硅　无机非金属材料【知识精讲精研】 高考化学大一轮 复习课件（新教材）

新教材第五章非金属及其化合物第28讲硅无机非金属材料复习目标1.掌握Si元素的单质及其重要化合物的性质及应用。2.掌握无机非金属材料的性质和用途。内容索引考点一

碳族元素硅和二氧化硅考点二无机非金属材料专项突破归纳整合考点一

碳族元素硅和二氧化硅第IVA族——碳族元素第IVA族——碳族元素。元素有：C、Si

、

Ge、Sn、Pb、Fl1.碳族元素的结构特点和性质(1)原子结构特点:最外层均为4e-[难得e-，也难失e-，易形成共价键][判断]1.某原子难失电子，则一定易得电子()2.碳族元素形成化合物种类最多()3.碳族元素只存在单质和共价化合物中（）×√×例:有机物碳族元素易形成共价键，但同样可以存在离子化合物中，如CaC2、Na2CO3碳C硅Si锗Ge锡Sn铅Pb其价电子排布式为

。ns2np22)从它们在元素周期表的位置关系分析，它们金属性和非金属性的变化3)推断它们可能都有哪些化合价？4)推测它们最高价氧化物对应水化物的酸碱性强弱及氢化物的稳定性碳C硅Si锗Ge锡Sn铅Pb半导体材料><<非金属性减弱金属性增强+4-4+4、+2+4+2

-4酸性H2CO3>H2SiO3Ge(OH)4<Sn(OH)4<Pb(OH)4氢化物的稳定性CH4>SiH4碱性1.碳族元素的结构特点和性质[说明]碳族元素有+2、+4价,Pb以+2价为稳定,其余以+4价稳定。故:CO、SnCl2具有强还原性，PbO2具有强氧化性而CO2、SiO2在反应中不表现出氧化性,或只表现出弱的氧化性2Mg+CO2===

2MgO+C点燃SiO2+2C===Si+2CO↑高温已知：还原性Sn2+>Fe2+，氧化性PbO2>Cl2，试写出下列化学方程式：①氯气与锡共热：___________________②氯气与铅共热：___________________③PbO2浓盐酸共热__________________④能说明Sn2+还原性比Fe2+还原性强的离子方程式是

.

⑤把棕色的PbO2投入亚硫酸溶液中充分反应，可观察到把棕色的PbO2逐渐变成白色固体物质PbO2+H2SO3=PbSO4+H2OSn2++2Fe3+=Sn4++2Fe2+Sn+2Cl2==SnCl4Pb+Cl2==PbCl2PbO2+4HCl(浓)==PbCl2+Cl2↑+2H2O2.碳族元素单质的物理性质碳C硅Si锗Ge锡Sn铅Pb金刚石:无色透明固体石墨:灰黑色,导体C60:足球烯,分子晶体灰黑色半导体银灰色半导体银白色导体蓝白色导体1.科学家已发现的114号元素具有稳定的同位素，关于它的结构和性质预测，错误的是()A.它的原子最外层上有4个电子B.它的金属性比Pb强C.电解它的硝酸盐和硝酸铜的混合液时，先析出铜D.它的主要化合价为+2和+4价，且以+4价化合物最稳定D“类铅元素”2.下列气态氢化物最不稳定的是()PH3B.H2SC.HClD.SiH4D迁移应用3.下列关于碳族元素性质的叙述正确的是（）

①随原子序数的增加单质的熔点逐渐升高；②单质中硅的熔点最高；③单质均为无色晶体；④是由非金属向金属过渡的典型族；⑤碳族元素的价电子是4个,介于易失电子与易得电子的元素之间，故一般不易形成离子化合物；⑥碳族元素形成的化合物种类最多；⑦它们均以+4价为稳定价态；⑧从碳到铅,ⅣA族元素最高价氧化物对应水化物酸性逐渐增强。

A①②③

B④⑤⑥

C⑥⑦⑧

D①④⑦B迁移应用4.下列关于C、Si两种非金属元素的说法中，正确的是(

)A.两者结合形成的化合物是共价化合物B.在自然界中都能以游离态存在C.氢化物的热稳定性比较：CH4＜SiH4D.最高价氧化物都能与水反应生成相应的酸ASiC迁移应用5.GBO是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。若知：①在GBO中，锗处于其最高价态②在GBO中，铋的价态与铋跟氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8电子稳定结构③GBO可看作是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在GBO晶体的化学式中，这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空：(1)锗和铋的元素符号分别是

和

。

(2)GBO晶体的化学式是

。GeBi2Bi2O3•3GeO2或Bi4(GeO4)3+4价BiCl3+3迁移应用6.已知Fe3O4可以改写成“混合氧化物”形式:FeO·Fe2O3，

或者“盐的形式”:Fe(FeO2)2。请用类比的方法写出Pb3O4“混合氧化物”和“盐的形式”2PbO·PbO2Pb2(PbO4)又知：Fe3O4＋8HCl(浓)=FeCl2＋2FeCl3＋4H2O请写出Pb3O4与浓HCl反应的化学方程式(非氧化还原反应)(发生氧化还原反应)Pb3O4＋8HCl(浓)=3PbCl2＋Cl2↑＋4H2O迁移应用碳及其重要化合物C→

CO、CO2→H2CO3→

CO32-盐、HCO3-盐1.C单质的存在形态、物理性质及用途(1)元素的存在形态碳元素游离态化合态金刚石、石墨、无定形碳、炭黑、足球烯C60等CO、CO2、H2CO3、CaCO3、NaHCO3、CaC2等归纳整合2.碳单质存在形式:金刚石、石墨、无定形碳、足球烯[互为同素异形体]正四面体高大归纳整合②每个碳原子都采取____杂化;sp3③所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________.109°28'④晶体中最小的碳环由___个碳组成，

且_____同一平面内；6不在①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有

个4最小环为六元环109º28´⑤每个碳原子被

个六元环共用。12知识回顾:金刚石的结构最小环为六元环⑦在金刚石晶胞中占有的碳原子数____

88×1/8+6×1/2+4=8→12g金刚石含有___个C原子，含有____个C-C键NA2NA⑥晶体中每个C参与了

条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有

，故C原子与C—C键数之比为：

。1：(

)=1：2→即金刚石中，1molC平均拥有

mol

C—C键421/2知识回顾:金刚石的结构正六边形高小能金刚石：石

墨：用途切割刀具、装饰品等用作电极、铅笔芯、润滑剂等2.碳单质存在形式:金刚石、石墨、无定形碳、足球烯[互为同素异形体]归纳整合层内碳原子之间

范德华力混合型晶体未参与杂化的p轨道上电子可在层内运动层与层碳原子之间共价键有金属键的性质→既有共价键又有范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体，称为混合型晶体。形成大π键的p轨道构成σ键的sp2杂化轨道知识回顾:石墨的结构③1mol石墨(C)中含有____molC－C键

。

个C-C键。（混合型晶体）120o1.5每个环中，平均含有

个C原子，①石墨中C原子以sp2杂化；层内C－C之间夹角为____。②石墨晶体中最小环为

元环，6×1/3=26×1/2=3六④层平面内，C原子的配位数为3，共价键的键长很短，键能很大，石墨的熔点很高。知识回顾:石墨的结构正五正六2.碳单质存在形式:金刚石、石墨、无定形碳、足球烯[互为同素异形体]归纳整合C60分子结构示意图共价键非极性结构：60个碳原子构成球形，共32面体，

包括12个五边形，20个六边形。②每个碳原子只跟相邻的三个碳原子形成共价键.①笼状分子，固态时是分子晶体.下列对碳的同素异形体：金刚石、石墨和C60的说法中，正确的是﹙﹚A它们都是共价化合物B1mol金刚石和石墨都含有1molC－C键C在一定条件下与O2反应生成CO2D它们的熔点都很高C→C60：分子晶体熔点低→均为单质×CuO:

(冶炼金属)2.碳单质的化学性质(1)碳碳:

常温下，稳定。高温时，一般表现还原性。SiO2+2C===Si+2CO↑高温2CuO+C==2Cu+CO2↑与O2反应O2足量:O2不足:点燃C＋O2===CO2点燃2C＋O2===2CO与氧化物反应SiO2:

(制取粗硅)H2O:

(制取水煤气)C＋H2O(g)===CO+H2高温与强氧化性酸反应浓H2SO4:

浓HNO3:

C+2H2SO4(浓)==CO2↑+2SO2↑+2H2OC+4HNO3(浓)==CO2↑+4NO2↑+2H2O归纳整合硅及其重要化合物知识主线：Si→SiO2→H2SiO3、H4SiO4→

SiO32-盐一.Si单质硅元素①硅在地壳中含量第二，因有亲氧性，所以仅有化合态。②硅是构成岩石和矿物的主要成分。(主要以SiO2和硅酸盐形式存在)③单质Si：有晶体硅和无定形硅两大类归纳整合Si原子晶体硅:带有金属光泽，硬而脆的灰黑色固体,熔点高，硬度大，结构类似金刚石1、晶体硅的结构、性质归纳整合

常温下，能与F2、氢氟酸(HF)、强碱溶液反应Si

+

2F2

=

SiF4

Si

+

4HF

=

SiF4↑

+

2H2↑Si

+

2NaOH

+

H2O=Na2SiO3

+

2H2↑记住了2.硅单质的化学性质硅:

常温下，很稳定。高温时，一般表现还原性。

加热时,能与O2、Cl2、C等反应Si+O2

==SiO2Si

+

2Cl2

==

SiCl4(常温下为液体)Si

+

C

==

SiC（金刚砂）+4-4(将Si粉碎,在O2中燃烧)→共价晶体归纳整合粗硅2C+SiO2====Si+2CO↑高温问题:3C+SiO2===SiC+2CO↑高温该反应中，氧化剂:还原剂=

1:2还原剂过量Si

+

C

==

SiC3.硅的制备①粗硅的制取：工业上用焦炭还原石英砂碳化硅(俗名：金刚砂)若C过量：+4-4归纳整合②粗硅的提纯Si(粗)+3HCl====SiHCl3+H2300℃

SiHCl3+H2=====Si+3HCl1100℃(三氯硅烷)高纯硅还原剂+42C+SiO2====Si+2CO↑高温3.硅的制备①粗硅的制取：工业上用焦炭还原石英砂归纳整合4.晶体硅的用途④制铝合金、铁合金等多种合金电脑中央处理器（CPU）【硅太阳能电池】归纳整合例如：含硅元素4%的硅钢具有导磁性二、二氧化硅SiO21.

SiO2的存在石英玻璃光导纤维成分：SiO2水晶、石英、玛瑙、沙子、硅石、硅藻土、脉石等主要成分都是SiO2沙子玛瑙石英水晶(SiO2)归纳整合2.­SiO2晶体结构­SiO2是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α-­SiO2)。低温石英晶体的空间结构模型其结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构。→这一结构决定了它具有手性，被广泛用作压电材料，如石英手表。归纳整合[SiO4]正四面体封闭的环状结构SiO2晶体二氧化硅晶胞结构2.­SiO2晶体结构①每个Si原子都采取

杂化和

个O原子形成

个Si—O键.SP344②没有单个SiO2分子存在，只存在硅、氧原子,Si:O比例:

.1:2每个Si周围结合

个O；每个O周围结合

个Si42③最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。④1molSiO2中含

mol

Si—O键4封闭的环状结构SiO2晶体2.­SiO2晶体结构归纳整合3.二氧化硅的性质⑴酸性氧化物：但是不溶于水，也不与水反应与碱性氧化物化合：

与碱反应：(3)特殊性：与HF反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（氢氟酸用于雕刻玻璃）SiO2+2C===Si+2CO↑高温SiO2+Na2O===Na2SiO3高温SiO2+CaO===CaSiO3高温与盐反应：SiO2＋Na2CO3===Na2SiO3＋CO2↑

高温SiO2＋CaCO3===CaSiO3＋CO2↑

高温SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(2)弱氧化性：制备普通玻璃归纳整合(1)不能依据反应2C＋SiO2====Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3====Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。高温高温(3)SiO2虽然能与NaOH溶液、HF溶液反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物，但与水不能直接反应。(2)氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。注意几个问题：石英研钵石英坩埚石英玻璃仪器精美瓷器4.二氧化硅的用途4.二氧化硅的用途（1）建筑材料（2）制作首饰与工艺品（水晶、玛瑙）（3）制作光学仪器（石英玻璃、石英坩埚）（4）制造光导纤维【对比】硅单质的用途1、半导体材料—硅芯片、硅整流器、集成电路等2、光太阳能电池3、制备合金★总结提升

含硅化合物的特殊性记住了(4)水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；

珍珠的主要成分是CaCO3；

钻石是金刚石；

红、蓝宝石的主要成分是Al2O3。(3)不要混淆二氧化硅和硅的用途

用于制作光导纤维的是SiO2，

用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。(2)酸性氧化物一般不与酸作用，

但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(1)SiO2是H2SiO3的酸性氧化物，

但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。补充一：硅酸（H2SiO3）（1）制备：硅酸盐+酸无色透明溶胶Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaClNa2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3(胶体)+Na2CO3硅酸在水中易聚合形成胶体H2SiO3

硅酸凝胶硅酸干凝胶“硅胶”逐渐聚合干燥脱水硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作干燥剂，也可以用作催化剂的载体。→→硅胶归纳整合（2）硅酸的化学性质②不稳定(比H2CO3稳定)，受热易分解∆H2SiO3==H2O+SiO2①弱酸性

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3

+2H2O硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊溶液变红色。硅酸

H2SiO3原硅酸:H4SiO4H4SiO4=H2SiO3＋H2O归纳整合回顾：怎样由SiO2制取H2SiO3？Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓或Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O反应原理：较强酸制较弱酸讨论：将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④B．②④C．①②③D．②③B√√补充二、硅酸盐1、存在：地壳岩石的主要成分硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。

斜长NaAlSi3O8正长石KAlSi3O8透辉石CaMgSi2O6高岭石Al2(Si2O5)(OH)4绿柱石

Ba3Al2Si6O18

多数硅酸盐结构复杂、种类繁多2.概念：是构成地壳岩石的主要成分。硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐统称为硅酸盐由硅、氧、氢和金属元素等组成绝大多数不溶于水。(碱金属硅酸盐除外)补充二、硅酸盐硅酸钠(Na2SiO3)是少数

于水的硅酸盐，为白色晶体，其水溶液呈

性，故其水溶液俗称

,固体称为

。易溶水玻璃泡花碱碱硅酸钠溶液用途：木材等防火剂、肥皂填料及黏胶剂(矿物胶)补充二、硅酸盐(用离子方程式表示原因)

SiO32-

+2H2OH2SiO3+2OH-

与盐酸反应：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+2HCl+H2O=2NaCl+H4SiO4↓3、硅酸盐的表示方法

①化学式法：②氧化物法：硅酸钠：Na2SiO3硅酸钙：CaSiO3硅酸钠：硅酸钙：沸石：沸石：Na2A12(SiO3)2(OH)4粘土(高岭石)：Al2(Si2O5)(OH)4粘土：原则:活泼金属氧化物·较不活泼金属氧化物·xSiO2

·nH2ONa2O·

SiO2CaO·SiO2Al2O3

·

2SiO2·2H2ONa2O

·Al2O3

·

2SiO2·2H2O正长石KAlSi3O8K2O·Al2O3·

6SiO2Ⅰ.氧化物之间以“·”隔开；Ⅱ.系数配置出现分数应化为整数。1.将下列硅酸盐用“氧化物形式”表示:Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O钾云母(KH2Al3Si3O12):K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O石棉：Na2Fe5Si8O22(OH)2[注意:元素化合价不变]+2+3[注意:原子个数比例不变]①书写原则:活泼金属氧化物·较不活泼金属氧化物·xSiO2

·nH2O(含同种金属不同价态时:低价金属氧化物∙高价金属氧化物)②各元素的化合价保持不变，各元素原子个数比例不变。2.镁橄榄石(2MgO·SiO2)中阴离子是(

)A．SiO44-B．SiO64-C．SiO32-D．SiO54-A3.《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜。近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(

)A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2B．性质稳定，不易脱色C．易溶解于强酸和强碱D．x等于6C4.仿照硅酸盐改写成氧化物的形式,将下列物质改写成氧化物形式。HNO3H2SO4HCOOHN2O5∙H2OSO3∙H2OCO∙H2O[注意:原子个数比例不变，化合价不变]5.已知一定条件下，Fe在Cl2中燃烧可生成Fe3Cl8，可以写出FeCl2∙2FeCl3,那么，类似地，I2和Fe在一定条件下可得到Fe3I8，则可看成

。3FeI2∙I2专项突破归纳整合考点二无机非金属材料(1)高温结构陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。(2)碳纳米材料:富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。(3)特殊功能的含硅材料材料金属材料无机非金属材料有机高分子材料:铜、铁、铝等及各种合金。传统无机非金属材料新型无机非金属材料:水泥、玻璃、陶瓷[光导纤维(SiO2)]天然高分子：合成高分子：淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶等塑料、合成纤维、合成橡胶、粘合剂、涂料等知识回顾:材料的分类归纳整合①主要原料：②主要设备：1.水泥④反应原理：⑤主要成分：⑥特性：石灰石，黏土，辅料(石膏CaSO4•2H2O)等水泥回转窑③生产过程：硅酸三钙(3CaO•SiO2)

硅酸二钙(2CaO•SiO2)铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等复杂的物理的、化学的变化原料研磨混合

煅烧(回转窑)成品加入石膏生料熟料水泥具有水硬性调节水泥的硬化速度⑦主要用途:建筑、修路。如:水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土。一.传统无机非金属材料(又称为硅酸盐材料)生产过程：原料研磨混合

煅烧(回转窑)成品加入石膏生料熟料用途：水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程①主要原料：②主要设备：④反应原理：⑤普通玻璃的成分：⑥主要特性：纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)玻璃窑③生产过程：原料粉碎，玻璃窑中强热，成型冷却Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高温CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高温Na2SiO3、CaSiO3、SiO2玻璃态物质没有固定的熔点，可在一定温度范围内软化化性：性质稳定，但易被氢氟酸和强碱腐蚀[或者Na2O·CaO·6SiO2]2.玻璃一.传统无机非金属材料(又称为硅酸盐材料)【资料卡片】生产中采用不同的原料和工艺，可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。例如，①用含有铅的原料制造的光学玻璃，透光性好，折射率高，可以用来制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜；②加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，可用于实验室使用的玻璃仪器；③加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃，常用于建筑和装饰。含铅的光学玻璃加入硼酸盐的玻璃仪器加入金属氧化物或盐的彩色玻璃玻璃的用途：建筑材料、光学仪器、各种器皿、还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料①主要原料：②传统制作过程：了解：陶都→江苏宜兴市江西景德镇黏土(主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O,铝硅酸盐)混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷器一.传统无机非金属材料(又称为硅酸盐材料)