无机非金属材料的主角硅

无机非金属材料的主角硅第一页，共四十一页，2022年，8月28日一、碳和硅1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途(1)碳在自然界既有_____态又有____态。碳的同素异形

体有______、____、无定形碳、____等。(2)硅在地壳中的含量占第二位，仅次于__，全部以____态存在，是一种亲__元素，单质硅有____和____

__两种。晶体硅是良好的______材料，在计算机等电

子工业，可用作__________、大规模_________等。硅

是人类将____能转化为__能的常用材料，所以硅还用

于制造______。游离化合金刚石石墨C60氧化合氧晶体无定形半导体半导体芯片集成电路太阳电光电池第二页，共四十一页，2022年，8月28日C、Si的化学性质(1)碳单质的化学性质常温下__(填“不”或“很”)活泼，在高温条件下有强______。①可燃性：____________________________________。②还原性a．与Fe2O3反应的化学方程式：___________________________；b．与CO2反应的化学方程式：____________________；c．与水蒸气反应的化学方程式：______________________；d．与浓H2SO4反应的化学方程式：_________________________________________。2．还原性不第三页，共四十一页，2022年，8月28日(2)硅单质的化学性质常温下化学性质不活泼，但能与___、____、____反应。①与氢氟酸反应的化学方程式：______________________。②与烧碱反应的离子方程式：_____________________________。③加热时与O2、Cl2等非金属单质反应，其化学方程式为：___________________________________。F2HF强碱Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑第四页，共四十一页，2022年，8月28日

为什么不用带玻璃塞的玻璃瓶保存碱液？提示

因玻璃中含有SiO2，能与碱性溶液中OH－发生反应而生成硅酸盐，故盛放碱性溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞。其反应的离子方程式为：SiO2＋2OH－===＋H2O。但由于反应极慢，因而盛放碱液仍可用玻璃瓶，只是瓶塞应用橡皮塞或软木塞。第五页，共四十一页，2022年，8月28日二、硅酸、硅酸盐1．硅酸：硅酸的性质硅酸__溶于水，其酸性比碳酸__，硅酸____(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。(1)硅酸不稳定，受热易分解：_____________________。(2)硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学

方程式：_________________________________。(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力

强，常用作______。不弱不能H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O干燥剂第六页，共四十一页，2022年，8月28日硅酸钠(1)物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称______，有黏性。(2)化学性质①水解显__性。②与酸性比硅酸强的酸反应。与盐酸反应：_________________________________。与CO2水溶液反应：_______________________________________。(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。2．水玻璃碱Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3第七页，共四十一页，2022年，8月28日硅酸盐(1)概念：由硅、_______________________________的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成__________，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成______________________。3．由硅、氧和金属元素组成的化合物Na2O·SiO2K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O第八页，共四十一页，2022年，8月28日

能否依据Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？提示不能。因为酸盐互化关系：强酸＋弱酸盐===强酸盐＋弱酸，仅适用于常温下水溶液中进行的反应，而该反应是在高温且干态下进行，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因，因CO2为气体，及时离开反应体系，使化学反应得以向右进行。第九页，共四十一页，2022年，8月28日三、无机非金属材料1．传统无机非金属材料(1)普通玻璃主要原料：____________________；主要成分：________________________。(2)普通硅酸盐水泥主要原料：____________；主要成分(写出名称和化学

式)______________________________________________________________。2．特殊功能的含硅物质(1)______具有金刚石结构，可用作磨料。(2)含硅元素4%的硅钢具有_____性。(3)硅橡胶具有__________________的性质。纯碱、石灰石、石英Na2SiO3、CaSiO3、SiO2石灰石、黏土硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)碳化硅导磁既耐高温又耐低温第十页，共四十一页，2022年，8月28日五种溶液通入过量CO2后溶液仍浑浊，符合条件的五种溶液是：①Na2SiO3溶液；②NaAlO2溶液；④饱和的Na2CO3溶液；⑤饱和NaCl的氨溶液(侯氏制碱原理)。第十一页，共四十一页，2022年，8月28日一种技巧SO2和CO2都可以使澄清石灰水先变浑浊后变澄清，所以当SO2和CO2同时存在时，要想证明CO2的存在，应先将SO2除去再通入澄清石灰水中。第十二页，共四十一页，2022年，8月28日我的警示CO2、SO2、SiO2均为酸性氧化物，但SiO2不能与水直接化合生成H2SiO3；SiO2先转化为硅酸盐，才能进一步转化为硅酸。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl图示闪记第十三页，共四十一页，2022年，8月28日碳、硅元素单质及其化合物的特性(1)一般情况，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。(2)一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。碳、硅及其化合物的特征及应用1．第十四页，共四十一页，2022年，8月28日(3)一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳却还原出比它更强的还原剂：SiO2＋2C

(4)非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化剂又作还原剂，而Si与碱溶液反应却只作还原剂。Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。(5)一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(6)一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐)。Si＋2CO↑，FeO＋CFe＋CO↑。第十五页，共四十一页，2022年，8月28日(7)无机酸一般能溶于水，而H2SiO3及H4SiO4却难溶于水。(8)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发生(CO2离开反应体系)。(9)一般情况，非常活泼的金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢，但C＋H2O(g)CO＋H2。(10)一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2O

H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。第十六页，共四十一页，2022年，8月28日硅与铝的相似性及区别(1)相似性①Si、Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2。②SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3[Al(OH)3]均与NaOH溶液反应生成盐和水。③Na2SiO3、NaAlO2溶液通入过量CO2均生成白色沉淀。(2)区别①除氢氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不与其它酸反应。②Al2O3、Al(OH)3属两性化合物。③Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液与过量盐酸反应时现象不同。2．第十七页，共四十一页，2022年，8月28日 (2011·临汾月考)下列叙述正确的是 (

)。B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅

的物理性质相似C．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二

氧化硅是两性氧化物D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不

能与水反应生成硅酸【典例1】►第十八页，共四十一页，2022年，8月28日解析根据酸盐之间复分解反应进行的方向判断酸性强弱一般是在常温湿态下适用，在高温干态下不适用，事实是碳酸酸性比硅酸强，故A项错误；CO2和SiO2的结构不同，在物理性质方面有很大的差异，故B项错误；SiO2与氢氟酸反应，不属于酸性氧化物与酸的一般反应，在此反应中SiO2没有表现碱性，故C项错误；SiO2虽属于酸性氧化物，但不能直接与H2O反应生成H2SiO3，D项正确。答案

D第十九页，共四十一页，2022年，8月28日 (2012·原创)下列说法正确的是 (

)。A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与

任何酸反应C．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D．晶体硅常被用来制造光导纤维【应用1】►第二十页，共四十一页，2022年，8月28日答案

C第二十一页，共四十一页，2022年，8月28日 (2012·安庆质检)从石英砂制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：关于上述反应的分析不正确的是 (

)。A．①、③是置换反应，②是化合反应B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C．任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mole－D．高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合

可得高纯硅解析此三步反应按照顺序进行，才可制得高纯硅，故选D。答案

D【应用2】►第二十二页，共四十一页，2022年，8月28日硅与二氧化硅都是原子晶体，其结构模型可由金刚石的结构类推，如果将金刚石结构中的碳原子全部用硅原子代换，则为硅晶体；在硅晶体中，每两个硅原子之间夹一个氧原子，即为二氧化硅。由于键长：Si—Si＞Si—C＞C—C，所以，其硬度和熔、沸点：硅晶体＜碳化硅＜金刚石。注意

二氧化硅的熔、沸点比硅高。硅和二氧化硅的结构比较第二十三页，共四十一页，2022年，8月28日 (2012·苏州模拟)1molSiO2晶体中含有Si—O共价键的物质的量是(

)。A．1molB．2molC．3molD．4mol思路点拨

1.金刚石与晶体硅的结构相似，它们都是以4个共价键形成的正四面体空间网状结构，键角均为109°28′。[SiO4]正四面体结构

【典例2】►O—Si—O夹角为109°28′，每个O原子又同时连接2个硅原子。第二十四页，共四十一页，2022年，8月28日解析

1molSiO2中含有4mol共价键。在SiO2晶体中，是由许多个[SiO4]四面体组成的。每个Si原子周围结合着4个O原子，同时每个O原子又与两个Si原子结合，如：每个正四面体均以Si原子为中心，包括4个Si—O键。答案

D第二十五页，共四十一页，2022年，8月28日 1mol晶体硅中含有Si—Si键的数目是(设阿伏加德罗常数为NA) (

)。A．0.5NA B．NA C．2NA D．4NA解析晶体硅结构与金刚石相似，每个硅原子与另外4个硅原子相连，Si—Si键夹角109°28′。其中在计数时，每个Si—Si键数过2次，总数应减半。答案

C【应用3】►第二十六页，共四十一页，2022年，8月28日硅酸盐材料硅酸盐工业：以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等。常见新型无机非金属材料(1)高温结构陶瓷①结构材料：是指利用强度、硬度、韧性等机械性能制成的各种材料，如金属单质及合金等。无机非金属材料1．2．第二十七页，共四十一页，2022年，8月28日②高温结构陶瓷的性能：高温结构陶瓷既具有传统意义上的陶瓷的优点，又弥补了金属材料的缺点，其特点是：能经受高温、耐氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度较小等。③高温结构陶瓷的品种：已得到广泛使用的有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等。④用途：Al2O3陶瓷(人造刚玉)用作耐火材料、球磨机、高压钠灯管等。Si3N4陶瓷用作机械构件、柴油机等。第二十八页，共四十一页，2022年，8月28日(2)光导纤维①光导纤维简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤维。②导光原理是利用光纤材料具有较大的折射率，可在其中传导而少损耗的性质。③通信优点有传输信息量大、抗干扰性能好、不辐射、防窃听、不怕腐蚀、铺设方便等。④用途：光纤广泛用于通讯业、医疗、信息处理、传能传像、遥控、照明等。第二十九页，共四十一页，2022年，8月28日 (2012·盐城模拟)世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是 (

)。A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B．玻璃在加热熔化时没有固定的熔点C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧

碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起解析制普通玻璃的原料主要有石灰石、纯碱和石英，A项不正确；普通玻璃是混合物，没有固定的熔点，B正确。答案

A【典例3】►第三十页，共四十一页，2022年，8月28日

石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如右图所示)，可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正确的是(

)。A．石墨烯与石墨互为同位素B．0.12g石墨烯中含6.02×1022个碳原子C．石墨烯是一种有机物D．石墨烯中碳原子间以共价键结合解析

A项，石墨烯和石墨是同素异形体；B项，0.12g石墨烯物质的量为0.01mol，含6.02×1021个原子；C项错。答案

D【典例4】►第三十一页，共四十一页，2022年，8月28日碳和硅的知识属于常考点，尤其是硅及其化合物的性质应用有渐热的趋势，随着新能源，新材料，新工艺的应用，高考将对碳和硅的化合物性质及实验进行重点考查，以选择题为基础，以化工题为提高题型，预计2013年将有多种考查方式出现。单击此处进入高考揭秘►►名师偈语第三十二页，共四十一页，2022年，8月28日高纯硅在科技进步、信息革命、新能源研究等方面起到了至关重要的作用。在各类考试中，有关高纯硅的制取问题，一直是命题的热点。【探究实例】硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：第三十三页，共四十一页，2022年，8月28日①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式________________________________________________________。②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式__________________________________________________________________________________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是____________________________________________________。第三十四页，共四十一页，2022年，8月28日(2)下列有关硅材料的说法正确的是________(填字母)。A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光

导纤维D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点

很高E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予解释。第三十五页，共四十一页，2022年，8月28日解析

(1)①根据原子守恒即质量守恒可以写出SiHCl3与H2反应的化学方程式。②SiHCl3和H2O剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，分析它们化合价的变化可知，，而Cl的化合价未发生变化，因此另一种元素即H元素的化合价必定降低，即另一种物质是H2。(2)碳化硅、氮化硅为原子晶体，A、B和C都正确。玻璃是一种玻璃态物质，无固定的熔点。盐酸不能与硅反应，而HCl在573K以上的温度下可与硅发生反应。因此D、E都不正确。

第三十六页，共四十一页，2022年，8月28日答案

(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3(2)ABC(3)现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气味气体生成；解释：Na2SiO3和NH4Cl均能够水解，两者相互促进，Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4Cl水解产生NH3。1357K第三十七页，共四十一页，2022年，8月28日【探究应用】在工业中利用镁制取硅：2Mg＋SiO22MgO＋Si，同时有副反应发生：2Mg＋SiMg2Si，Mg2Si