硅及其化合物教学案

1第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅【高考目标导航】考纲导引考点梳理1.了解C,Si单质及其重要化合物的主要性质及其应用。2.了解常见的无机非金属材料的性质及用途1.碳、硅。2.CO2和SiO2。3.硅酸和硅酸盐。4.常见的无机非金属材料。【基础知识梳理】一、C、Si单质性质及其用途的比较。碳硅单质的物理性质金刚石熔点很高，硬度很大；石墨熔点很高（比金刚石高）硬度较小，能导电，有滑腻感。晶体硅，灰黑色，有金属光泽；与金刚石相似，熔点很高，硬度很大；是良好的半导体材料。单质的化学性质与碱反应与碱不反应与NaOH溶液反应：注意：1.硅在地壳中的含量占第位，仅次于，主要以含氧化合物的形式存在。2.反应SiO2＋2C高温Si＋2CO↑是典型的非金属元素之间的置换反应，若焦炭过量，则发生的反应为SiO2＋3C高温SiC＋2CO↑，且该反应能发生的原因是CO是气体，不能说明碳的非金属性比硅强。3.与强碱溶液反应产生H2的单质是Al和Si。二、CO2和SiO2的比较(见《优化方案》P50-51)物质二氧化硅二氧化碳晶体类型原子晶体分子晶体物理性质硬度、熔沸点、常温下为固体、不溶于水。熔沸点，常温下为气体，微溶于水。1.二氧化硅晶体(见《必修1》P74科学视野)2二氧化硅内不存在单个的SiO2分子，仅仅是晶体中硅、氧原子个数比为1：2而已；1molSiO2中有NA个O原子，含NA个Si—O共价键。另外，SiC和Si3N4也是常见的原子晶体。2.CO2的晶体例1：不能用磨口玻璃瓶贮存的一组物质是（）A．溴水氯水碘水B．氢溴酸盐酸氢硫酸C．浓硫酸浓硝酸浓盐酸D．NaOH溶液Na2CO3溶液水玻璃例2：下列表述正确的是()①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能A．①②③B．②④C．③④⑤D．③⑤注意：1.硅的制取(见《必修1》P81课后习题9)。2.二氧化硅是酸性氧化物，但不能直接与水反应生成硅酸。3.CO2通入强酸盐溶液(如BaCl2，AgNO3)均不会生成沉淀。补充：一氧化碳是无色无味气体、有毒、难溶于水，能与人体中血红蛋白迅速结合，是一种严重的大气污染物可燃性还原性：（CuO、Fe2O3、H2O反应）不成盐氧化物。其实验室制法：HCOOH——→CO↑+H2O例3：下图的实验装置用来分离CO2和CO气体并干燥。图中a为止水夹，b为分液漏斗的活塞，通过Y型管和止水夹分别接c、d两球胆，现装置内的空气已排尽。为使实验成功，甲、乙、丙分别盛放的溶液是（）浓硫酸△每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2。在每个CO2周围等距离(2a2，a为立方体棱长)的最近的CO2有个。3A.NaHCO3饱和溶液12mol·L－1盐酸18.4mol·L－1H2SO4B.Na2CO3饱和溶液2mol·L－1H2SO4NaOH饱和溶液C.NaOH饱和溶液2mol·L－1H2SO418.4mol·L－1H2SO4D.18.4mol·L－1H2SO4NaOH饱和溶液18.4mol·L－1H2SO4三、硅酸及硅酸盐1.硅酸（见《必修1》P76,了解硅酸溶胶，硅酸凝胶，硅酸干凝胶——“硅胶”的区别）例4：将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是（）A.Na2SiO3B.Na2CO3、Na2SiO3C.Na2CO3、SiO2D.SiO2例5：下列物质：①氢氟酸②浓H2SO4③烧碱溶液④Na2CO3固体⑤氧化钙⑥浓HNO3，其中在一定条件下能与SiO2反应的有()A．①②⑥B．全部C．①③④⑤D．②③⑥2.硅酸盐组成的表示——氧化物法(1)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。(2)氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。(3)氧化物之间以“·”隔开。(4)系数配置出现分数应化为整数。例6：硅酸钠（Na2SiO3）可表示为。长石（KAlSi3O8）可表示为。硅及其化合物之间的相互转化关系4四、碳酸盐1.溶解性：Ca(HCO3)2CaCO3；Na2CO3NaHCO3。2.热稳定性：Na2CO3CaCO3；碱金属正盐碱金属酸式盐:Na2CO3NaHCO3。3.相互转化：碳酸正盐碳酸酸式盐(除杂用)五、无机非金属材料1.传统的无极非金属材料（见《优化方案》P51：三大硅酸盐材料）2.新型无机非金属材料（见《必修1》P79）材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷模具等汽轮机叶片、轴承、永久性半导体陶瓷具有电学特性氧化锡陶瓷集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆通讯、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷钉人造骨、人造关节、接骨螺3.特殊功能的含硅物质（见《优化方案》P51，《必修1》P79）（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。六、碳族元素1.碳族元素的特征：碳族元素原子最外层电子数为，既失去电子，又得到电子，易形成键，难形成键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最，熔沸点最(如金刚石、晶体硅)。2.碳族元素的化合价：碳族元素的主要化合价有、，其中铅价稳定，其余元素价稳定。3.碳族元素的递变规律：从上到下电子层数，原子半径，原子核对最外层电子的吸引能力，失电子的能力，从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中碳是非金属，锡、铅是金属，硅、锗是半导体材料。4.除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法：CO(CO2)：___________________________________________________。CO2(CO)：___________________________________________________。CO2(O2)：____________________________________________________。5CO2(SO2)：___________________________________________________。CO2(HCl)：___________________________________________________。CO2(H2S)：___________________________________________________。七.归纳总结1.碳硅及其化合物的“反常”(1)一般情况，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但硅和金刚石熔、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，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO2＋2C高温Si＋2CO↑，FeO＋C高温Fe＋CO↑。原因：C转化为气体逸出。(4)非金属单质一般不能生成H2，但C、Si均可。C＋H2O(g)高温CO＋H2。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↑，但生成的SiF4不属于盐。（6）因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通人CO2能发生下列反应：Na2SiO3+CO2+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3，但在高温下SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑也能发生。（7）Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液(即水玻璃)称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。2．硅与铝的相似性及区别(1)与强碱溶液反应时相似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溶液中通入过量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。6八、本节关键点数字记忆1．牢记2种物质的用途：①晶体硅：半导体材料制芯片、太阳能电池。②二氧化硅：制光导纤维。2．熟记5个化学方程式：①Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑②Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O④SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O⑤Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3【感悟高考真题】1.（2010上海卷）胃舒平主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8.nH2O)等化合物。1)三硅酸镁的氧化物形式为，某元素与镁元素不同周期但在相邻一族，且性质和镁元素十分相似，该元素原子核外电子排布式为。2)铝元素的原子核外共有种不同运动状态的电子、种不同能级的电子。3)某元素与铝元素同周期且原子半径比镁原子半径大，该元素离子半径比铝离子半径(填“大”或“小”)，该元素与铝元素的最高价氧化物的水化物之间发生反应的离子方程式为：4)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是。a．Al2O3、MgO和SiO2都不溶于水b．Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体c．Al2O3、MgO和SiO2都是氧化物d．Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点2.（2011·海南高考）“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如图所示（部分条件及物质未标出）。下列有关该方法的叙述中正确的是（）。7A．能耗大是该方法的一大缺点B．整个过程中，只有一种物质可以循环利用C．“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤D．该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品3.（2011·朝阳一模）（14分）根据要求完成下列各小题实验目的。（a、b为弹簧夹，加热及固定装置已略去）（1）验证碳、硅非金属性的相对强弱。（已知酸性：亚硫酸碳酸）①连接仪器、、加药品后，打开a关闭b，然后滴入浓硫酸，加热。②铜与浓硫酸反应的化学方程式是。装置A中试剂是。③能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是。（2）验证SO2的氧化性、还原性和酸性氧化物的通性。①在（1）①操作后打开b，关闭a。②H2S溶液中有浅黄色浑浊出现，化学方程式是。③BaCl2溶液中无明显现象，将其分成两份，分别滴加下列溶液，将产生的沉淀的化学式填入下表相应位置。滴加的溶液氯水氨水沉淀的化学式写出其中SO2显示还原性生成沉淀的离子方程式。NaHCO3饱和溶液Na2SiO3溶液ABaCl2溶液H2S溶液铜片浓硫酸abNaOH溶液84.(2011·天津理综)图中X、Y、Z为单质，其他为化合物，它们之间存在如下转化关系(部分产物已略去)。其中，A俗称磁性氧化铁：E是不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。回答下列问题：(1)组成单质Y的元素在周期表中的位置是______________；M中存在的化学键类型为________；R的化学式是_________________________________。(2)一定条件下，Z与H2反应生成ZH4，ZH4的电子式为________________________。(3)已知A与1molAl反应转化为X时(所有物质均为固体)，放出akJ热量。写出该反应的热化学方程式：____________________________________________________________