.烧碱 B.氢氟酸 C.硝酸 D.生石灰思路解析：烧碱、氢氟酸和生石灰在一定条件下均可与二氧化硅反应，只有硝酸不与二氧化硅反应。答案：C5.石墨炸弹爆炸时，能在方圆几百米范围内撒下大量的石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨（ ）A.有剧毒 B.易燃、易爆 C.能导电 D.有放射性思路解析：石墨的特殊结构使它的层间存在着可自由移动的电子，所以它可以导电，造成电路短路。答案：C6.下列关于二氧化硅的说法，错误的是（ ）A.二氧化硅也叫硅酐B.二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成C.不能用二氧化硅跟水直接作用制取硅酸D.二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所以它是两性氧化物思路解析：二氧化硅不存在单个分子，它是空间网状结构；二氧化硅与烧碱反应，表现出酸性氧化物的通性，但它与氢氟酸的反应却不是碱性氧化物的通性，因为它除了与氢氟酸反应外，其他的酸都不能与之反应。答案：BD二、 填空7.写出以SiO2为原料制备H2SiO3的化学方程式_。思路解析：SiO2难溶于水，不能与水发生反应，因此只能先用SiO2与其他物质反应生成硅酸盐，再根据硅酸是弱酸，用硅酸盐与酸作用来制备硅酸。答案：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3或Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 Na2SiO3+2CO2+2H2O=2NaHCO3+H2SiO38.下列关于硅的化学性质的叙述，正确的是（ ）A.常温时不和任何酸反应 B.常温时可和强碱溶液反应C.单质硅比碳的还原性强 D.单质硅比碳的氧化性强思路解析：这是一道考查碳、硅化学性质的题目。碳、硅元素原子最外层电子数相同，都是4个电子，故其化学性质有相似之处。如：碳在常温下化学性质稳定，在高温时能跟氧气等物质反应；硅在常温下化学性质不活泼，除与氟气、氢氟酸和强碱反应外，不与其他物质反应。在加热条件下，硅能跟一些非金属反应，例如：Si+O2SiO2。然而，由于碳、硅原子核外电子层数不同，化学性质又有差异，如单质硅的还原性比碳强等。答案：BC9.下列说法正确的是（ ）A.硅是良好的半导体材料，能与盐酸或氢氧化钠溶液反应B.二氧化硅不导电，能与盐酸或氢氧化钠溶液反应C.硅酸具有多孔性结构，可用作吸附剂或催化剂的载体D.二氧化硅是酸性氧化物，能与氢氟酸反应，也能与氢氧化钠溶液反应思路解析：逐项分析。硅与盐酸不反应，选项A不正确；二氧化硅与盐酸也不反应，选项B不正确；具有多孔结构，用作吸附剂或催化剂载体的是硅胶，而非硅酸，仅一字之别，选项C不正确；选项D是正确的：SiO2+4HF=SiF4+2H2O2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O答案：D10.三硅酸镁能被用来治疗胃酸过多的胃溃疡，是因为该物质不溶于水,服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸镁Mg2Si3O8nH2O改写成氧化物的形式为_,它中和胃酸（HCl）的化学方程式是_。思路解析：若直接写Mg2Si3O8nH2O与HCl（aq）的反应,则无从下手。先将Mg2Si3O8nH2O改写成氧化物形式：2MgO3SiO2nH2O,再写与HCl（aq）的反应则较易。答案：2MgO3SiO2nH2O 2MgO3SiO2nH2O+4HCl=2MgCl2+3SiO2+（n+2）H2O11.有一无色气体中可能含有CO2、CO、H2O（g）、H2中的一种或几种，将该气体依次进行如下处理（假定每次处理均反应完全）：（1）通过碱石灰时，气体体积变小。（2）通过赤热的氧化铜时，固体变为红色。（3）通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色。（4）通过澄清石灰水时，溶液变浑浊。由此可以确定原无色气体中：一定含有_，可能含有_。思路解析：（1）碱石灰是氧氧化钠和生石灰的混合物。从该无色气体通过碱石灰时，气体体积变小的现象，说明该气体中可能含有H2O、CO2。（2）从该气体通过赤热的氧化铜时，固体变为红色的现象，可说明该气体不可能含有CO、H2。（3）从该气体通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色的现象，说明该气体中一定含有H2O（g）。但这H2O（g）不应是原无色气体中所含有的，因为原混合气体中的H2O（g），早在第一步处理时已被全部吸收了，这只能是H2与CuO反应后生成的H2O（g）。由此可肯定无色气体中一定含有H2。（4）从该气体通过澄清石灰水时，溶液变浑浊，说明该气体中一定含有CO2。同样，CO2不应是原无色气体中所含的CO2，原气体中的CO2，早在第一步处理时已被全部吸收了，此时CO2只能是CO与CuO反应后生成的CO2。由此可肯定原无色气体中一定含有CO。答案：H2、CO H2O（g）、CO212某课外活动小组实验测得某硅酸盐所含氧化物的质量分数如下表：氧化物CaOAl2O3Si