2015高考复习-硅及其重要化合物

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1.元素存在:碳:硅:一、碳、硅的比较既有游离态,又有化合态.以化合态为主.在地壳中主要形成石灰岩和碳酸盐等矿物;大气中的二氧化碳;有机物.只以化合态存在.主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在，为什么？在地壳中的含量仅次于氧,排在第二位.亲氧性硅的特性：2.原子结构:碳:硅:最外层均有4个电子,在反应中既难失去又难得到电子,化学性质不活泼.+642C+14284Si在周期表中的位置：C：ⅣASi:ⅣA化合价：C：+4+2Si:+4一、碳、硅的比较3.物理性质:碳硅无色透明晶体.硬度最大,熔点很高.•有晶体和无定形两种.金刚石:石墨:无定形碳:深灰色、有金属光泽、不透明、质软的片状固体.有优良的导电性.疏松多孔,具有吸附能力.•晶体硅—带有金属光泽的灰黑色固体,熔点高、硬度大、有脆性.•特性:良好的半导体材料.金刚石、硅为什么有相似之处？一、碳、硅的比较金刚石是一种具有空间网状结构的原子晶体，在晶体中，每个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，处于4个碳原子的中心，以共价键与4个碳原子结合。成为正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。金刚石的熔点（3550℃）和沸点（4827℃）都很高,硬度很大。金刚石4、晶体结构金刚石、硅为什么有相似之处？晶体硅的结构跟金刚石相似，都是具有正四面体结构的立体网状结构的晶体。Si晶体硅的晶体结构也是由一个硅原子与4个硅原子结合形成正四面体，许多这样的正四面体向周围空间延伸形成空间网状的结构。但由于硅原子半径比碳原子半径大，所以，其熔沸点要比金刚石低，硬度要比金刚石小。4、晶体结构金刚石、硅为什么有相似之处？------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------120º共价键范德华力石墨是层状结构，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子与其它3个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；在层与层之间，是以分子间作用力结合的。由于同一层的碳原子以较强共价键结合，使石墨的熔点很高(比金刚石的还要高）,沸点与金刚石相同。但由于层与层之间的分子间作用力很弱，容易滑动，使石墨的硬度很小。石墨②石墨的晶体结构及性质4、晶体结构5.化学性质:碳:常温下,不活泼.1.与O2:C+O2(充足)==CO2点燃2C+O2(不足)==2CO点燃2.与某些氧化物:2CuO+C==2Cu+CO2↑高温2Fe2O3+3C==4Fe+3CO2↑高温碳在参与化学反应时，一般表现还原性．举例说明。3.与氧化性酸:一、碳、硅的比较C+2H2SO4(浓）==CO2↑+2SO2↑+2H2O△常温下，化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质（如氧气、氯气、硫酸、硝酸等）起反应。在加热条件下，能跟一些非金属（如氧气、氯气等）反应。（1）常温下能发生的反应Si+2F2==SiF4Si+4HF=SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑（2）高温下能发生的反应Si+2Cl2SiCl4Si+O2SiO2（3）特性:具有亲氧性.5.化学性质:硅:一、碳、硅的比较碳硅与O2与碱溶液与水蒸气与F2、HF能反应，且产物CO、CO2常温下为气体能反应，产物SiO2常温下为固体Si+2OH-+H2O==SiO32-+2H2↑C+H2O(g)==CO+H2高温Si+2F2==SiF4Si+4HF=SiF4↑+2H2↑一、碳、硅的比较碳、硅单质的特性1、硅不活泼，但自然界无游离态，通常以二氧化硅和硅酸盐形式存在。（硅的亲氧性）2、一般情况下，非金属元素单质的熔沸点低，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（与晶体结构有关）3、一般情况下，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体、石墨为导体。一、碳、硅的比较碳、硅单质的特性4、硅的还原性比碳强，而碳在高温下能从二氧化硅中还原出硅。2C+SiO2==Si+CO↑5、非金属单质与强碱溶液一般不生成氢气，而硅与NaOH等强碱溶液反应产生氢气Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑高温一、碳、硅的比较碳、硅单质的特性6、一般情况下，非金属元素单质不与非氧化性酸反应，而硅不但与氢氟酸反应，而且有氢气生成Si+4HF=SiF4↑+2H2↑7、一般情况下，非常活泼金属（Na、K等）才能置换水中的氢，但C+H2O(g)==CO+H2Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑高温练习1、下列关于硅的说法不正确的是：A、硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属关泽的固体B、硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C、硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D、加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属反应。C练习2、硅及其化合物的应用范围很广．下列说法正确的是()A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C．反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅A6、硅的工业制法高温在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法制得粗硅。SiO2＋2CSi（粗硅）＋2CO↑与氯反应：Si＋2Cl2＝SiCl4(温度为400～500℃)生成的SiCl4液体通过蒸馏，除去其中的硼、砷等杂质。然后用氢气还原：SiCl4＋2H2Si＋4HCl高温液体1．一氧化碳（不成盐氧化物）(1)物理性质：色气体，毒，溶于水．(2)化学性质①燃烧：.②还原Fe2O3：.无有不2CO＋O2=====点燃2CO23CO＋Fe2O3=====△2Fe＋3CO2——做还原剂二、碳、硅的氧化物①.酸性氧化物的性质:(1)与碱:(2)与水:(3)与碱性氧化物:②.弱氧化性:③.特性:CO2+CaO=CaCO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+H2O=H2CO3CO2+C==2CO高温2Mg+CO2==2MgO+C点燃不燃烧,也不支持燃烧.2、二氧化碳（CO2）(1)与碱:(2)与水:(3)与碱性氧化物:②.弱氧化性:③.特性:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O不反应2C+SiO2==2CO+Si高温SiO2+CaO==CaSiO3高温①.酸性氧化物的性质:用什么试剂瓶来装氢氟酸？酸中只与HF(氢氟酸)反应.SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O3、二氧化硅4．二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构结构，不存在单个分子存在单个CO2分子主要物理性质硬度，熔、沸点，常温下为体，不溶于水熔、沸点，常温下为气体，微溶于水化学性质①与水反应②与酸反应只与氢氟酸反应：空间网状立体大高固低SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OCO2＋H2OH2CO3不反应不反应原子晶体分子晶体13页二氧化硅的晶体结构模型每个Si原子周围结合个O原子,成为结构;每个O原子跟个Si原子结合,成为结构.晶体中Si、O原子的个数比为.180º109º28´SiO共价键421:2正四面体直线型物质二氧化硅二氧化碳化学性质③与碱(NaOH)液反应(盛碱液的试剂瓶用塞)④与盐反应如与Na2CO3反应：如与Ca(ClO)2反应：⑤与碱性氧化物反应如与CaO反应：如与Na2O反应：用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OCO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH===NaHCO3Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClONa2SiO3＋CO2↑SiO2＋Na2CO3=====高温SiO2＋CaO=====高温CaSiO3CO2＋Na2O＝Na2CO3橡胶2．二氧化碳和二氧化硅的比较具有酸性氧化物的通性利用SiO2的难挥发性1、SiO2既能和酸(氢氟酸)反应，又能和碱反应，它是两性氧化物吗？提示：不是，与酸(氢氟酸)反应时，生成的SiF4不属于盐．所以SiO2是酸性氧化物试剂二氧化硅氢氧化钠溶液硝酸银晶体氢氟酸浓硫酸氯水试剂瓶细口磨口塞广口瓶棕色细口磨口塞细口橡皮塞棕色广口瓶细口塑料瓶2、实验室有六种试剂，根据它们各自的性质，必须选择适当的试剂瓶盛放，请在对应的各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。三、硅酸和硅酸盐1．硅酸(1)物理性质硅酸溶于水，其酸性比碳酸，硅酸(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色．不弱不能(2)硅酸的化学性质①硅酸不稳定，受热易分解：.②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为.③硅酸在水中易聚合形成胶体．硅胶吸附水分能力强，常用作．H2SiO3=====△SiO2＋H2OH2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O干燥剂2．硅酸钠——少数几种可溶性的硅酸盐(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①水解显性．水玻璃碱②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．Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaClNa2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO32．硅酸钠——少数几种可溶性的硅酸盐酸性强弱：H2CO3﹥H2SiO33．硅酸盐(1)概念：由元素组成的化合物的总称，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.硅、氧和金属Na2O·SiO2K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O5．岩石风化后，地下水溶解其中可溶部分形成了矿泉水．风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程．例如，长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，此反应的离子方程式为：2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO－3＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4.(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式：①KAlSi3O8________________________________________.②Al2Si2O5(OH)4____________________________________.(2)这个反应能够发生的原因是__________________________________________________________________________.K2O·Al2O3·6SiO2Al2O3·2SiO2·2H2O因为碳酸酸性比硅酸强，由强酸可制得弱酸4．传统无机非金属材料(1)普通玻璃①主要原料：、、．②主要成分：、、.(2)普通硅酸盐水泥①主要原料：、．②主要设备：．石灰石纯碱石英CaSiO3Na2SiO3SiO2石灰石黏土水泥回转窑请写出制备普通玻璃的化学方程式