無(wú)機(jī)非金屬材料 學(xué)案

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1、 與NaOEH＞氫豪酸反應(yīng) ICsSiOi 可柞于諭劑 A 1.特殊的存在形式：C——金剛石、石墨、 CaO A NaOH 半E怵材料 C60 2.特殊的用途：Si——半導(dǎo)體材料、太陽(yáng) Eh*能電池板 I [Cl NaOH SiO2——光導(dǎo)纖維 H2SiO3——硅膠可作干燥劑 Na2SiO3(水玻璃)——黏合劑、耐火阻燃材料 3.特殊的表示方法：硅酸鹽可以用氧化物 的形式表示 如 Na2SiO3—Na2O?SiO2 4.特殊的性質(zhì)： (l)Si與NaOH溶液的反應(yīng): Si+2NaOH+H

2、2O===N2SiO3+2H2 f (2) SiO2 能溶于氫氟酸:SiO2+4HF===SiI4 f +2H2O (3) H2CO3的酸性強(qiáng)于H2SiO3： Na2SiO3+H2O+CO2===Na,CO3+H2SiO3 ； (4) 粗硅的制備：SiO2+2C===^Si+2CO f 考點(diǎn)」si、SiO2、H2SiO3的性質(zhì) ［記牢主干知識(shí)］ 1. 硅元素的原子結(jié)構(gòu)與存在 硅元素在地殼中含量為第三位，在周期表中位置為第3周期，第直A族，原子結(jié)構(gòu)示意 圖為 ，在自然界中只以化合態(tài)形式存在。 2. 單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料 (1)Si的物理性質(zhì) 灰黑色固體，有金屬光澤，熔點(diǎn)高、

3、硬度大、有脆性。 (2)Si的化學(xué)性質(zhì) 不能被液麻酸、濃硝 ［酸等強(qiáng)氧化劑氧化 常溫忑廠與卩.氫嶽酸、［ NaOH溶液反應(yīng): 咎而只％毎反血［ 裔溫 ① 與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Si+4HF===SiF4 f+2H2 f； ② 與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：Si+2NaOH+屯0===傀/03+ 2H2 f ③與 O2 反應(yīng)：Si+O2==^=SiO2。 (3)用途一一半導(dǎo)體材料 制晶體管、集成電路、硅芯片、太陽(yáng)能電池、硅合金等。 3. 二氧化硅與光導(dǎo)纖維 (1) 二氧化硅存在 在自然界中主要存在：沙子、石英、水晶。 (2)二氧化硅物理性質(zhì)：熔點(diǎn)

4、高，硬度大。 (3) 二氧化硅化學(xué)性質(zhì) SiO2 + 4HF — SiF^ t +2HQ NaOHCaq> 小 ” SiO, + 2NaOH Na.SiQ, + H.O 鳳化㈱60 高溫 ~~” SiQ +60—QSiq Na^CO^ 高溫 一:一 SiO3 + 汽包 CQ — Na?SiO3 + CO, f c 高溫 -SiO2 + ZC ——-Si + 2CO + 氧化性 (4) 二氧化硅用途 制造電子部件、光學(xué)儀器、光導(dǎo)纖維，生產(chǎn)水泥、玻璃等硅酸鹽產(chǎn)品，水晶可制作飾品。 (5)光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維既可用來(lái)制造高性能的現(xiàn)代通訊材料，又可用于能量傳輸、信息處理、

5、遙測(cè)遙 控和醫(yī)療器械制造等方面。 4.硅酸 般性比碳槪還纏： H^iO^SlO.+HjO 可勰性瞬鯉鹽與鹽朝曙反應(yīng)制舸「 比出鑿厲十2HC］ =2NM：l十 硅膠可用作借化劑的載體和盤裝食品、糰裝 藥晶零的干爍劑 硅及其化合物的特性 1 ?硅單質(zhì)的特性 (1) Si的還原性強(qiáng)于C,但C卻在髙溫下還原出Si： SiO2+2C=====Si+2CO仁 (2) 非金屬單質(zhì)與堿液作用一般無(wú)H2放出，但Si與堿液作用卻放出H2： Si+2NaOH+ H2O===Na,SiO3+2H2 f (3) 非金屬單質(zhì)一般不能與非氧化性酸作用，但Si能與HF作用：Si+4HF===

6、SiI4 f + 2%仁 (4)非金屬單質(zhì)大多為絕緣體，但Si為半導(dǎo)體。 2.含硅化合物的特性 物質(zhì) 一般規(guī)律 含硅化合物的特性 SiO2 酸性氧化物一般與水反應(yīng)生成相應(yīng)酸 SiO2不溶于水，不與水反應(yīng) 酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng) SiO2+4HF===SiF f +2H2O H2SiO3 “較強(qiáng)酸制較弱酸”是復(fù)分解反應(yīng)的一 般規(guī)律，H2CO3酸性強(qiáng)于H2SiO3 Na2SiO3 + CO2 + H2O===Na,CO3 + H2SiO3 ； 以下反應(yīng)不能說(shuō)明酸性的強(qiáng)弱 Na2CO3+SiO2=高溫 Na2SiO3+CO2 f CaCO3+SiO2-高

7、溫CaSiO3+CO2 f 無(wú)機(jī)酸一般易溶于水 硅酸難溶于水 考點(diǎn)二1硅酸鹽與無(wú)機(jī)非金屬材料 ［記牢主干知識(shí)］ 1.硅酸鹽 (1) 硅酸鹽：是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的重要成分。 (2) 硅酸鹽組成的表示方法： 通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)可表 示為Na2O?SiO2，長(zhǎng)石(KAlSi3O8)可表示為KQAiqSQ。 (3)硅酸鈉： ① 白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。 ② 與酸性較硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)： a． 與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式： Na2SiO

8、3+2HCl===2NaCl+H2SiO3 2 3 2 3 b． 與co2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式: Na2SiO3+H2O+CO2===NaCO3+H2SiO3 匸。 ③ 用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。 2．無(wú)機(jī)非金屬材料 (1)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。 ①常見(jiàn)硅酸鹽材料比較 水泥 玻璃 陶瓷 生產(chǎn)原料 石灰石、黏土 純堿、石灰石、石英 黏土 主要設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃熔窯 陶瓷窯 ②玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng):Na2CO3+SiO2=====^a2SiO3+CO2 仁;CaCO3+SiO2===== 2

9、3 2 2 3 2 3 2 CaSi03+C02 仁 3 2 (2)新型無(wú)機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等 ［練通基礎(chǔ)小題］ 一、基礎(chǔ)知識(shí)全面練 1.判斷正誤(正確的打“V”，錯(cuò)誤的打“X”)。 (1) 玻璃是一種晶體，有較咼的熔點(diǎn)(X) (2) 水玻璃是一種特殊的玻璃，泡花堿屬于堿(X) (3) 向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2出現(xiàn)白色沉淀，證明H2CO3的酸性比 H2SiO3的酸性強(qiáng)(V) (4) 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料( V) (5) 新型無(wú)機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的許多缺點(diǎn)(V)

10、(6) 高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)(V) (7) 水泥、玻璃、青花瓷、水晶、瑪瑙都屬于硅酸鹽產(chǎn)品(X) (8) 2MgO? SiO2中的酸根陰離子為SiO2-( X) 2．填寫下列材料主要成分的化學(xué)式。 (1)剛玉 ; (2) 大理石、石灰石 ; (3) 普通玻璃 ; (4) 石英、水晶 。 答案：(1)A12O3 (2)CaCO3 (3)Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 (4)SiO2 二、常考題點(diǎn)分組練 題點(diǎn)(一) 無(wú)機(jī)非金屬材料 1．下列說(shuō)法正確的是( ) A. )硅膠可用作食品干燥劑 B. 玻璃容器可長(zhǎng)期盛放各種酸

11、C. Mg2 +、H+、SiO?-、SO4-在水溶液中能大量共存 D. 合成纖維和光導(dǎo)纖維都是新型非金屬材料 解析：選A 氫氟酸不能用玻璃瓶盛放，B錯(cuò)誤；Mg2+、H+與SiO3-反應(yīng)生成H2SiO3 沉淀而不能大量共存，C錯(cuò)誤；合成纖維屬于有機(jī)合成材料，D錯(cuò)誤。 ［易錯(cuò)警示］ 硅及其化合物在常用物質(zhì)中的易錯(cuò)點(diǎn) 2.大多數(shù)物質(zhì)的俗名是根據(jù)其特殊的物理性質(zhì)或用途得來(lái)的。下列物質(zhì)的俗名與化學(xué) 式或用途不相符的一組是( ) 選項(xiàng) 俗名 主要成分(化學(xué)式) 用途 A 石英 SiO2 集成電路 B 純堿 Na2CO3 制備玻璃 C 水玻璃 Na2SiO3 制

12、備硅膠 D 鐵紅 Fe2O3 用作油漆和涂料 解析：選A石英主要用于生產(chǎn)玻璃和光導(dǎo)纖維等，晶體硅才用于制作集成電路。 (1) 用作半導(dǎo)體材料的是晶體硅而不是SiO2,用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2而不是硅，計(jì) 算機(jī)芯片的成分是晶體硅而不是 SiO2。 (2) 水晶、石英、瑪瑙、硅石、沙子等主要成分是SiO2，而不是硅酸鹽。 (3) 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸鹽。 題點(diǎn)(二) 復(fù)雜硅酸鹽成分的表示方法 3.SiO2是硅酸鹽玻璃(Na2CaSi6O］4)的主要成分,Na2CaSi6O14也可寫成Na2O?CaO?6SiO2。 盛放 NaOH 溶液的試劑瓶

13、若用玻璃塞容易形成瓶體與瓶塞粘連，而無(wú)法打開(kāi)，發(fā)生反應(yīng)的 化學(xué)方程式為 長(zhǎng)石是鋁硅酸鹽,不同類長(zhǎng)石其氧原子的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同。由鈉長(zhǎng)石化學(xué)式NaAlSi3O8 可推知鈣長(zhǎng)石的化學(xué)式為 。 解析：玻璃的成分中含有SiO2，能與NaOH溶液反應(yīng)生成粘性很強(qiáng)的Na2SiO3而發(fā)生 粘連，反應(yīng)方程式為SiO2+2NaOH===N%SiO3+H2O。由于鈣長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石中氧原子的物質(zhì) 的量分?jǐn)?shù)相同，鈉長(zhǎng)石中鈉與鋁的原子個(gè)數(shù)比為1 ： 1,擴(kuò)2倍后可知鈣長(zhǎng)石中鈣和鋁的原 8 子個(gè)數(shù)比為1：2。鈉長(zhǎng)石中氧原子的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為予，則鈣長(zhǎng)石用氧化物的形式表示 為CaO?Al2O3?nSiO2,因此：1+3

14、+2n = 8，n = 2，鈣長(zhǎng)石的化學(xué)式為CaO?Al2O3?2SiO2，即 為 CaAl2Si2O8。 答案：SiO2+2NaOH===Na,SiO3+H2O CaAl2Si2O8 4?胃舒平主要成分是氫氧化鋁，同時(shí)含有三硅酸鎂(Mg2Si3O8? nH2O)等化合物。 (1)三硅酸鎂的氧化物形式為 < ⑵A12O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是 。 a. A12O3、MgO和SiO2都是白色固體 b. A12O3、MgO和SiO2都是金屬氧化物 c. A12O3、MgO和SiO2都有很高的熔點(diǎn) 解析：(1)Mg2Si3O8?nH2O改寫成氧化物的形式為2Mg

15、O?3SiO2?nH2O。 ⑵A12O3、MgO和SiO2均具有很高的熔點(diǎn)，故可作為耐火材料。 答案：(1)2MgO?3SiO2?nH2O (2)c ［探規(guī)尋律］ 硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法 (1) 氧化物的書(shū)寫順序：活潑金屬氧化物一較活潑金屬氧化物一二氧化硅一水。 (2) 氧化物前系數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配 置系數(shù)，且不同氧化物間以“? ”隔開(kāi)。 ⑶當(dāng)系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)。如正長(zhǎng)石：KAlSi3O8不能寫成|k2O^ 2 Al2O3?3SiO2, 應(yīng)寫成K2O?Al2O3?6SiO ［礙堂一題串知］ (高希我體的珂妙

16、利用?課堂串知的全新祓計(jì)｝ 以“高純硅的制備”為載體串聯(lián)硅元素單質(zhì)及其化合物知識(shí) 高考載體 晶體硅(熔點(diǎn)1 410 °C)是良好的半導(dǎo)體材料。由粗硅制純硅的過(guò)程如下: Si(粗)一Cv SiCl4—―*SiCl4 (純)一Jsi(純) 460 C 〖考查碳的化學(xué)性質(zhì)〗 粗硅與Cl2加熱到460 C時(shí)發(fā)生反應(yīng),寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式: 〖考查Si的化 學(xué)性質(zhì)〗 在1 100 C時(shí)，SiCl4被H2還原的化學(xué)方程式為 4 1 100 C ［知識(shí)串聯(lián)設(shè)計(jì)］ (1)工業(yè)上用焦炭與石英砂在高溫下反應(yīng)制取粗硅，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為 上述反應(yīng)中的氧化劑是 ，還原劑是 。

17、〖考查粗硅的制備原理〗 (2)用焦炭和石英砂制取粗硅為什么要隔絕空氣進(jìn)行？ (5) 如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)除去SiO2中混有少量的CaCO3雜質(zhì)？ 。 〖考查SiO2的 性質(zhì)〗 (6) 石英既能與 NaOH 溶液反應(yīng)，又能與氫氟酸反應(yīng)，它是兩性氧化物嗎？ 。 試分別寫出它與NaOH溶液、氫氟酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。 〖考查SiO2的 性質(zhì)〗 (7) 中學(xué)化學(xué)中能與NaOH溶液反應(yīng)生成H2的單質(zhì)有哪些？ 。試分別寫出反應(yīng) 的化學(xué)方程式 〖考查鋁、硅的化學(xué)性質(zhì)〗 (8) 陶瓷、水泥、玻璃是常用的硅酸鹽材料，其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料是什么？ 考查硅酸鹽產(chǎn)品制備〗 高溫 答案：(l)SiO2+2C===== Si+2COf SiO2 C (2)焦炭能與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng) A /TQ OQ (3) Si+2Cl2 =====SiCl4 1 100 °C (4) 2H2＋SiCl4=======S=i＋4HCl (6)不是 (5) 加入鹽酸后過(guò)濾 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O、 SiO2+4HF===SiI4 f+2H2O (7)A1 和 Si 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAiq+3H2 仁 Si＋2NaOH＋H2 O===Na,SiO3+2H2 f (8) 石英砂、純堿和石灰石