备考2020高考化学第一轮复习 第4章 非金属及其化合物 第1节 无机非金属材料的主角硅学案 必修1 5页

第一节 无机非金属材料的主角——硅 一、C、Si单质性质及其用途的比较。‎ ‎1.物理性质：‎ 元素名称 碳 硅 自然界 存在形态 有 态；主要单质有： 、 、 等同素异形体。‎ 在地壳中的含量仅次于 ，全部以 态存在；主要单质有：晶体硅和无定形硅两大类。‎ 单质 物理性质 金刚石熔点很 ，硬度很 ；石墨熔点很 （比金刚石 ）硬度较 ，能导电。‎ 晶体硅 色，有金属光泽；与金刚石相似，熔点很 ，硬度很 ；是良好的 材料。‎ 用途 金刚石用作切割工具；‎ 石墨用作电极、铅笔芯。‎ 含硅4％的硅钢，主要用作变压器铁芯；‎ 含硅15％的硅钢，作为耐酸材料；制光电池等 ‎2.化学性质：‎ ‎(1)碳单质的化学性质——还原性 ‎①与O2反应：O2不足： ； O2充足： 。‎ ‎②与其他物质反应：‎ a.与CuO反应： ；可用于某些金属的冶炼。‎ b.与CO2反应： 。‎ c.与水蒸气反应： ；用于生产水煤气。‎ d.与浓硫酸反应： 。‎ ‎(2)硅的化学性质——还原性 ‎ ‎①与NaOH溶液反应： ；与铝和NaOH溶液反应相似。‎ ‎②与氢氟酸反应： ；这是Si的特性，其它非金属大多不能与HF反应。‎ ‎③与O2、Cl2反应： ； 。‎ 二、CO2和SiO2的比较 ‎1．物理性质：差别很大——原因是晶体类型不同。CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体。CO2熔沸点 ，常温下为 体，微溶于水。SiO2熔沸点 、硬度 、常温下为 态、 溶于水。‎ ‎2．化学性质：两者都是酸性氧化物，有大部分相同也有部分差别。‎ ‎⑴与水反应：CO2 ； SiO2 。‎ ‎⑵与酸反应：CO2 ；SiO2 。这是SiO2特性，仅与HF反应，与其它酸不反应，另外反应产物也不是盐和水，因此 。‎ ‎⑶与碱反应：CO2 ；SiO2 。由于玻璃中含有SiO2，盛碱液的试剂瓶用 。‎ ‎⑷与盐反应：‎ CO2常温复分解反应：CO2+Ca(ClO)2 ；CO2 + Na2CO3 。‎ 5‎ SiO2在高温才能反应如工业生产玻璃： ； 。‎ ‎⑸与碱性氧化物如CaO反应：CO2 ；SiO2 。‎ ‎⑹与碳反应：CO2 ；SiO2 ；工业用于 。‎ ‎3．主要用途：‎ ‎⑴二氧化碳：化工原料、灭火剂。干冰用作制冷剂，人工降雨。‎ ‎⑵二氧化硅：制光学仪器、石英玻璃。水晶可制作饰品，常用来制造通讯材料—— 。‎ 三、硅酸及硅酸盐 ‎1．硅酸 ‎⑴物理性质： 色胶状固体， 溶于水，而一般的无机含氧酸都溶于水。‎ ‎⑵化学性质：‎ ‎①弱酸性：是二元弱酸，酸性比碳酸 ，可与NaOH反应： 。 ‎ ‎②不稳定性：受热易分解： 。‎ ‎⑶制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如向Na2SiO3溶液中加入盐酸或通入CO2：‎ ‎ ； 。‎ ‎⑷用途：硅胶可用作 、催化剂的载体等。‎ ‎2．硅酸盐 ‎⑴硅酸盐：硅酸盐是 的总称。是构成 的主要成分。‎ ‎⑵硅酸钠：硅酸钠溶液俗称 ，是 色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。‎ ‎⑶硅酸盐组成的表示：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为 。长石（KAlSi3O8）可表示为 。注意：硅酸盐写法与氧化物写法中各元素的化合价保持不变，原子个数比相等；‎ 表示顺序一般为： 的氧化物· 的氧化物· · 。‎ 四、常见无极非金属材料及其主要用途 ‎1.传统的无极非金属材料：主要成分是 ：包括砖、瓦、陶瓷、水泥，玻璃等。它们都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品。比较如下：‎ 硅酸盐产品 水 泥 玻 璃 陶瓷 原 料 ‎ ‎ ‎ ‎ 黏土 反应原理 发生复杂的物理化学变化（不要求）‎ 不要求 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 主要成分 ‎3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3‎ ‎ ‎ 硅酸盐 反应条件 高温 高温 高温 主要用途 主要建材 主要建材、生活 生活 ‎2.特殊功能的含硅物质：(1)碳化硅具有金刚石结构，俗名金刚砂，可用作磨料。(2)含硅元素4%的硅钢具有导磁性。(3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。‎ 5‎ ‎3.新型陶瓷：如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等，主要成分不再是硅酸盐，属于新型无机非金属材料。‎ 规律总结 ‎1. 硅及其化合物的特殊性质 ‎(1)硅的非金属性弱于碳，但碳在自然界中既有游离态又有化合态，而硅 态。‎ ‎(2)硅的还原性强于碳，但碳能还原SiO2： 。‎ ‎(3)非金属单质跟碱溶液反应一般是自身氧化还原反应，但Si 。‎ ‎(4)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但硅 反应。‎ ‎(5)非金属单质一般（石墨除外）为非导体，但硅 。‎ ‎(6)非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2 。‎ ‎(7)酸性氧化物一般不跟酸反应，但SiO2 。‎ ‎(8)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3 。‎ ‎(9)H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3，因为强酸制弱酸。‎ 但在高温下：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ 能发生是因为 。‎ ‎2．CO2与碱的反应及CO、HCO 的检验 ‎(1)反应原理：NaOHNa2CO3NaHCO3。‎ ‎(2)反应后溶质成分的判断方法： ‎ X≤1∶1‎ ‎1∶12∶1‎ 溶质的成分 ‎3．CO2与常见溶液反应的现象及原理 ‎⑴Ca(OH)2 或Ba(OH)2溶液：CO2不足时现象， ；CO2过量时现象， 。‎ ‎⑵Na2SiO3溶液：CO2不足时反应方程式： ；现象， 。‎ CO2过量时反应方程式： ；现象， 。‎ ‎⑶饱和Na2CO3溶液： ；现象 。‎ ‎4．CO、HCO的检验 ‎⑴CO的检验：向待检验溶液中滴加 ，有 现象，再加入适量 ，有 现象，则待检溶液中有CO。‎ ‎⑵HCO的检验：向待检验溶液中滴加 ， 现象，再向溶液中加入 。若溶液中有 现象，则待检溶液中有HCO。‎ 5‎ ‎1．某氧化物不溶于水，溶于熔化的NaOH中，生成易溶于水的化合物，向稀盐酸中滴加所生成化合物的水溶液，立即有白色沉淀产生，则原氧化物是(　　)‎ A．Al2O3 B．MgO C．SiO2 D．Fe2O3‎ ‎2．下列说法正确的是(　　)‎ A．将CO2通入CaCl2溶液或饱和Na2CO3溶液均有白色沉淀生成 B．某溶液中加入Ba(OH)2溶液中有白色沉淀，说明可能有CO不可能含有HCO C．在标准状况下将‎2.24 L CO2通入100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液中充分反应，‎ 其反应的离子方程式为：CO2＋2OH－===CO＋H2O D．NaHCO3溶液和Na2CO3溶液可以用CaCl2溶液鉴别 第一节 无机非金属材料的主角——硅参考答案：‎ ‎【基础落实】‎ 一、C、Si单质性质及其用途的比较。‎ ‎1. 游离态，又有化合 金刚石 石墨 C60 氧 化合 高 大 高 高 小 灰黑 高 大 半导体 ‎2. (1) ①‎2C+O2 2CO C+O2 CO2‎ ‎②2CuO+C 2Cu+CO2↑ CO2+C2CO ‎ C+H2O(g) CO+H‎2 C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O ‎(2) Si+2NaOH+H2O=====Na2SiO3+2H2↑ Si+4HF=SiF4↑+2H2↑ ‎ Si+O2SiO2 Si＋2Cl2SiCl4‎ 二、CO2和SiO2的比较 ‎1. 低 气 高 大 固 不 ‎2. ⑴CO2+ H2O H2CO3 不能反应 ‎⑵不反应 SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O 不能由此证明SiO2是两性氧化物 ‎⑶CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O或CO2 + NaOH = NaHCO3 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 橡皮塞 ‎⑷+ H2O = CaCO3↓ + 2HclO + H2O = 2NaHCO3 ‎ SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑ SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑‎ ‎⑸CO2 + CaO ＝CaCO3 ； SiO2 + CaO CaSiO3 。‎ ‎⑹CO2+C 2CO ； SiO2 +‎2CSi+2CO↑ 制粗硅 ‎3．光导纤维 三、硅酸及硅酸盐 ‎1．⑴白 难 ⑵弱 H2SiO3+2NaOH== Na2SiO3+2H2O H2SiO3 H2O+ SiO2 ‎ ‎⑶Na2SiO3+2HCl== H2SiO3↓+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O == H2SiO3↓+Na2CO3 ⑷干燥剂 ‎2．⑴由硅、氧和金属元素组成的化合物 地壳岩石 ⑵水玻璃 无 ‎ ‎⑶Na2O·SiO2 K2O·Al2O3·6SiO2 最活泼金属 较活泼金属 二氧化硅 水 四、常见无极非金属材料及其主要用途 ‎1. 硅酸盐 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑ ‎ SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑ Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 ‎ ‎【规律总结】‎ 5‎ ‎1. 只有化合 SiO2+‎2C 2CO↑+Si 能跟碱溶液作用放出H2 能跟氢氟酸 为半导体 ‎ 熔点很高 能跟氢氟酸反应 难溶于水 生成的CO2容易挥发 ‎2. NaHCO3 Na2CO3、NaHCO3 Na2CO3 NaOH、Na2CO3‎ ‎3. 生成白色沉淀 生成的白色沉淀消失，溶液变澄清 Na2SiO3+H2O+CO2====Na2CO3+H2SiO3↓ 白色胶状沉淀 Na2SiO3+2H2O+2CO2====2NaHCO3+H2SiO3↓ 白色胶状沉淀 Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3↓ 有白色固体析出 ‎4．Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液 白色沉淀 盐酸 白色沉淀溶解，且生成无色无味的气体，‎ Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液 无明显 足量的盐酸 无色、无味的气体生成 ‎【对点训练】‎ ‎1．C 2.D 5‎