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1、用心 爱心 专心习1第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物 第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅教学重点教学重点：SiO2的性质 教学难点：教学难点：SiO2的结构、硅酸盐的组成知知识识梳梳理理在地壳里，硅的含量在所有元素中居第次于氧全部以 态存在。硅元素位于元素周期表中的第周期，族：其原子结构示意图：。一、二氧化硅及硅酸1、二氧化硅(1)物理性质:二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅，SiO2不溶于水，熔点、硬度。水晶、石英是二氧化硅晶体。(2)结构:二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的，晶体中硅原子和氧原于的个数比为，Si02晶体的平面
2、结构图：(3)二氧化硅出化学性质酸性氧化物的性质:Si02是酸性氧化物，是 的酸酑，于水。常温下Si02与NaOH溶液反应得到硅酸钠(Na2SiO3)，反应的化学方程式为：。高温下Si02能和碱性氧化物(如CaO)反应生成硅酸盐，反应的化学方程式为：。常温下，SiO2能与氢氟酸(HF)反应，此反应常用于刻蚀玻璃，反应的化学方程式为：。二氧化硅的弱氧化性:Si02高温下与C作用可制取粗硅，反应的化学方程式为：。(4)二氧化硅的用途 :Si02是制造光导纤维的主要原料。Si02常被用来制造石英表中的压电材料(3)Si02用于制造各种玻璃制品。思考思考:(1)实验室为什么不用带玻璃塞的试剂瓶盛放Na
3、OH溶液?应用什么样的塞子?(2)Si02不溶于水，如何由Si02制取H2SiO3?2、硅酸(1)硅酸(H2Si03)硅酸不溶于水，其酸性比碳酸的酸性。(2)硅酸钠(Na2Si03): Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂。往Na2SiO3溶液中用心 爱心 专心习2通人CO2，能制得硅酸，反应的化学方程式：。二、硅酸盐1、硅酸盐制品性质稳定、熔点较高，大都难溶于水，(1)硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。表示顺序为：活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。例如：硅酸钠(Na2Si03)改写为氧化物形式为：；钠长石： (NaAlSi308)改写为氧化物形式为。(2)玻
4、璃生产原料：。生产设备：。生产过程：把原料粉碎并按适当比例混合后，放人玻璃熔炉中加热、熔化，冷却后得到普通玻璃。主要的化学反应有：。 主要成分：普通玻璃是Na2Si03、CaSi03和SiO2在一起的混合物。重要性质：玻璃在常温下呈固态，没有固定的熔点，受热在一定温度范围内逐渐软化。玻璃的种类：铅玻璃(用于制光学仪器)；有色玻璃蓝色钴玻璃(Co202)、红色玻璃(Cu2O)；钢化玻璃(用于汽车车窗)： (3)水泥：水泥是重要的建筑材料，其主要成分是，水泥具有性。(4)陶瓷：陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料，高温结构陶瓷，如氮化硅(Si3N4)陶瓷，碳化硅(SiC)陶瓷等。生物陶瓷：如氧化铝陶
5、瓷(A1203)，氧化锆陶瓷(Zr02) 等； 压电陶瓷：以钛酸钡(BaTi03)和钛酸铅(PbTi03)为主要成分。三、硅单质1、硅的物理性质单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是色、有光泽、脆而硬的固体，是良好的材料。2硅的化学性质(1)常温下硅的化学性质稳定，但能和氟(HF)、强碱(NaOH)发生反应。硅和氟气反应生成四氟化硅气体，化学方程式为：。硅和氢氟酸反应生成四氟化硅，放出学方程式为：。硅与NaOH溶液作用生成硅酸钠，反应的化学方程式为：。(2)在加热条件下，硅能和某些非金属单质发生反应。硅与氧气在加热时反应生成二氧化硅程式为：。硅和C12在加热条件下反应生成四氯的化学方程式为：。
6、3硅的制取：自然界中没有游离态的硅，常见的化合态的硅有和等。工业上，用心 爱心 专心习3用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。反应的化学方程式：。在该反应中，氧化荆是，还原剂。4硅主要的用途：硅可以用来制造、等。四、小结：比较SiO2、CO2在物理化学性质上异同。二氧化碳二氧化硅状态溶解性与 NaOH 反应与酸反应(HF)CO2通入水玻璃SiO2与 Na2CO3高温下反应疑难点拨疑难点拨一、一、 硅及其化合物的有哪些特性？硅及其化合物的有哪些特性？1.Si 的还原性大于 C，但 C 却能在高温下还原出 Si：SiO2+2C=Si+2CO2.非金属与碱反应一般无氢气放出，但 Si 可
7、以：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H23.非金属单质一般不与无氧酸反应 ，但 Si 可以与 HF 作用：Si+4HF=SiF4+2H24.非金属单质一般为非导体，但 Si 可以作为半导体。5.SiO2是硅酸的酸酐，但不溶于水，不能直接与水作用生成硅酸。6.非金属的氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点很高，原因是它为原子晶体。7.酸性氧化物一般不与酸反应，但 SiO2可以与 HF 酸作用： SiO2+4HF=SiF4+2H2O8.硅酸不溶于水。二、为什么玻璃没有固定的熔点？二、为什么玻璃没有固定的熔点？有规则空间排列的晶体是有固定熔点的。玻璃是一种玻璃态物质，玻璃态是介于结晶态与
8、无定形之间的一种物质状态。它的结构特点是：它的粒子不象晶体那样有严格的空间排列，但又不象无定形那样无规则排列。人们把玻璃态的这种结构特征称为“短程有序而远程无序”。即从小范围来看，它有一定的晶体排列，但从整体上看，却像无定形物质那样无晶形的排列规律。所以，玻璃态物质没有固定的熔点，而是在一定的温度范围内逐渐软化而变化为液态。三、玻璃瓶塞会跟三、玻璃瓶塞会跟 NaOHNaOH 等碱性溶液反应，为什么等碱性溶液反应，为什么 NaOHNaOH 溶液还能用玻璃瓶盛装？溶液还能用玻璃瓶盛装？由于玻璃不是简单的 Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2机械混合物,它们相互结合为多聚硅酸的长链,金属阳离
9、子处于无规则的多聚硅酸的长链包围之中。所以玻璃中的 Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2不是独立存在的，即玻璃中 SiO2与一般所说的是有区别的。瓶口内侧与瓶塞都是经过磨砂处理的，表面粗糙，造成碱性的液体容易滞留，并且水分蒸发，碱液浓用心 爱心 专心习4度增大，促使二者更易反应。其他部位因表面光滑而难于反应。由于从组成和结构上看多聚硅酸的长链与 SiO2相似，所以通常把玻璃跟 NaOH 等碱性溶液反应简单地看成 SiO2与碱溶液的反应。四、二氧化硅与碳酸钠和碳酸钙反应的原因四、二氧化硅与碳酸钠和碳酸钙反应的原因？玻璃工业生产的主要原理是在强热的条件下发生：Na2CO3 + SiO2 =
10、 Na2SiO3 + CO2 ，CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2 上述反应都是在高温条件下进行的，有利于二氧化碳从体系中挥发出来，而二氧化硅不行，所以反应可以进行。符合难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理。所以上述反应不与“Na2SiO3 + CO2+H2O= Na2CO3+ H2SiO3”矛盾，因为后者是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理。五、怎样用氧化物来表示硅酸盐？五、怎样用氧化物来表示硅酸盐？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，氧化物前系数的确定：除氧元素外，其他的元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。注意事项：氧化物之间用“”隔开；系数
11、配置出现分数应化为整数。如：正长石 KAlSi3O8要写成K2OAl2O36SiO2形式。六、碳族元素化合价有哪些特点？六、碳族元素化合价有哪些特点？碳族元素主要化合价为+2 和+4，非金属元素还有-4 价。其中 Pb+2 价稳定；其余的+4价稳定。典例剖析典例剖析【例例 1】1】向下列物质的浓溶液中缓慢地通入过量 CO2气体，整个过程中无明显现象的是 A水玻璃 B苯酚钠 C漂白粉 D饱和碳酸钠 E氯化钙解析：解析： CO2溶于水生成碳酸，碳酸的酸性比盐酸弱，而比硅酸、次氯酸、苯酚强。根据酸与盐反应的规律（弱酸不能制强酸），过量 CO2通入硅酸钠溶液中有白色沉淀 H2SiO3生成，CO2通入苯
12、酚钠溶液中会生成苯酚浊液；CO2通入次氯酸钙溶液过程中会生成碳酸钙白色沉淀，CO2过量最终沉淀会消失；过量 CO2通入饱和碳酸钠溶液会生成碳酸氢钠，碳酸氢钠溶解度比碳酸钠溶解度小而结晶析出；CO2通入氯化钙溶液无明显现象。 答案答案：E。规律总结：规律总结： 此题易出错的地方有三个：CO2通入氯化钙溶液无明显现象；题干中CO2是过量的；碳酸氢钠因溶解度小而结晶析出。【例例 2】2】将足量 CO2通人 KOH 和 Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入 CO2体积（y）的关系正确的是A B C D用心 爱心 专心习5解析：解析：CO2通入 KOH 和 Ca(OH)2的混合溶
13、液中，首先发生反应CO2+2OH+Ca2=CaCO3+H2O，此段时间内随着 CO2的不断通入，沉淀量逐渐增加；等Ca(OH)2反应完，溶液中还剩余 OH，再通 CO2，即发生反应：CO2+2KOH=K2CO3+H2O，此段时间内，随着 CO2的不断通入，沉淀量保持不变; 等 KOH 反应完，继续通 CO2，即发生反应：CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2，沉淀量逐渐减少，一直到沉淀完全溶解。D 图象符合题意。实际上这里还有一个定量关系：完全生成碳酸钙沉淀所需的 CO2的体积和使碳酸钙沉淀完全溶解所需的 CO2的体积相等。答案答案：D。 规律总结：规律总结：遇到通入气体沉淀又溶解的这
14、类题，首先联想到碳酸盐，亚硫酸盐转化为酸式盐，当全部转化为正盐时，如有 OH，则应把 OH中和完毕，酸式盐再转化为正盐。【例例 3】3】Fe3O4若看作“混合氧化物”时可写成 FeOFe2O3，若看作一种盐时又可写成 Fe(FeO2)2根据化合价规则和这种书写方法，Pb3O4可以分别写成_和_。解析解析: Fe 元素有2、3 价，Fe3O4中有 1/3Fe 元素为2 价，2/3Fe 元素为3价与 Fe 元素不同，铅是2 价、4 价按化合价规则及题中要求的写法(即低价在前，高价在后，且高价元素形成酸根)，故 Pb3O4应改写为下列两种形式 2PbOPbO2和Pb2PbO4。【例例 4】4】 草酸
15、晶体与浓硫酸共热可制得 CO，其化学方程式如下：H2C2O4 CO+CO2+H2O，现利用该反应制取 CO 气体，要求：a验证 CO 还原性及其氧化产物。b剩余气体 CO 不能排入大气中，并回答有关问题：（1）试从图中选用几种装置（有些可重复使用）连接成一套实验装置，所选用的装置及连接顺序为 。（2）用简洁的文字说明所选的装置，如何达到上述两要求：a ；b 。（3）在装置 C 中的化学反应方程式为 。（4）本实验有四个酒精灯 A、B、C、H，正确操作时点燃酒精灯的顺序是 ；试简单说明理由； 。熄灭酒精灯的顺序是 ；试简单说明理由：。（5）用有效气体还原 0.40g将生成的气体通入过量澄清石灰水中，生成 0.75g白
