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1、第四章 常见的非金属及其化合物第1讲讲 无机非金属材料的主角硅基础盘础盘 点一、碳、硅自我诊断1.有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,关于其有利因素的下列说法中,你认为不妥的是 ( )A.硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B.自然界中存在大量的单质硅C.硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制D.自然界的硅易开采，且可再生解析 硅在自然界中主要是以化合物的形式存在，硅的含量在地壳中之所以多,是因为为沙石的主要成分是二氧化硅。答案 B基础回归1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途（1）碳在自然
2、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 位，仅次于 ，全部以 态存在，是一种亲 元素,单质硅有和 形两种。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C60二氧 化合氧晶体无定半导体半导体芯片集成电路太阳电光电池2.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 性。可燃性：2C+O2 2CO、C+O2 CO2。 还原性a.与Fe2O3反应的化学方程式：3C+2Fe2O34Fe+3CO2;b.与CO2反应的化学
3、方程式：C+CO2 2CO;c.与水蒸气反应的化学方程式:C+H2O(g) CO+H2;d.与浓H2SO4反应的化学方程式： C+2H2SO4(浓) CO2+2SO2+2H2O。不还原（2）硅单质的化学性质常温下化学性质不活泼,但能与 、 、 反应。与氢氟酸反应的化学方程式：Si+4HF SiF4+2H2。与烧碱反应的离子方程式：Si+2OH-+H2O SiO +2H2。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+O2 SiO2；Si+2Cl2 SiCl4二、碳、硅的氧化物自我诊断2.下列关于SiO2和CO2的叙述中，不正确的是（ ）A.都是共价化合物B.都是酸
4、性氧化物，都能与强碱溶液反应，但不能与任何酸反应C.都能溶于水且与水反应生成相应的酸D.SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨E.CO2通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸F.根据反应SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2可推知硅酸酸性比碳酸强BCF基础回归1.碳的氧化物比较分子式COCO2分子极性极性分子 分子氧化物类类型不成盐盐氧化物 氧化物工业业制法（原理）水煤气：非极性酸性C+H2O(g)CO+H2CaCO3 CaO+CO2化学性质质可燃性：还还原性（如还还原 Fe2O3）:具备备酸性氧化物 的通性 与Na2O2反应应：与Mg反应应：毒性毒，能与人体内血红红蛋白结结合,使人体因缺氧而
5、中毒无毒，是造成效应应的主要气体2CO+O2 2CO23CO+Fe2O32Fe+3C O22Na2O2+2CO22Na2CO3+O22Mg+CO2 2MgO+C剧温室2.二氧化硅与二氧化碳的性质比较二氧化碳和二氧化硅都是酸性氧化物，其结构和主要性质可比较如下：物质质二氧化硅二氧化碳化学式SiO2CO2主要物理 性质质硬度 ，熔、沸 点 ，常温下为为 固体， 溶于水熔、沸点 ，常温下为为 气体， 溶于水大 高 不低微化学性质质与水反应应不反应应与酸反应应SiO2+4HF不反应应与碱反应应盛碱液的试剂试剂 瓶用 塞CO2+H2O H2CO3SiF4+2H2OSiO2+2NaOHNa2SiO3+H2
6、O；橡胶CO2+2NaOHNa2CO3+H2OCO2+NaOH NaHCO3或化学性质质与盐盐反应应SiO2+Na2CO3；SiO2的 性Ca(ClO)2+CO2+H2O；CO2+Na2CO3+H2O与碱性氧化物反应应SiO2+CaOCO2+CaO Na2SiO3+CO2难挥发CaCO3+2HClO2NaHCO3CaSiO3 CaCO3三、硅酸、硅酸盐盐自我诊断3.从下面所给的四个词中选出一个与陶瓷、玻璃、水泥同类的是 （ ）A.光导纤维 B.有机玻璃 C.人造纤维 D.砖瓦解析 从题题干所给给的信息：陶瓷属于硅酸盐盐，也属于传统传统 无机非金属材料，玻璃和水泥属于硅酸盐盐,很明显显,另一物质
7、质必须须属于硅酸盐盐才能使其归纳归纳在一起，由此不难难得出选项选项 D是正确的。A的主要成分SiO2,不属于硅酸盐盐；有机玻璃和人造纤维纤维都属于有机物，不符合题题意；砖砖瓦是陶瓷器中的土器，属于硅酸盐盐。D4.北京2008年奥运金牌“金镶玉”环形玉壁由昆仑玉制成,昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2,则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为（ ）A.CaOMgOSiO2H2OB.2CaO5MgO8SiO2H2OC.2CaOMgOSiO22H2OD.5CaO2MgO8SiO2H2O解析 根据硅酸盐盐改写成氧化物的要求和元素守恒,昆仑仑玉的氧化物形式为为2CaO5MgO8S
8、iO2H2O。B基础回归1.硅酸（1）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。硅酸不稳定,受热易分解: 。硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为： 。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 SiO2+H2OH2SiO3+2NaOH Na2SiO3+2H2O干燥剂2.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）化学性质水解显 性。与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：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。水玻璃碱
9、Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3+Na2CO33.硅酸盐（1）概念： 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。由硅、氧和金属元素组成的化合物Na2OSiO2K2O3Al2O36SiO22H2O4.传统无机非金属材料（1）普通玻璃主要原料： 。主要成分： 、 、 。纯碱、石灰石、石英Na2SiO3 CaSiO3 SiO2（2）普通硅酸盐水泥主要原料： 、 。主要成分（写出名称和化学式）：。石灰石黏土硅酸
10、三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)要点一 碳、硅及其化合物的特性及应用1.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。（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 Si+2CO,FeO+CFe+CO。要点精讲讲（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+
11、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也不属于盐)。（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+SiO2 Na2SiO3+CO2也能发生（CO2离开反应体系）。（9）一般情况，非常活泼金属（Na、K等）才能够置换出水
12、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。2.硅与铝的相似性及区别（1）与强碱溶液反应时相似Si、Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2。 SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3Al(OH)3均与NaOH溶液反应生成盐和水。Na2SiO3、NaAlO2溶液通入过量CO2均生成白色沉淀。（2）区别除氢氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不与其它酸反应。Al2O3、Al(OH)3属两性化合物。Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液与过量盐酸反应时现象不同。【典例导析1】晶体硅是一种
13、重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si+3HCl SiHCl3+H2SiHCl3与过量H2在1 0001 100反应制得纯硅已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：（1）第步制备粗硅的化学反应方程式为 。（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0)中含有少量SiCl4（沸点57.6)和HCl（沸点-84.7),提纯SiHCl3采用的方法为 。（3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：装置B中的试剂是 。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 。反应一段时间后，装置D中观察到的现象是 ，装置D不能采用普通玻璃管的原因是 ，装置D中发生反应的化学方程式为 。为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气
