高中化学碳、硅及其化合物性质及应用

1、 第二章第九节第二章第九节 碳、硅及其化合物的性质及应用碳、硅及其化合物的性质及应用 课前检测课前检测(见必修见必修1P62-68) 1、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（ ） A、硅材料广泛用于光纤通讯、硅材料广泛用于光纤通讯 B、工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品、工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 C、水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品；、水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品； D、粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应、粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 E、硅在自然界以化合态和游离态存在，在地壳中含、硅在自然界以化合态和游离态存在，在地壳中含 量仅次于氧量仅次于氧 F、常温下，硅可与氟气、

2、强碱溶液反应；在加热条、常温下，硅可与氟气、强碱溶液反应；在加热条 件下，硅还可以与氧气、氯气、氢气等物质反应件下，硅还可以与氧气、氯气、氢气等物质反应 G、二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸、二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 H、因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，、因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳， 所以硅酸的酸性比碳酸强所以硅酸的酸性比碳酸强 A、F i.长期盛放长期盛放NaOH溶液的滴瓶不易打开溶液的滴瓶不易打开,主要是因为主要是因为NaOH 吸收了吸收了CO2所致所致 知识点三知识点三 NaNa2 2COCO3 3与与NaHCONaHCO3 3的比较（看的比较

3、（看备考指备考指 南南3131页学生活动页学生活动2 2） HCOHCO3 3- - 、COCO3 32- 2- 的检验 的检验 知识点四知识点四 CO32-的检验：的检验： 向待检验溶液中滴加一定量的向待检验溶液中滴加一定量的 Ca2+或或 Ba2+的可溶性的可溶性 盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的盐酸白色沉淀盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的盐酸白色沉淀 溶解且生成无色，无味的气体，则待检溶液中有溶解且生成无色，无味的气体，则待检溶液中有 CO32-。 HCO3- 的检验：的检验： 向待检验溶液中滴加足量的向待检验溶液中滴加足量的 Ca2+或或 Ba2+可溶性盐溶可溶性盐溶 液无明显

4、现象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有无液无明显现象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有无 色、无味的气体生成，则待检溶液中有色、无味的气体生成，则待检溶液中有 HCO3-。 3、硅的性质：、硅的性质： （1）物理性质：单质硅有）物理性质：单质硅有 和和 形两种。晶体硅是形两种。晶体硅是 色，有色，有 光光 泽、硬而脆的固体，类似于金刚石，熔沸泽、硬而脆的固体，类似于金刚石，熔沸 点高，是良好的点高，是良好的 材料。材料。 （2）化学性质：）化学性质： 常温下化学性质常温下化学性质 ；不易跟强酸、；不易跟强酸、 强碱、强氧化剂发生化学反应，但在一定强碱、强氧化剂发生化学反应，但在一定 条件下

5、能跟条件下能跟 反应。反应。 晶体硅晶体硅 无定无定 灰黑灰黑 稳定稳定 金属金属 半导体半导体 HF、浓、浓NaOH溶液溶液 化学性质化学性质 还还 原原 性性 与单质反应与单质反应 与酸反应与酸反应 与碱溶液反与碱溶液反 应应 C+O2=CO2 Si+O2=SiO2 Si+2F2=SiF4 Si+4HF= SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O= Na2SiO3+2H2 C+4HNO3（浓）（浓）= CO2 +4NO2 +2H2O 点燃点燃 硅和碳单质的性质对比硅和碳单质的性质对比 4、纯硅的制取（见必修、纯硅的制取（见必修1P81习题习题7) （1）粗硅的制取：）粗硅的制取： ； （

6、2）粗硅提纯：）粗硅提纯： ； ； SiO2+2C Si+2CO 高温 电炉 Si+2Cl2 SiCl4 加热 SiCl4+2H2 Si+4HCl 高温 粗硅粗硅 高纯硅高纯硅 5、用途、用途(见必修见必修1P79-81和指南和指南P32) （1）制集成电路、晶体管、硅整流器等）制集成电路、晶体管、硅整流器等 半导体材料半导体材料 （2）硅太阳能电池硅太阳能电池：将太阳能直接转换：将太阳能直接转换 成光能成光能 （2）含硅）含硅4%的钢可制变压器铁芯的钢可制变压器铁芯 （3）含硅）含硅15%的钢具有耐酸性，制耐酸设备的钢具有耐酸性，制耐酸设备 对比：二氧硅的用途对比：二氧硅的用途（见（见指南指

7、南P P32 32） ） 光导纤维、光学仪器、电子部件、石英坩埚、光导纤维、光学仪器、电子部件、石英坩埚、 1、物理性质：、物理性质： 天然的二氧化硅称为硅石，天然的二氧化硅称为硅石， 分为分为 形和形和 形两种；二氧化硅形两种；二氧化硅 是是 、 、 的主要成分，的主要成分， 具有硬度具有硬度 ，熔点，熔点 ， 导电，导电， 不溶于水等性质。不溶于水等性质。 (哪些名称的物质的主要成分是哪些名称的物质的主要成分是SiO2SiO2？见必？见必 修修1P:751P:75) 晶体晶体无定无定 岩石岩石沙子沙子矿物矿物 大大高高不易不易 （二）二氧化硅（二）二氧化硅 硅氧比例：硅氧比例：1 1：2

8、2 没有没有SiOSiO2 2 分子存在， 分子存在， 只存在硅氧原子只存在硅氧原子 正四面体空间网状结构正四面体空间网状结构 2 2、SiOSiO2 2的结构的结构 弱氧化性：弱氧化性：SiO2+ C ； 与氢氟酸的反应：与氢氟酸的反应： SiO2+ 4HF . CaSiO3 高温 2 Na2SiO3+H2O 2 Si + 2CO 高温 SiF4 + 2H2O 由二氧化硅的类别推测有哪些化学性质？由二氧化硅的类别推测有哪些化学性质？ 3 3、化学性质：、化学性质：( (见指南见指南P P64 64学生活动 学生活动5 5) ) 具有酸性氧化物的通性：具有酸性氧化物的通性： SiOSiO2 2

9、+CaO +CaO ； SiOSiO2 2+ + NaOH NaOH ； SiO2 SiO2不是两性氧化物。不是两性氧化物。 思考：思考： 1、 SiO2SiO2能与水反应得到硅酸吗？能与水反应得到硅酸吗？ 3、玻璃中有、玻璃中有SiO2，氢氟酸如何保存？，氢氟酸如何保存？ 4、能用氢氟酸来、能用氢氟酸来“雕刻雕刻”玻璃吗？玻璃吗？ 不能不能 用塑料瓶用塑料瓶 能，生成气体和水能，生成气体和水 5、实验室盛放、实验室盛放NaOH溶液的试剂瓶用溶液的试剂瓶用 橡皮塞而不用玻璃塞，知道原因吗？橡皮塞而不用玻璃塞，知道原因吗？ NaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiO2反应反应 生成生成Na2

10、SiO3， Na2SiO3是一种矿物胶，是一种矿物胶， 会使瓶塞与瓶口粘结而无法打开。会使瓶塞与瓶口粘结而无法打开。 白色胶状白色胶状 3、硅酸的化学性质：、硅酸的化学性质： Na2SiO3+CO2+H2O= H2SiO3+Na2CO3 酸性酸性 H2SiO3 H2CO3 （1）弱酸性）弱酸性 （2）不稳定性）不稳定性 H2SiO3 = H2O+SiO2 Na2SiO3溶液密封橡胶塞保存保存溶液密封橡胶塞保存保存 1.1.硅酸硅酸 物理性质：与一般的无机含氧酸不同，硅酸物理性质：与一般的无机含氧酸不同，硅酸 （填（填“难难”或或“易易”）溶于水。）溶于水。 难难 (2)、硅酸的制备、硅酸的制备

11、(见必修见必修1P76) 现象现象 结论结论 滴入滴入酚酞酚酞后溶液变为后溶液变为 色，再滴入色，再滴入稀盐稀盐 酸酸，溶液，溶液 ， 同时有同时有 产生。产生。 a、Na2SiO3溶液呈碱性，溶液呈碱性， b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于 水的硅酸，水的硅酸， c、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶，、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶， d、静置则形成硅酸沉淀。、静置则形成硅酸沉淀。 实验实验4-1 红红 红色变浅至无色红色变浅至无色 白色胶状沉淀白色胶状沉淀 （2）硅酸的制备）硅酸的制备可溶性硅酸盐与其他可溶性硅酸盐与其他 酸反应制得：酸反应制得： a、 ；

12、 b、 ； Na2SiO3+2HCl H2SiO3+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3+Na2CO3 1为确认为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生的酸性强弱，某学生 设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的(不必不必 选其他酸性物质选其他酸性物质)。请据此回答：。请据此回答： (1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂 应为应为_。 (2)装置装置B所盛的试剂是所盛的试剂是_，其作用是，其作用是 _。 (3)装置装置C所盛试剂是所盛试剂是_， C中反应离子方

13、程式是中反应离子方程式是_。 盐酸盐酸 饱和饱和NaHCO3溶液溶液 除去盐酸中挥发出的除去盐酸中挥发出的HCl气体气体 Na2SiO3溶液溶液 SiO32CO2H2O=H2SiO3CO32 1、硅酸盐、硅酸盐 ； 的总称，是构成地壳岩层的主要的总称，是构成地壳岩层的主要 成分。一般都成分。一般都_，化学性质很，化学性质很 _。 是由硅、氧和金属组成是由硅、氧和金属组成 的化合物的化合物 不溶于水不溶于水 稳定稳定 ( (二）硅酸盐二）硅酸盐 硅酸盐组成的表示：硅酸盐组成的表示： 1、硅酸盐化学式的氧化物表示方法硅酸盐化学式的氧化物表示方法: 书写规则书写规则：金属氧化物金属氧化物(两种金属氧

14、化物，活两种金属氧化物，活 泼的写在前面泼的写在前面)写在最前面，然后写二氧化硅，写在最前面，然后写二氧化硅， 最后写水，而且氧化物之间用最后写水，而且氧化物之间用“.”隔开隔开 硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3可以写成可以写成 Na2O SiO2 高岭石：高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 钠长石钠长石:NaAlSi3O8 正长石正长石:KAlSi3O8 Al2O3 2SiO2 2H2O Na2O Al2O3 6SiO2 K2O Al2O3 6SiO2 2、重要的硅酸盐、重要的硅酸盐- NaNa2 2SiOSiO3 3 实验实验4-2放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入Na2SiO3饱和溶液饱和溶

15、液 现象现象 结论结论 先变干，后燃烧先变干，后燃烧仅变干，不燃烧仅变干，不燃烧 Na2SiO3可作木材、可作木材、 纸张的防火剂纸张的防火剂 Na2SiO3的水溶液俗称的水溶液俗称 ，呈，呈 性，有黏稠性，可用作防火剂、黏胶剂。性，有黏稠性，可用作防火剂、黏胶剂。 水玻璃水玻璃 碱碱 见指南见指南P P64 64学生活动 学生活动6 6（1 1） 与实验与实验作对照，证明起防火作用的是作对照，证明起防火作用的是Na2SiO3而不是水。而不是水。 三三.无机非金属材料无机非金属材料 无无 机机 非非 金金 属属 材材 料料 传统传统无机非金属材料无机非金属材料: : 新型新型无机非金属材料无机

16、非金属材料( (见必修见必修1P67)1P67) 玻璃、水泥、陶瓷玻璃、水泥、陶瓷 见指南见指南P P64 64学生活动 学生活动6 6（2 2） 见指南见指南P P64 64学生活动 学生活动6 6（2 2）（）（3 3） 生产过程：生产过程： 普通硅酸盐水泥的成分：普通硅酸盐水泥的成分： （2 2）水泥）水泥 硅酸三钙硅酸三钙( (3CaOSiO2) ) 硅酸二钙硅酸二钙( (2CaOSiO2) ) 混合物混合物 铝酸三钙铝酸三钙( (3CaOAl2O3) ) 性能：性能： （1 1）陶瓷）陶瓷 陶瓷都是以 为原料，经 而成的。 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成 型等许多优点

17、。 黏土黏土高温烧结高温烧结 水硬性水硬性 黏土黏土 AlAl2 2OO3 32SiO2SiO2 22H2H2 2OO （3）玻璃： 生产过程： CaCO3 +SiO2=CaSiO3 + CO2 高温 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 高温 成分：成分： 混合物，也可以表示为：混合物，也可以表示为：Na2OCaO6SiO2； 性能：性能： （熔炉）（熔炉） 要注意玻璃与石英玻璃成分的对比？两者的主要成分？类别？要注意玻璃与石英玻璃成分的对比？两者的主要成分？类别？ 玻璃：硅酸盐玻璃：硅酸盐 ； 石英玻璃：二氧化硅石英玻璃：二氧化硅 认知无盲区认知无盲区 (1)碳单质的化学性质主要

18、表现为还原性，能被氧碳单质的化学性质主要表现为还原性，能被氧 化剂氧化为化剂氧化为2价或价或4价的化合物。价的化合物。 (2)工业上制备硅的反应：工业上制备硅的反应： 认知无盲区认知无盲区 (1)SiO2和和CO2都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水。都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水。 (2)SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟 酸反应。酸反应。 (3)SiO2不溶于水，故不能用不溶于水，故不能用SiO2与水反应制备硅酸。与水反应制备硅酸。 (5)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气 在电炉

19、中进行，得到的氧化产物是在电炉中进行，得到的氧化产物是CO而不是而不是CO2。 1牢记牢记2种物质的用途：种物质的用途： 晶体硅：半导体材料、制芯片、太阳能电池。晶体硅：半导体材料、制芯片、太阳能电池。二氧二氧 化硅：制光导纤维。化硅：制光导纤维。 2熟记熟记5个化学方程式：个化学方程式： Si4HF=SiF42H2Si2NaOH H2O=Na2SiO32H2 SiO24HF=SiF42H2O SiO2 2NaOH=Na2SiO3H2O Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3 SiO2+2C Si+2CO 高温 电炉 2SiO2与水不反应，如何由与水不反应，如何由SiO2制备硅酸

20、？制备硅酸？ 3实验室里熔融实验室里熔融NaOH固体时，能否选用瓷坩埚？为什么？固体时，能否选用瓷坩埚？为什么？ 答案：不能，因为陶瓷中含有答案：不能，因为陶瓷中含有SiO2，会与，会与NaOH反应生成反应生成 溶于水的溶于水的Na2SiO3。 应该用铁应该用铁坩埚。坩埚。 4Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，水玻璃能否露置于空气的水溶液俗称水玻璃，水玻璃能否露置于空气 中长期存放？中长期存放？ 答案：不能答案：不能 考点师说考点师说 硅及其化合物性质的硅及其化合物性质的“十大反常十大反常” (1)碳族元素的主要化合价一般是碳族元素的主要化合价一般是2、4价，而硅常价，而硅常 见的是见的是4价。价。 (2)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还中还 原出