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江苏省兴化中学高三化学备课组 第一节 无机非金属材料的主角---硅

第一节 无机非金属材料的主角 ---

考纲点拨

1. 掌握硅和二氧化硅的结构、物理性质、化学性质、用途和制法,能从数学立体几何知识的角度理解硅和二氧化硅的晶体结构。

2. 了解硅酸盐工业的含义和原理,掌握水泥和玻璃的工业制法、化学成分和化学反应原理。3.  了解无机非金属材料结构和性质特征以及它们的特殊用途。考情分析碳、硅元素知识在高考中主要涉及以下几方面:(1) 金刚石、石墨、C60、晶体硅、二氧化硅的结构和性质的比较;(2) 碳和一氧化碳的还原性,一氧化碳和二氧化碳的制取、收集、检验、鉴别;

(3) 二氧化碳与氢氧化钠,二氧化硅与碳、氢氧化钠等反应产物的确定及计算;

(4) 典型碳酸盐的性质及其应用;

(5) 化工理论在硅酸盐工业实际中的应用;

(6) 推测新型无机非金属材料的结构特点或分析其用途。

课前自主复习

  碳族元素

1.碳族元素的化合价

碳族元素常见化合价为+2和+4,其中碳、硅、锗、锡的   价化合物较稳定,而铅的   价化合物稳定。由氧化还原反应的化合价升降来研究碳族元素的物质,其性质规律如下:

(1)碳族元素的单质以     为主,如碳、硅都被氧气氧化。碳作还原剂,温度越高,还原性    ,高温时碳可还原氧化铜。锡、铅都能与盐酸反应置换出氢气等。

(2)   价化合物有还原性。如CO高温时能还原某些金属氧化物(Fe2O3CuO等)。

(3)    价化合物有氧化性。如CO2和碳高温下反应生成CO,PbO2在化学反应中是强氧化剂等。

2.除去CO、CO2气体中混有的杂质(括号内为杂质)

(1)CO(CO2) :通过盛有的               洗气瓶。

(2)CO2(CO):通过盛放          的硬质玻璃官。

(3)CO2(O2):通过盛放          的硬质玻璃管。

(4)CO2(SO2):通过                或                  。

(5)CO2(HCl):通过              。

(6)CO2(H2S):通过             。

  碳酸盐性质的一般规律

1.溶解性规律:碱金属的正盐溶解度    酸式盐(如:Na2CO3     NaHCO3;碱土金属(第ⅡA族)的正盐溶解度    酸式盐〔如:CaCO3      Ca(HCO3)2

2.稳定性:难溶性的碳酸盐、(NH4)2CO3及酸式盐受热      ;可溶性的碳酸盐较稳定,受热      ;一般来说:稳定性大小顺序为正盐    酸式盐。

3.酸式盐与碱反应时的产物要根据相对用量判断。如在Ca(HCO3)2溶液中滴加NaOH溶液:Ca(HCO3)2+NaOH                         (NaOH少量)

Ca(HCO3)2+2NaOH                      (NaOH过量)

4CO32-和HCO3-检验

1 CO 3 2 - 的检验方法:向待检溶液中滴加过量的        溶液,生成        ,再加入

              ,白色沉淀又溶解,且生成无色、无味的气体,则检得溶液中有CO32-

(2)HCO3-的检验方法:向待检溶液中滴加足量的          的可溶性盐溶液,若无明显现象,再向溶液中加入足量的   (如           等)溶液,溶液中逸出无色、无味的气体,则待检溶液中有HCO3-

    [特别提醒]:①检验CO32-:试剂CaCl2溶液也可用Ca(NO3)2、BaCl2、Ba(NO3)2等的溶液代替,但不可用Ca(OH)2溶液或Ba(OH)2溶液,原因是无法排除HCO3-的干扰。②检验HCO3-:Ca2+或Ba2+的溶液不可用Ca(OH)2溶液或Ba(OH)2溶液,原因是OH-将HCO3-转化为CO32-;加酸后要通过气体的气味排除HSO3-的干扰。

硅及其化合物的特性

1.Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:2C+SiO2         

2.非金属单质跟碱液作用一般无H2放出,但Si却放出H2:Si+2Na2OH+H2O=   

3.非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能与HF作用:Si+4HF=        

4.非金属单质一般为非导体,但Si为     。

5.SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接将它与水作用制备H2SiO3

6.非金属氧化物的熔沸点一般较低,但SiO2的熔沸点却    。

7.酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟HF作用:SiO2+4HF=         

8.无机酸一般易溶于水,H2SiO3却难溶于水。

9.因碳酸的酸性强于硅酸,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应:Na2SiO3

+CO2+H2O=           ,但在高温下2Na2CO3+SiO2               也能发生。

10.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)俗称       ,但它却是   的溶液,并不是   溶液。

    [特别提醒]:硅与氢氧化钠溶液反应时,实际上是水被分解了,碱的存在只是起了加速作用,其过程可认为:Si+3H2O=H2SiO3+2H2↑,H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O。显然,Si失去电子,是还原剂;H2O中的H得到电子,H2O是氧化剂;NaOH既不是氧化剂,又不是还原剂,它只是反应物而已。综合上述两个反应得到总化学方程式:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑。

  无机非金属材料

1.传统无机非金属材料——水泥和玻璃的生产方法

硅酸盐产品

水泥

玻璃

主要设备

水泥回转窑

玻璃窑

原料

石灰石和粘土

纯碱、石灰石、石英(过量)

反应原理

复杂的物理-化学变化

Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2

主要成份

                          

                          

反应条件

                 

                     

2.新型无机非金属材料

新开发利用的无机非金属材料主要有氮化硅(Si3N4)、刚玉(Al2O3)等陶瓷,碳化硼、光导纤维(主要成分是SiO2)等,这些材料具有特殊结构、特殊功能。

传统非金属材料具有抗腐蚀、耐高温等许多优点,但质脆,耐热冲击差。

新型非金属材料继承了传统非金属材料的优点,并克服了缺点,主要具有以下特性:①

             ;②           ;③            ;④            。

     [特别提醒]:复杂硅酸盐可以看成碱性氧化物和酸性氧化物所组成的复杂化合物,因此可以改写为aMxOy·bSiO2·cH2O的方式(具体顺序是:碱性氧化物·两性氧化物·酸性氧化物·水),如硅酸钙:3CaO·SiO2、铝酸三钙:3CaO·Al2O3;高岭土:Al2O3·2SiO2·2H2O。

 


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