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专题1:必修(1)非金属及其化合物--第一讲 无机非金属材料主角--硅.doc

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1第四章 非金属及其化合物 第一讲 无机非金属材料主角硅。教学重点SiO 2的性质教学难点SiO 2的结构、硅酸盐的组成知 识 梳 理在地壳里,硅的含量在所有元素中居第次于氧全部以_____ 态存在。硅元素位于元素周期表中的第___周期,族__其原子结构示意图_____。一、二氧化硅及硅酸1、二氧化硅1物理性质二氧化硅广泛存在于自然界中,沙子、石英的主要成分就是二氧化硅,SiO2不溶于水,熔点___、硬度___。水晶、石英是二氧化硅晶体。2结构二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的,晶体中硅原子和氧原于的个数比为___,Si0 2晶体的平面结构图3二氧化硅出化学性质①酸性氧化物的性质Si0 2是酸性氧化物,是 ___ 的酸酑,___于水。常温下Si02与NaOH溶液反应得到硅酸钠Na 2SiO3,反应的化学方程式为_________。高温下Si0 2能和碱性氧化物如CaO反应生成硅酸盐,反应的化学方程式为_________。②常温下,SiO 2能与氢氟酸HF反应,此反应常用于刻蚀玻璃,反应的化学方程式为_________。③二氧化硅的弱氧化性Si0 2高温下与C作用可制取粗硅,反应的化学方程式为_________。4二氧化硅的用途 ①Si0 2是制造光导纤维的主要原料。②Si0 2常被用来制造石英表中的压电材料3Si0 2用于制造各种玻璃制品。思考1实验室为什么不用带玻璃塞的试剂瓶盛放NaOH溶液应用什么样的塞子2Si02不溶于水,如何由Si0 2制取H 2SiO32、硅酸1硅酸H 2Si03硅酸不溶于水,其酸性比碳酸的酸性___。2硅酸钠Na 2Si03 Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,常用作黏合剂。往Na 2SiO3溶液中通人CO 2,能制得硅酸,反应的化学方程式_________。二、硅酸盐1、硅酸盐制品性质稳定、熔点较高,大都难溶于水,1硅酸盐的组成比较复杂,常用氧化物的形式表示。表示顺序为活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。例如硅酸钠Na 2Si03改写为氧化物形式为________;钠长石 NaAlSi 308改写为氧化物形式为________。2玻璃①生产原料________。②生产设备________。③生产过程把原料粉碎并按适当比例混合后,放人玻璃熔炉中加热、熔化,冷却后得到普通玻璃。主要的化学反应有______________。 2④主要成分普通玻璃是Na 2Si03、CaSi0 3和SiO 2在一起的混合物。⑤重要性质玻璃在常温下呈固态,没有固定的熔点,受热在一定温度范围内逐渐软化。⑥玻璃的种类铅玻璃用于制光学仪器;有色玻璃[蓝色钴玻璃Co 202、红色玻璃Cu2O;钢化玻璃用于汽车车窗 3水泥水泥是重要的建筑材料,其主要成分是______________,水泥具有____性。4陶瓷陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料,①高温结构陶瓷,如氮化硅Si 3N4陶瓷,碳化硅SiC陶瓷等。②生物陶瓷如氧化铝陶瓷A1 203,氧化锆陶瓷Zr0 2 等; ③压电陶瓷以钛酸钡BaTi0 3和钛酸铅PbTi0 3为主要成分。三、硅单质1、硅的物理性质单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是___色、有___光泽、脆而硬的固体,是良好的___材料。2.硅的化学性质1常温下硅的化学性质稳定,但能和氟HF、强碱NaOH发生反应。①硅和氟气反应生成四氟化硅气体,化学方程式为_____________。②硅和氢氟酸反应生成四氟化硅,放出学方程式为_____________。③硅与NaOH溶液作用生成硅酸钠,反应的化学方程式为____________。2在加热条件下,硅能和某些非金属单质发生反应。①硅与氧气在加热时反应生成二氧化硅程式为_____________。②硅和C1 2在加热条件下反应生成四氯的化学方程式为_____________。3.硅的制取自然界中没有游离态的硅,常见的化合态的硅有__和__等。工业上,用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。反应的化学方程式________________。在该反应中,氧化荆是____,还原剂____。4.硅主要的用途硅可以用来制造____、____、____、____等。四、小结比较SiO 2、CO 2在物理化学性质上异同。二氧化碳 二氧化硅状态溶解性与 NaOH 反应与酸反应HFCO2通入水玻璃SiO2与 Na2CO3高温下反应疑难点拨一、 硅及其化合物的有哪些特性1.Si 的还原性大于 C,但 C 却能在高温下还原出 SiSiO 22CSi2CO↑2.非金属与碱反应一般无氢气放出,但 Si 可以Si2NaOHH 2ONa2SiO32H2↑3.非金属单质一般不与无氧酸反应 ,但 Si 可以与 HF 作用Si4HFSiF 42H2↑4.非金属单质一般为非导体,但 Si 可以作为半导体。5.SiO2是硅酸的酸酐,但不溶于水,不能直接与水作用生成硅酸。6.非金属的氧化物的熔点一般较低,但二氧化硅的熔点很高,原因是它为原子晶体。37.酸性氧化物一般不与酸反应,但 SiO2可以与 HF 酸作用 SiO 24HFSiF4↑2H 2O8.硅酸不溶于水。二、为什么玻璃没有固定的熔点有规则空间排列的晶体是有固定熔点的。玻璃是一种玻璃态物质,玻璃态是介于结晶态与无定形之间的一种物质状态。它的结构特点是它的粒子不象晶体那样有严格的空间排列,但又不象无定形那样无规则排列。人们把玻璃态的这种结构特征称为“短程有序而远程无序” 。即从小范围来看,它有一定的晶体排列,但从整体上看,却像无定形物质那样无晶形的排列规律。所以,玻璃态物质没有固定的熔点,而是在一定的温度范围内逐渐软化而变化为液态。三、玻璃瓶塞会跟 NaOH 等碱性溶液反应,为什么 NaOH 溶液还能用玻璃瓶盛装由于玻璃不是简单的 Na2SiO3 、CaSiO 3 、 SiO2机械混合物,它们相互结合为多聚硅酸的长链,金属阳离子处于无规则的多聚硅酸的长链包围之中。所以玻璃中的 Na2SiO3 、CaSiO 3 、 SiO2不是独立存在的,即玻璃中 SiO2与一般所说的是有区别的。瓶口内侧与瓶塞都是经过磨砂处理的,表面粗糙,造成碱性的液体容易滞留,并且水分蒸发,碱液浓度增大,促使二者更易反应。其他部位因表面光滑而难于反应。由于从组成和结构上看多聚硅酸的长链与 SiO2相似,所以通常把玻璃跟 NaOH 等碱性溶液反应简单地看成 SiO2与碱溶液的反应。四、二氧化硅与碳酸钠和碳酸钙反应的原因玻璃工业生产的主要原理是在强热的条件下发生Na2CO3 SiO2 Na2SiO3 CO2 ↑,CaCO 3 SiO2 CaSiO3 CO2 ↑上述反应都是在高温条件下进行的,有利于二氧化碳从体系中挥发出来,而二氧化硅不行,所以反应可以进行。符合难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理。所以上述反应不与“Na 2SiO3 CO2H2O Na2CO3 H2SiO3↓”矛盾,因为后者是在溶液中进行的,符合复分解反应的原理。五、怎样用氧化物来表示硅酸盐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,氧化物前系数的确定除氧元素外,其他的元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。注意事项氧化物之间用“·”隔开;系数配置出现分数应化为整数。如正长石 KAlSi3O8要写成K2O·Al2O3·6SiO2形式。六、碳族元素化合价有哪些特点碳族元素主要化合价为2 和4,非金属元素还有-4 价。其中 Pb2 价稳定;其余的4价稳定。典例剖析【例 1】向下列物质的浓溶液中缓慢地通入过量 CO2气体,整个过程中无明显现象的是 A.水玻璃 B.苯酚钠 C.漂白粉 D.饱和碳酸钠 E.氯化钙解析 CO2溶于水生成碳酸,碳酸的酸性比盐酸弱,而比硅酸、次氯酸、苯酚强。根据酸与盐反应的规律(弱酸不能制强酸) ,过量 CO2通入硅酸钠溶液中有白色沉淀 H2SiO3生成,CO 2通入苯酚钠溶液中会生成苯酚浊液;CO 2通入次氯酸钙溶液过程中会生成碳酸钙白色沉淀,CO 2过量最终沉淀会消失;过量 CO2通入饱和碳酸钠溶液会生成碳酸氢钠,碳酸氢钠溶解度比碳酸钠溶解度小而结晶析出;CO 2通入氯化钙溶液无明显现象。 答案E。规律总结 此题易出错的地方有三个①CO 2通入氯化钙溶液无明显现象;②题干中CO2是过量的;③碳酸氢钠因溶解度小而结晶析出。【例 2】2002 年上海将足量 CO2通人 KOH 和 CaOH2的混合稀溶液中,生成沉淀的物质的量( n)和通入 CO2体积( y)的关系正确的是4A B C D解析CO 2通入 KOH 和 CaOH2的混合溶液中,首先发生反应CO22OH- Ca2+ CaCO3↓H 2O,此段时间内随着 CO2的不断通入,沉淀量逐渐增加;等 CaOH2反应完,溶液中还剩余 OH- ,再通 CO2,即发生反应CO 22KOHK2CO3H2O,此段时间内,随着 CO2的不断通入,沉淀量保持不变; 等 KOH 反应完,继续通 CO2,即发生反应CaCO3CO2H2OCaHCO32,沉淀量逐渐减少,一直到沉淀完全溶解。D 图象符合题意。实际上这里还有一个定量关系完全生成碳酸钙沉淀所需的 CO2的体积和使碳酸钙沉淀完全溶解所需的 CO2的体积相等。答案D。 规律总结遇到通入气体沉淀又溶解的这类题,首先联想到碳酸盐,亚硫酸盐转化为酸式盐,当全部转化为正盐时,如有 OH- ,则应把 OH- 中和完毕,酸式盐再转化为正盐。【例 3】Fe 3O4若看作“混合氧化物”时可写成 FeO·Fe2O3,若看作一种盐时又可写成 FeFeO22.根据化合价规则和这种书写方法,Pb 3O4可以分别写成________和________。解析 Fe 元素有+2、+3 价,Fe 3O4中有 1/3Fe 元素为+2 价,2/3Fe 元素为+3价.与 Fe 元素不同,铅是+2 价、+4 价.按化合价规则及题中要求的写法即低价在前,高价在后,且高价元素形成酸根,故 Pb3O4应改写为下列两种形式 2PbO·PbO2和Pb2PbO4。【例 4】 草酸晶体与浓硫酸共热可制得 CO,其化学方程式如下H 2C2O4 CO↑CO 2↑H 2O,现利用该反应制取 CO 气体,要求a.验证 CO 还原性及其氧化产物。b.剩余气体 CO 不能排入大气中,并回答有关问题(1)试从图中选用几种装置(有些可重复使用)连接成一套实验装置,所选用的装置及连接顺序为 。(2)用简洁的文字说明所选的装置,如何达到上述两要求a. ;b. 。(3)在装置 C 中的化学反应方程式为 。(4)本实验有四个酒精灯 A、B、C、H,正确操作时点燃酒精灯的顺序是 ;试简单说明理由; 。熄灭酒精灯的顺序是 ;试简单说明理由。(5)用有效气体还原 0.40g 将生成的气体通入过量澄清石灰水中,生成 0.75g白色沉淀,则 中 值是 , 值是 。解析在制取气体时,根据方程式H 2C2O4 CO↑CO 2↑H 2O,可知这是一个固体与液体物质在加热条件下制取气体的反应,应选装置 A。因为草酸在加热中分解生成 CO 时,同时有 CO2 和 H2O 生成,若不除去则影响 CO 还原性和进行氧化产物 CO2 的鉴定。可选用装有苛性钠的 U 型管以吸收混合气体中的 CO2 ,同时还要配以装有澄清石灰水的装置 E。当气体通过 G 装置后进行装置 E 无浑浊出现,说明混合气体中 CO2 已除尽,然后通过装有浓 H2SO4 的洗气瓶进行干燥,才能进入装置 C 与 反应,证明 CO 的还原性。5在 C 中反应生成 Fe 和 CO2 ,证明生成了 CO2 ,只能再次选用装置 E,其中溶液在气体通过后出现浑浊,证明在反应中已生成了 CO2 ,这就说明了 CO 的还原性,CO 在反应中被氧化为 CO2 ,剩余 CO 不能向空气中排放,无其他试剂可以将其吸收,所以将尾气在 H 处点燃,使未反应的 CO 转化为 CO2 。实验中有三处装置使用酒精灯,即 A、C、H。正确操作点燃酒精灯的顺序应为A→H→C。使分解产生的气体将系统内的空气排净,防止加热时发生爆炸,而熄灭酒精灯的顺序应为 C→A→H。这是因为要使已被还原的铁粉在 CO 的气流中冷却,以防止再被氧化影响实验结果。实验最后给出测定的有关数值,要求确定 中的 和 值中含氧原子的物质的量,故 答案1A→G→E→F→C→E→H2a.草酸分解气体通过装置 E 时无白色沉淀生成说明其中所含 CO2 已除尽,通过装置 C 反应后气体通过第二个装置 E 时出现白色沉淀,说明CO 的氧化产物为 CO2 。b.尾气在装置 H 处点燃,使剩余的 CO 转化为 CO2 3 4A→H→C,使分解产生的气体把实验系统内的空气排尽,防止加热时引起爆炸C→A→H,使热的铁粉在 CO 气流中冷却,防止铁粉再次被氧化52、3知能训练一、选择题1.2002 全国理综,6以下说法正确的是 A.纳米材料是一种称为“纳米“的新物质制成的材料 B.绿色食品是指不含任何化学物质的食品C.生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气 D.光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的2.2004 上海,大综玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进行刻蚀,将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是A、烧碱 B、纯碱 C 、氢氟酸 D、 盐酸3. (2001 春季,5)下列氧化物按其形成的含氧酸酸性递增顺序排列的是A. 5232OPSSiO?B. 3522SOPCSi??C. D. 2i4.对于碳族元素,下列说法正确的是 A.锗、硅元素的单质都是半导体材料 B.CH 4、SiH 4、GeH 4的稳定性依次减弱C.H 2CO3、H 2SiO3、H 2GeO3的酸性依次增强 D.C、Si、Ge、Sn、Pb 的熔、沸点依次升高5.下列说法①硅化学性质很稳定,因此硅在自然界中以游离态形式存在;②硅和二6氧化硅晶体都属于原子晶体;③二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大的差异;④二氧化硅是一种酸性氧化物,它不与任何酸发生反应。正确的是 A.①②③④ B.①②④ C.①④ D.②③ 6.二氧化硅属于酸性氧化物的理由主要是 A.硅是非金属元素 B.二氧化硅对应的水化物是可溶性弱酸C.二氧化硅能与强碱反应生成盐和水 D.二氧化硅不能与酸反应7.某混合气体中可能含有 H2、CO、CO 2、HCl、NH 3、和 H2O 气中的两种或多种,当混合气体依次通过① 澄清石灰水无浑浊现象,② BaOH 2溶液有浑浊现象,③ 浓H2SO4无现象,④ 灼烧氧化铜变红,⑤ 无水 CuSO4变蓝。对该混合气体成分正确判断的是 A.一定没有 CO2,肯定有 H2 B.一定有 CO、CO 2、H 2O气C.一定有 H2、CO 2、HCl D.可能有 CO2、NH 3、H 2O气8.将标准状况下 2?24 L CO2通入 150 mL 1mol·L-1 NaOH 溶液中,下列说法正确的是 A. cHCO3- 略大于 c? CO32- ? B.能使酸性高锰酸钾溶液褪色C. c?Na+ ?等于 c? CO32- ?与 c? HCO3- ?之和 D. c? HCO3- ?略小于 c? CO32- ?9.下列离子方程式,正确的是A.澄清石灰水通人过量二氧化碳Ca 2+ 2OH- CO2 CaCO3↓H 2OB.硅酸钠溶液中通人足量二氧化碳SiO 32- 2CO23H2O H4SiO4↓2HCO 3-C.二氧化硅与烧碱溶液反应SiO 2 2OH- SiO32- H2OD.硅酸与烧碱溶液中和H + OH- H2O10.如果发现 114 号新元素 X,则下列可能具有的性质合理的是A.X 是非金属元素 B.X 有稳定的氢化物 C.X 的4 价化合物比2 价化合物稳定 D.XO 2具有强氧化性11.下列各组离子中能大量存在的是A.K + 、SiO 32- 、OH - 、Na + B. Na + 、H + 、CO 32- 、SO 42-C.K + 、H + 、SiO 32- 、Cl - D.OH - 、Na + 、HCO 3- 、Cl -12.下列 5 个转化,其中不能通过一步反应实现的是① SiO2 → Na2SiO3 ② CuSO4 → CuCl2 ③ SiO2 → H2SiO3 ④ CuO → Cu(OH) 2 ⑤ Na2O2 → Na 2SO4A.① ② B.③ ④ C.② ③ ④ D.② ③ ④ ⑤13.高岭土的组成可表示为 Al2Si2OxOHy ,其中 x、 y 的数值分别是A.7、2 B.5、4 C.6、3 D.3、6二、填空题14.Fe 3O4可以写成 FeO·Fe2O3,若看作一种盐时,又可写成 FeFeO22。根据化合价规律和这种书写方法,则 Pb3O4的氧化物形式为 ,盐的形式为 。等物质的量的 Fe3O4和 Pb3O4分别和浓盐酸时,所消耗 HCl 的物质的量相等,不同的是,高价的铅能将盐酸氧化而放出氯气。试写出 Fe3O4、Pb 3O4分别和浓盐酸反应的方程式 , 。15.一固体单质 A 加入 NaOH 溶液生成单质气体 B 和化合物甲,气体 B 和单质 C 在一定条件下反应生成化合物乙,化合物甲加入过量盐酸生成白色胶状物质丙,丙彻底脱去化合物乙生成难溶物丁,丁加入 NaOH 又可生成化合物甲。写出上述物质的化学式 A ,B ,C ,甲 ,乙 ,丙 ,丁 。写出 A 与 NaOH 反应的化学方程式 。写出甲与盐酸反应的离子方程式 。716.有三种不同质量比的氧化铜与炭粉的混合物样品①、②、③。甲、乙、丙三同学各取一种样品,加强热充分反应,测定各样品中氧化铜的量。(1)甲取样品①强热,若所得固体为金属铜,将其置于足量的稀硝酸中微热,产生1.12 L 气体?标准状况?,则样品①中氧化铜的质量为 g。(2)乙取样品② a g 强热,生成的气体不能使澄清的石灰水变浑浊。再将反应后的固体与足量的稀硝酸微热,充分反应后,有 b g 固体剩余,该剩余固体的化学式为 。样品②中氧化铜质量为 g(以含 a、 b 的代数式表示) 。(3)丙称量样品③强热后剩余的固体,质量比原样品减小了 c g,若该固体为金属铜,则样品③中氧化铜物质的量( n)的取值范围为 。三、计算题17.向 300mL KOH 溶液中缓慢通入一定量的 CO2气体,充分反应后,在减压低温下蒸发溶液,得到白色固体。请回答下列问题1由于 CO2通入量不同,所得到的白色固体的组成也不同,试推断有几种可能的组成,并分别列出。2若通入 CO2气体为 2.24L(标准状况下) ,得到 11.9g 的白色团体。请通过计算确定此白色固体是由哪些物质组成的,其质量各为多少所用的 KOH 溶液溶质的物质的量浓度为多少参考答案1.D 2.C 3.B4.AB 5.D 6.C 6.C 8.A 9.BC 10.D 11.A 12.B 13.B14.2PbO·PbO 2 Pb2PbO4 Fe3O48HClFeCl22FeCl34H2O,Pb 3O48HCl3PbCl2Cl2↑4H 2O15.Si H 2 O2 Na2SiO3 H2O H4SiO4 SiO2 Si2NaOH H2O Na2SiO3 2H2↑ SiO 32- 2HH2OH4SiO4↓ 16. (1)6.0 (2)C;0ba?(3)molcnolc8?17. (1)①K 2CO3和 KOH ②K 2CO3 ③K 2CO3和 KHCO3 ④KHCO 3(2)白色固体由 K2CO3和KHCO3组成, 其质量各为 6.90g 和 5.00g 0.500 molL -1
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