第四章第一节五级非金属材料的主角——硅

1、1、碳族元素的特殊的位置及原子结构决定了它们、碳族元素的特殊的位置及原子结构决定了它们的键特征是：的键特征是：易形成共价键，难形成离子键易形成共价键，难形成离子键2、单质以、单质以还原性还原性为主，难与为主，难与H2生成气态氢化物。生成气态氢化物。3、C元素形成的单质硬度最大；形成的化合物种元素形成的单质硬度最大；形成的化合物种类最多；所有气态氢化物中，类最多；所有气态氢化物中，CH4中氢元素的质量中氢元素的质量分数最大；分数最大；126C是元素相对原子质量的标准原子。是元素相对原子质量的标准原子。知识梳理：知识梳理：一、碳族元素的性质及递变规律一、碳族元素的性质及递变规律注意问题：注意问题：

2、铅的反常现象：铅的反常现象： 铅的稳定价态为铅的稳定价态为2价（其他碳族元素价（其他碳族元素4价稳定），铅的金属性比锡弱，单质铅的颜色价稳定），铅的金属性比锡弱，单质铅的颜色为蓝白色，其熔点比锡高。为蓝白色，其熔点比锡高。练习一：练习一：1 1、下列有关碳族元素的叙述中，不正确的是、下列有关碳族元素的叙述中，不正确的是（ ）A.A.碳族元素易形成共价化合物碳族元素易形成共价化合物B.B.碳元素单质不能导电碳元素单质不能导电C.C.碳族元素中硅和锗可作半导体材料碳族元素中硅和锗可作半导体材料D.D.碳族元素由上至下非金属性向金属性递变碳族元素由上至下非金属性向金属性递变的趋势的趋势 B碳的同素碳

3、的同素异形体异形体金刚石金刚石石墨石墨富勒烯富勒烯晶体类型晶体类型熔沸点熔沸点导电性导电性二、碳的单质及其化合物二、碳的单质及其化合物1、碳的性质、碳的性质原子晶体原子晶体混合晶体混合晶体分子晶体分子晶体很高很高很高很高低低不导电不导电导电导电不导电不导电（1）碳的几种）碳的几种同素异形体同素异形体（2）碳的化学性质）碳的化学性质可燃性：可燃性：还原性：还原性：氧化性：氧化性：C + O2 = CO2点燃点燃C +2CuO = 2Cu + CO2C + Si = SiC高温高温与强氧化性酸反应与强氧化性酸反应3 3、碳的氧化物的比较、碳的氧化物的比较氧化物氧化物COCO2类属及物类属及物理性质

4、理性质化学性质化学性质特殊氧化物；无味无色特殊氧化物；无味无色气体，剧毒，不溶于水气体，剧毒，不溶于水酸性氧化物；能溶于酸性氧化物；能溶于水，无毒，易压缩水，无毒，易压缩可燃性；可燃性；还原性；还原性；不成盐氧化物不成盐氧化物氧化性；氧化性；酸性氧化物；酸性氧化物；与过氧化物反应；与过氧化物反应；与某些弱酸盐反应与某些弱酸盐反应除杂除杂(括号内为杂质括号内为杂质)CO(CO2) ：CO2(CO)：CO2(O2)：CO2(SO2)：CO2(HCl)：CO2(H2S)：通过盛有通过盛有NaOH溶液的洗气瓶溶液的洗气瓶通过盛放灼热通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管的硬质玻璃管通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管

5、通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管通过饱和通过饱和NaHCO3溶液或酸溶液或酸性性KMnO4溶液的洗气瓶溶液的洗气瓶通过饱和通过饱和NaHCO3溶液的洗气瓶溶液的洗气瓶通过通过CuSO4溶液或溶液或Pb(CH3COO)2溶液的洗气瓶溶液的洗气瓶思考：思考：3、碳酸的正盐和酸式盐、碳酸的正盐和酸式盐水溶性规律：水溶性规律： 若碳酸的正盐溶解度较大，则酸式盐的溶若碳酸的正盐溶解度较大，则酸式盐的溶解度较小；如果碳酸的正盐溶解度较小，则酸解度较小；如果碳酸的正盐溶解度较小，则酸式盐的溶解度较大。式盐的溶解度较大。热稳定性比较：热稳定性比较： 难溶性的碳酸盐、难溶性的碳酸盐、(NH4)2CO3、酸式盐受、酸

6、式盐受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。鉴别：鉴别：p50 考点二考点二练习：练习：120 mL含有含有0.20 mol碳酸钠的溶液和碳酸钠的溶液和200 mL盐酸，不管将前者滴加入后者，还是盐酸，不管将前者滴加入后者，还是将后者滴加入前者，都有气体产生，但最终生将后者滴加入前者，都有气体产生，但最终生成的气体体积不同，则盐酸的浓度合理的是成的气体体积不同，则盐酸的浓度合理的是（ ）A2.0mol/L B1.5 mol/L C0.18 mol/L D0.24mol/LB应用：应用：侯德榜制碱法：侯德榜制碱法：NaCl + H2O + NH3

7、 + CO2 = NaHCO3+ NH4Cl 原理就是利用原理就是利用NaHCO3的溶解度比的溶解度比NaCl、NH4HCO3、NH4Cl都小都小三、硅的单质及其化合物三、硅的单质及其化合物正四面体网状结构的原子晶体正四面体网状结构的原子晶体Si+F2= Si+HF= Si+NaOH+H2O= Si+O2 = Si+Cl2= Si+C=硅虽不活泼，但自然界中硅虽不活泼，但自然界中无单质无单质存在存在1、硅单质、硅单质（1）晶体结构：）晶体结构：（2）存在形式：）存在形式：（3）物理性质：）物理性质：具有金属光泽，硬而脆，熔沸点高具有金属光泽，硬而脆，熔沸点高（4）化学性质：）化学性质：在在常温

8、下常温下与与F F2 2、HFHF、NaOHNaOH发生反应发生反应加热时加热时有强还原性有强还原性（5 5）硅的用途）硅的用途: (: (半导体）半导体）SiOSiO2 2 粗硅粗硅 SiClSiCl4 4 Si Si（6）硅的工业制法及提纯）硅的工业制法及提纯反应历程：反应历程：SiOSiO2 2+2C+2C2CO+Si(2CO+Si(粗硅粗硅) )高温高温Si+2ClSi+2Cl2 2SiClSiCl4 4SiClSiCl4 4+2H+2H2 2Si(Si(纯硅纯硅)+4HCl)+4HClSiOSiO2 2 粗硅粗硅 SiHClSiHCl3 3 Si SiSiOSiO2 2+2C+2C2

9、CO+Si(2CO+Si(粗硅粗硅) )高温高温Si+3HClSi+3HClSiHClSiHCl3 3+H+H2 2SiHClSiHCl3 3+H+H2 2Si(Si(纯硅纯硅)+3HCl)+3HCl2、二氧化硅、二氧化硅物质物质二氧化硅二氧化硅化学式化学式 SiO2晶体类型晶体类型化化学学性性质质与水反应与水反应不能不能与碱液反应与碱液反应能能与酸反应与酸反应特殊特殊与盐反应与盐反应高温能高温能与碱性氧化物与碱性氧化物高温能高温能原子晶体原子晶体（P49P49）（1）化学性质：）化学性质：“亲氟性和亲碱性亲氟性和亲碱性”制光导纤维制光导纤维石英玻璃制化学仪器、石英表、石英钟石英玻璃制化学仪器

10、、石英表、石英钟水晶制光学仪器和工艺品水晶制光学仪器和工艺品玛瑙制精密轴承和装饰品玛瑙制精密轴承和装饰品（2）存在：）存在：结晶形结晶形 (石英和水晶石英和水晶) 硅石、石英、玛瑙、水晶硅石、石英、玛瑙、水晶无定形无定形(硅藻土硅藻土)（3）用途：）用途：SiF2Si4HFSiO24HF 3、 Si和和SiO2的几个特性的几个特性 p50“亲氟性和亲碱性亲氟性和亲碱性”Si2NaOH+H2OSiO22NaOH非金属单质跟碱作用一般无非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但放出，但Si能能跟碱液作用放出跟碱液作用放出H2；（硅的特征反应）（硅的特征反应）关系式：关系式：Si 2H2SiF42H2Si

11、F4SiF42H2ONa2SiO32H2Na2SiO3 H2O(玻璃瓶不可盛氢氟酸玻璃瓶不可盛氢氟酸)(磨口瓶不可盛碱磨口瓶不可盛碱)（1）硅酸）硅酸H2SiO3制取：制取：Na2SiO3+ 2HCl= 2NaCl +H2SiO3（白色胶状）（白色胶状）性质：性质：p49强酸制弱酸强酸制弱酸4、 硅酸及硅酸盐硅酸及硅酸盐盐化学式法：盐化学式法：（一般用于组成较简单的硅酸盐）一般用于组成较简单的硅酸盐）如：硅酸钠、硅酸钙等。如：硅酸钠、硅酸钙等。氧化物法：氧化物法：如：如：用氧化物的形式表示下列物质组成用氧化物的形式表示下列物质组成高岭石高岭石(Al2(Si2O5)(OH)4滑石滑石Mg3(Si

12、4O10)(OH)2长石（长石（KAlSi3O8）金属氧化物金属氧化物(较活泼较活泼较不活泼较不活泼)二氧化硅二氧化硅 水水硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3的的俗名、存在、俗名、存在、在空气中在空气中变质的原因变质的原因1、将过量、将过量CO2通入下列溶液中，其中最终不通入下列溶液中，其中最终不会出现白色沉淀的是（会出现白色沉淀的是（ ）A、Ca(ClO)2 溶液溶液 B、CaCl2溶液溶液C、饱和、饱和Na2CO3溶液溶液 D、Na2SiO3溶液溶液E、Ba(OH)2溶液溶液 F、苯酚钠溶液、苯酚钠溶液ABE2、下列大气污染物中，能与人体中血红蛋白结、下列大气污染物中，能与人体中血红蛋白结合而

13、引起中毒的气体是合而引起中毒的气体是( )A. NO B. CO2 C. NO2 D. COAD练习：练习：2 2、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（ ）A. A. SiO2和和CO2的化学性质虽然相似，但两者的结的化学性质虽然相似，但两者的结构完全不同，其晶体类型不同构完全不同，其晶体类型不同 B. SiO2是酸性氧化物，不与任何酸反应；水玻璃是酸性氧化物，不与任何酸反应；水玻璃敞口存放，可能有白色胶状沉淀析出敞口存放，可能有白色胶状沉淀析出 C. SiO2用于制造石英钟、压电材料和光导纤维，用于制造石英钟、压电材料和光导纤维，在现代通讯信息中具有非常重要地位在现代通讯信息中具有非常重要

14、地位 D. 二氧化硅与二氧化碳同为酸性氧化物，二氧化硅与二氧化碳同为酸性氧化物，CO2与与SiO2均能跟水反应生成相应的碳酸和硅酸均能跟水反应生成相应的碳酸和硅酸E.E.自然界中晶体硅被称之为硅石，它和二氧化硅在自然界中晶体硅被称之为硅石，它和二氧化硅在地壳中含量都丰富地壳中含量都丰富F.F.SiO2既能与既能与HF反应又能与氢氧化钠反应，同反应又能与氢氧化钠反应，同Al2O3一样被看作是两性氧化物一样被看作是两性氧化物AC3、将一定量、将一定量Si和和Na2O2混合物投入到水中，混合物投入到水中，收集产生的气体与密闭容器中，点火爆炸，恢收集产生的气体与密闭容器中，点火爆炸，恢复到室温，容器内

15、压强几乎为零，则复到室温，容器内压强几乎为零，则Si与与Na2O2的物质的量比是的物质的量比是_1:2材料材料无机非无机非金属材金属材料料金属材料金属材料高分子材料高分子材料传统：传统：新型：新型：水泥、玻璃、陶瓷等硅水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料酸盐材料 光导纤维光导纤维、高温结构陶瓷高温结构陶瓷、超硬耐高温材料、发光材超硬耐高温材料、发光材料、生物材料等料、生物材料等 四、硅酸盐工业和新型无机非金属材料四、硅酸盐工业和新型无机非金属材料水泥水泥玻璃玻璃 陶瓷陶瓷原料原料设备设备生产生产过程过程反应反应原理原理主要主要成份成份 特性特性石灰石和粘土、石灰石和粘土、石膏石膏石灰石，纯碱和石灰石，

16、纯碱和石英石英粘土粘土水泥回转窑水泥回转窑玻璃熔炉玻璃熔炉土窑土窑两磨一烧两磨一烧磨、烧磨、烧成型、烧结成型、烧结硅酸三钙、硅酸三钙、硅酸二钙、硅酸二钙、铝酸三钙铝酸三钙硅酸钠、硅酸钙、硅酸钠、硅酸钙、 二氧化硅二氧化硅水硬性水硬性玻璃态玻璃态复杂物理复杂物理化学变化化学变化复杂物理复杂物理化学变化化学变化Na2CO3+SiO2CaCO3+SiO2复杂硅酸盐复杂硅酸盐1、传统硅酸盐工业的原料、生产设备、反应、传统硅酸盐工业的原料、生产设备、反应原理、成份原理、成份（见必修（见必修1 P78）2、玻璃的种类、玻璃的种类3、新型无机非金属材料、新型无机非金属材料普通玻璃与钢化玻璃（车窗玻璃）普通玻

17、璃与钢化玻璃（车窗玻璃）硼酸盐玻璃（制化学仪器）硼酸盐玻璃（制化学仪器）铅玻璃（用于光学仪器）铅玻璃（用于光学仪器）蓝色玻璃（蓝色玻璃（Co2O3)、 红色玻璃（红色玻璃（Cu2O)绿色玻璃（绿色玻璃（Fe2+)、 棕黄色玻璃（棕黄色玻璃（Fe3+) A、半导体材料、半导体材料 B、超硬材料、超硬材料 C、耐高温材料、耐高温材料 D、发光材料等、发光材料等5、几种无机非金属材料介绍、几种无机非金属材料介绍优点：优点：耐高温、抗腐蚀耐高温、抗腐蚀缺点：缺点：质脆、经不起热冲击质脆、经不起热冲击耐高温、强度高、具有电学、光学耐高温、强度高、具有电学、光学特性和生物功能特性和生物功能传统：传统：新型

18、：新型：4、传统无机非金属材料与新型非金属材料的、传统无机非金属材料与新型非金属材料的比较比较（1）光导纤维：二氧化硅）光导纤维：二氧化硅（2）高温结构陶瓷：氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷）高温结构陶瓷：氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷（见零距离（见零距离P75P75）（1）高温结构陶瓷）高温结构陶瓷 (i)高温结构陶瓷的高温结构陶瓷的优点优点：能经受高温、不怕氧化、耐酸：能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。 (ii)高温结构陶瓷的高温结构陶瓷的种类种类：氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷:又称人造刚玉又称人造刚玉,具有熔点很高硬度高的优点具有熔点很高硬度高的优点.

19、可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等.氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷：具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化：具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点。可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、能力等优点。可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等。永久性模具、发动机部件等。氮化硅易溶于氢氟酸。氮化硅易溶于氢氟酸。 碳化硼陶瓷碳化硼陶瓷：具有熔点高、硬度大的优点。广泛应用于：具有熔点高、硬度大的优点。广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等。工农业生产、原子能工业、宇航工业等。（2）光导纤维）光导纤维(光纤光纤)光导

20、纤维的特点：传导光的能力非常强，抗干扰性能好，光导纤维的特点：传导光的能力非常强，抗干扰性能好，不发生电辐射等。不发生电辐射等。光导纤维的应用：通讯、医疗、信息处理、传能传像、光导纤维的应用：通讯、医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等。遥测遥控、照明等。1. 有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是（有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是（ ）A. 高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料远远低于金属材料B. 氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料，具有超硬性，氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料，具有超硬性，它不与任何无机酸反应它不与

21、任何无机酸反应C. 光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维D. 光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听量高，能防窃听CD练习四：练习四：2、实验室熔化氢氧化钠时，不能选用的坩埚是（、实验室熔化氢氧化钠时，不能选用的坩埚是（ ）A石墨坩埚石墨坩埚 B石英坩埚石英坩埚C铁坩埚铁坩埚 D陶瓷坩埚陶瓷坩埚BD3下列表述正确的是下列表述正确的是( )人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅主要成分是二氧化硅化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无化学家

22、采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料是硅酸盐材料夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能于环保、节能A B C DD一、碳族元素单质的导电能力及元素化合价一、碳族元素单质的导电能力及元素化合价二、碳族元素的一些反应是生成二、碳族元素的一些反应是生成CO三、三、Si和和SiO2的几个特殊化学性质的几个特殊化学性质四、硅虽不活泼但自然界中无单质存在四、硅虽不活泼但自然界中无单质存在五、硅酸以多种结构存在导致有多种形式的化五、硅酸以多种结构存在导致有多种形式的化 学式存在学式存在六、特殊的碳、硅的化合物的水解产物的判断六、特殊的碳、硅的化合物的水解产物的判断七、碳元素在有机物中一般不以化合价来分析七、碳元素在有机物中一般不