碳、硅及新型无机非金属材料.doc

高三复习专题讲座元素化合物碳、硅及新型无机非金属材料一、 本讲教学进度及主要内容第三部分 元素化合物碳、硅及新型无机非金属材料主要内容：1构建碳、硅元素的知识网络2掌握两种元素对应的单质，氧化物、酸及其盐的重要性质3了解硅酸盐工业和新型无机非金属材料二、 学习指导（一）构建知识网络C2H2O2H2O 一方面抓住典型物质作为核心，尽可能向外发散和向内收效，甚至可扩展到相关的有机知识，另方面要区分条件的不同（如温度、用量、酸碱性等），尽量分类整理，做到有序存档。 1碳元素及其化合物的转化 2硅元素及其化合物的转化（二）典型构质的性质1单质碳 C原子间结合方式原子晶体（1）同素异形体的多样性 分子中所含C原子数不同分子晶体 金刚石原子晶体 石墨混合晶体 （2）活性炭的重要性质和作用:多孔疏松结构吸附力强吸附气体或溶液里的某些有色物质。实例去臭气吸附水中有臭味物质（净化水）漂白吸附某些食物和工业产品中的色素去毒吸附有毒气体（如NO2、Cl2等）（用于防毒面具）（3）碳的化学性质 常温：稳定; 加热、高温或点燃：常表现还原性，作还原剂;一般加热时，C CO2; 高温 高温时，C CO如： C+H2O CO+H2 2C+SiO2 2CO+SiC+2CuO 2Cu + CO2C+4HNO3(浓) CO2+4NO2+2H2O 想一想：为什么木炭燃烧时无火焰？2碳的氧化物 CO、CO2尽管用为碳的氧化物，但是两者的物理性质，化学性质均有较大区别，可列表比较如下： COCO2物理性质 无色无气味气体难溶于水无色略带酸味气体能溶于水（1 ：1）毒性有毒（与血红蛋白结合）无毒（大量排放会导致温室效应）化学性质可燃性还原性不与碱液反应 一般不可燃烧，也不支持燃烧但Mg、Li能在CO2中燃烧点燃 弱氧化性高温 2Mg+CO2 C+2MgOC+CO2 2CO与碱液反应类别不成盐氧化物酸性氧化物检验点燃后在火焰上方罩上干燥的烧杯和用清石浓H2SO4 灰水润洗过的烧杯能使清石灰水变浊但不能使品红褪色（有别于SO2）实验室制法HCOOH CO+H2OCaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O工业制法高温 水煤气法：C+H2O CO+H2高温 煅烧石灰石法：CaCO3 CaO+CO2思考下列小问题：如何除去CO中少量CO2？如何除去CO2中少量CO？如何分离CO和CO2？3比较CO2和SiO2CO2和SiO2是同主族元素形成的高价氧化物。化学性质有一定的相似性，但物理性质和某些化学性质方面却有很大差异。 CO2 SiO2与碱性氧化物反应 酸 性 氧 化 性C CaO+CO2=CaCO3 高温 CaO+SiO2 CaSiO3与碱液反应OH 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O与盐反应C6H5Ona+CO2+H2O +NaHO3Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3高温 高温 2Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2(难挥发酸酐易挥发酸酐)与碳反应 C+CO2 2CO高温 2C+SiO2 Si+2CO与H2O作用 CO2+H2O H2CO3 不与水化合+H2O SiO2 H2SiO3H2O 与酸反应不反应只与HF反应SiO2+4HF=SiF4+H2O晶体类型分子晶体原子晶体熔点低(易升华)高4Si的非寻常性（1）硅不活泼、但自然界无游离态，通常以硅酸盐形式存在（2）硅不与一般的强酸、强氧化性酸反应，但常温却下HF反应，且能置换出其中的H。 Si+4HF=SiF4+2H2（3）碳不与碱液反应，但硅常温即可与碱液反应并放出H2，表现出与Al有相似性。 Si+2NaOH+2H2O=Na2SiO3+2H2 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2其它固体非金属即使与碱液反应，一般也无H2产生。如 3S+6NaOH=2Na2S+Na2SO3+3H2O5碳酸正盐和酸式盐 （1）溶解性： 大多正盐难溶于水（除K+、Na+、NH4+） 而一般酸式碳酸盐均可溶于水同一种阳离子的盐 一般：酸式盐正盐 如 Ca(HCO3)2CaCO3 KHCO3K2CO3 但 NaHCO3Na2CO3想一想：为什么在饱和Na2CO3溶液中通入足量的CO2有晶体析出？提示：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 106g 18g 168g溶剂水量减少生成NaHCO3质量比消耗的Na2CO3质量大同温下溶解性 NaHCO3Na2CO3（2）与酸反应的过程及速度（同条件）H+CO32=HCO3 HCO3+H+=H2O+CO2放出气体速度：HCO3CO32（3）与碱液反应 Na2CO3+NaOH不反应 NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH 2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3+Na2CO3+H2O（4）热稳定性： 正盐相应酸式盐高温 如： CaCO3 CaO+CO2 Ca(HCO3)2 CaCO3+H2O+CO2 Na2CO3 不分解 2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2OH+或CO2+H2O OH或 （5）相互转化： 正盐（CO32） 酸式盐（HCO3） （三）硅酸盐工业简介水泥玻璃（普通）原料石灰石、粘土纯碱、石灰石、石英设备迴转窑高温 玻璃熔炉反应复杂的物理化学变化高温 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2主要成分3CaOSiO22CaO SiO23CaOAl2O3Na2OCaO 6SiO2特性水硬性（加石膏调节硬化速度）玻璃态物质（在一定温度范围内软化）非晶体陶瓷：（1）主要原料：粘土（2）生产过程：混合成型干燥烧结冷却陶器（3）陶与瓷的制取区别： 原料粘土的纯度不同烧制温度不同。（四）新型无机非金属材料特性：（1）耐高温，高强度（2）有电学、光学、生物学特性或功能三、典型解析： 例1把26g含有SiO2和CaCO3固体在高温下加热至质量不再改变，冷却后称重为17.2g。 （1）写出有关的化学反应方程式 （2）求生成CO2的体积（标况）高温 （3）求原混合物中所含SiO2的质量。高温 解析：（1） SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2 CaCO3 CaO+CO2 从上述反应也可比较出两种盐的热稳定性：CaSiO3CaCO3 在此高温条件下，CaCO3不会过剩，故前后固体质量减少值即为CO2质量。m(CO2)=26g17.2g=8.8gn(CO2)=0.2mol，V(CO2)= 4.48LCaCO3 CO2100g 1mol20g 0.2mol m(SiO2)=26g20g=6g例2矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所措的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如钾长石（KalSi3O8）风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4，此后反应的离子方程式为：2KalSi3O8+2H2CO3+9H2O=2K+2HCO3+4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4.（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形成KalSi3O8_ Al2Si2O5(OH)4（2）上述反应能够发生的原因是_解：（1）将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物时，只需将除O以外所有的元素写出其常见氧化物，并用“”将它们合起来，但需注意各种原子个数比符合原来的组成。在某种（或几种）氧化物前加合适系数。KalSi3O8 K2OAl2O36SiO2Al2Si2O5(OH4) Al2O32SiO22H2O（2）分析反应前后物质的种类，可知属于酸与盐发生的复分解反应，是由于酸H2CO3H4SiO4.发生了较强的酸制较弱的酸反应。例3现有Na2CO3溶液2mol/L、500mL和HCl溶液2mol/L750mL.若向HCl溶液中逐滴加Na2CO3溶液 向Na2CO3溶液中逐滴加HCl溶液分别产生CO2多少？解析n(Na2CO3)=1mol，n(HCl)=1.5mol，由于相互滴入的环境不同，发生反应不同。中HCl过量，发生反应产生的CO2不断逸出。设共产生xmolCO2 Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2 1 2 x 1.5 x=0.75mol中HCl不足，Na2CO3先转变为NaHCO3，后又部分转变成CO2，设生成C