无机非金属材料的主角——硅、碳复习

1、必须会必须会 写对的写对的 方程式方程式 1 1、SiSi和和NaOHNaOH溶液反应溶液反应 2 2、SiSi和和HFHF反应反应 3 3、SiOSiO2 2与与NaOHNaOH溶液反应溶液反应 4 4、SiOSiO2 2与碳反应与碳反应 5 5、SiOSiO2 2与与HFHF反应反应 6 6、向、向NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中通入过量溶液中通入过量COCO2 2 7 7、MgMg在在COCO2 2中燃烧中燃烧 8 8、向澄清石灰水中通入少量、向澄清石灰水中通入少量COCO2 2 9 9、向澄清石灰水中通入过量、向澄清石灰水中通入过量COCO2 2 1010、除去、除去COCO2

2、2中的中的COCO 1111、生产玻璃的两个方程式、生产玻璃的两个方程式 （1 1）SiOSiO2 2与与NaNa2 2COCO3 3反应反应 （2 2）SiOSiO2 2与与CaCaCOCO3 3反应反应 第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物 第一节第一节 碳、硅及无机非金属材料碳、硅及无机非金属材料 一、碳和硅的存在和性质一、碳和硅的存在和性质 1 1、存在形态及常见单质、存在形态及常见单质 自然界中碳元素既有自然界中碳元素既有游离态游离态，又有，又有化合态化合态，而硅元，而硅元 素因有亲氧性，所以素因有亲氧性，所以仅有化合态仅有化合态。碳单质主要有金。碳单质主要有金 刚石、石墨

3、等同素异形体，硅单质主要有刚石、石墨等同素异形体，硅单质主要有晶体硅晶体硅和和 无定形无定形两大类。两大类。 2 2、单质的结构、物理性质与用途比较、单质的结构、物理性质与用途比较 碳硅硅 结构结构 金刚石：金刚石：空间网状结构空间网状结构 石石 墨：墨：层状结构层状结构 晶体硅：晶体硅：与金刚石类似的与金刚石类似的 空间网状结构空间网状结构 物理物理 性质性质 金刚石：金刚石：熔点高、硬度大熔点高、硬度大 石石 墨：墨：熔点高、质软，熔点高、质软， 有滑腻感有滑腻感 晶体硅：晶体硅：灰黑色固体，有灰黑色固体，有 金属光泽、硬度大、熔点金属光泽、硬度大、熔点 高高 用途用途 金刚石：金刚石：用

4、作切割刀具用作切割刀具; ; 石墨：石墨：用作电极、铅笔芯用作电极、铅笔芯 晶体硅：晶体硅：作半导体材料、作半导体材料、 硅芯片和硅太阳能电池硅芯片和硅太阳能电池 10928 金刚石是一种具有金刚石是一种具有空间网状结构空间网状结构的的原子晶体原子晶体，金刚石，金刚石 的熔点（的熔点（35503550）和沸点（）和沸点（48274827）都很高）都很高, ,硬度硬度很大。很大。 金刚石金刚石 金刚石与石墨晶体结构对比金刚石与石墨晶体结构对比 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

5、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

6、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 120120 共价键共价键 范德华力范德华力 石墨是石墨是层状结构层状结构，在每一层内，碳原子排成，在每一层内，碳原子排成正六边形正六边形，每个碳，每个碳 原子与其它原子与其它3 3个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；在层在层 与层之间与层之间，是以是以分子间作用力分子间作用力结合的。由于同一层的碳原子以较强结合的。由于同一层的碳原子以较强 共价键结合，使石墨的共价键结合，使石墨的熔点很高熔点很高 ( (比金刚石的

7、还要高）比金刚石的还要高）。但由于层。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。硬度很小。 石墨石墨 晶体硅是具有正四面体结构晶体硅是具有正四面体结构 的立体网状结构的的立体网状结构的原子晶体原子晶体。 Si 1091092828 晶体硅的晶体结构晶体硅的晶体结构 与金刚石相似，也是与金刚石相似，也是 由一个硅原子与由一个硅原子与4 4个硅个硅 原子结合形成正四面原子结合形成正四面 体，许多这样的正四体，许多这样的正四 面体向周围空间延伸面体向周围空间延伸 形成空间网状的结构。形成空间网状的结构。 但由于但由于硅原子半径比硅

8、原子半径比 碳原子半径大，所以，碳原子半径大，所以， 其熔沸点要比金刚石其熔沸点要比金刚石 低，硬度要比金刚石低，硬度要比金刚石 小。小。 晶体硅结构晶体硅结构 3 3、化学性质、化学性质( (一般表现为还原性一般表现为还原性) ) 特别提醒特别提醒 (1)碳单质的化学性质主要表现为还原性，能碳单质的化学性质主要表现为还原性，能 被氧化剂氧化为被氧化剂氧化为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 粗硅的制备：粗硅的制备：SiO22C= 高温高温 Si 2CO 由粗硅制纯硅：由粗硅制纯硅：Si(粗粗)2Cl2= SiCl4 SiCl42H2= 高温高温

9、Si(纯纯)4HCl。 。 4 4、碳族元素特殊性、碳族元素特殊性 例例1：还原性：还原性 Sn2+Fe2+，氧化性，氧化性PbO2Cl2， 试写出下列化学方程式：试写出下列化学方程式： 氯气与锡共热：氯气与锡共热：_ 氯气与铅共热：氯气与铅共热：_ PbO2浓盐酸共热浓盐酸共热_ 能说明能说明Sn2+还原性比还原性比Fe2+还原性强的离子方还原性强的离子方 程式是程式是_. 把棕色的把棕色的PbO2投入亚硫酸溶液中充分反应，投入亚硫酸溶液中充分反应， 可观察到把棕色的可观察到把棕色的PbO2逐渐变成白色固体物质逐渐变成白色固体物质 Sn+2Cl2=SnCl4 Pb+Cl2= PbCl2 Pb

10、O2+4HCl(浓浓)= PbCl2+Cl2+2H2O PbO2+H2SO3=PbSO4+H2O Sn2+2Fe3+=Sn4+2Fe2+ 物质物质二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅 分类分类均为酸性氧化物均为酸性氧化物 结构特点结构特点 由分子构成由分子构成 由氧原子与硅原子构成立体网由氧原子与硅原子构成立体网 状结构状结构 物理性质物理性质熔沸点低，可溶于水熔沸点低，可溶于水 坚硬难熔的固体，不溶于水坚硬难熔的固体，不溶于水 化化 学学 性性 质质 与碱与碱( (如如 NaOHNaOH) )反应反应 CO22NaOH= Na2CO3H2O SiO22NaOH=Na2SiO3 H2O 与水反应与

11、水反应CO2H2O H2CO3 与与 CaO 反应反应 CaOCO2 = CaCO3 高温高温 CaOSiO2=CaSiO3 与与 HF 反应反应4HFSiO2=SiF42H2O 用途用途制饮料、碳酸盐等制饮料、碳酸盐等光导纤维光导纤维、光学仪器、电子部件、光学仪器、电子部件 存在存在空气空气岩石、水晶、硅藻土岩石、水晶、硅藻土 二、二、COCO2 2 和和 SiOSiO2 2 的比较的比较 10928 SiSi O O 二氧化硅二氧化硅 二氧化硅是二氧化硅是原子晶体原子晶体，一个硅原子跟，一个硅原子跟4 4个氧原子结合，每个个氧原子结合，每个 氧原子跟两个硅原子结合。实际上，氧原子跟两个硅原

12、子结合。实际上，二氧化硅晶体是由硅原子和二氧化硅晶体是由硅原子和 氧原子按氧原子按1 1 ： ：2 2的比例所组成的立体网状结构的晶体 的比例所组成的立体网状结构的晶体。它的熔点。它的熔点 （17231723）沸点（）沸点（22302230）高，硬度大，不导电，难溶于一些常）高，硬度大，不导电，难溶于一些常 见的溶剂。见的溶剂。 【小结点睛小结点睛】 1 1、牢记、牢记2 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。 二氧化硅：制光导纤维二氧化硅：制光导纤维 2 2、熟记、熟记5 5个化学方程式个化学方程式 SiSi4HF=SiF

13、4HF=SiF4 42H2H2 2 SiSi2NaOH2NaOHH H2 2O=NaO=Na2 2SiOSiO3 32H2H2 2 SiOSiO2 24HF=SiF4HF=SiF4 42H2H2 2O O SiOSiO2 22NaOH=Na2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3H H2 2O O NaNa2 2SiOSiO3 3COCO2 2H H2 2O=HO=H2 2SiOSiO3 3NaNa2 2COCO3 3 弱弱 H H2 2SiOSiO3 32NaOH=Na2NaOH=Na2 2SiOSiO3 32H2H2 2O O NaNa2 2SiOSiO3 3COCO2 2H H2 2O=

14、NaO=Na2 2COCO3 3H H2 2SiOSiO3 3 干燥剂、催化剂干燥剂、催化剂 2 2、硅酸盐、硅酸盐 硅酸盐的表示硅酸盐的表示氧化物组合表示法氧化物组合表示法 如如NaNa2 2SiOSiO3 3：_， CaMgCaMg3 3SiSi4 4O O12 12： ：_。 表示方法：表示方法： (1)(1)根据原子守恒及原子个数比例配置系数；根据原子守恒及原子个数比例配置系数； (2)(2)按活泼金属氧化物按活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水的顺水的顺 序书写。序书写。 （3 3）氧化物之间以）氧化物之间以“”隔开，系数出现分数的要化为整数。隔开，系数出

15、现分数的要化为整数。 （4 4）硅酸盐的组成用氧化物来表示，但实际上硅酸盐并不是以）硅酸盐的组成用氧化物来表示，但实际上硅酸盐并不是以 简单氧化物形式存在。简单氧化物形式存在。 NaNa2 2O OSiOSiO2 2 CaOCaO3MgO3MgO4SiO4SiO2 2 硅酸钠硅酸钠 硅酸钠水溶液俗称硅酸钠水溶液俗称水玻璃水玻璃，是无色黏稠液体，常用于，是无色黏稠液体，常用于 制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。 3 3无机非金属材料无机非金属材料 (1)(1)常见硅酸盐材料常见硅酸盐材料 产品产品水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷 设备设备水泥回转窑水泥回转窑玻璃窑玻璃窑 原料原

16、料_黏土黏土石灰石、黏土石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英 (2)(2)特殊含硅材料特殊含硅材料 SiC(SiC(俗称俗称_)_)具有金刚石结构，具有金刚石结构， 硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料。硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料。 含硅含硅4%4%的硅钢具有很高的的硅钢具有很高的_ 性，可用作变压器的铁芯。性，可用作变压器的铁芯。 硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。 分子筛用作分子筛用作_和催化剂。和催化剂。 金刚砂金刚砂 导磁导磁 吸附剂吸附剂 1 1、熔沸点、熔沸点 一般情况下，非金属单质熔沸点低，硬度小，一般情况下，非金属单质熔沸点低，硬度小，

17、 但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为自但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为自 然界中硬度最大的物质，所以可用金刚石制作钻头然界中硬度最大的物质，所以可用金刚石制作钻头 和切割工具。和切割工具。 2 2、导电性、导电性 一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半 导体，石墨是电的良导体，所以晶体硅可作半导体导体，石墨是电的良导体，所以晶体硅可作半导体 材料，石墨可作电极。材料，石墨可作电极。 碳、硅及其化合物的特性与应用碳、硅及其化合物的特性与应用 3 3、SiOSiO2 2作为酸性氧化物的特性作为酸性氧化物的特性 (1)(1)一般情况下，只有

18、碱性氧化物与酸反应，酸性氧一般情况下，只有碱性氧化物与酸反应，酸性氧 化物只与碱反应，不与酸反应，但化物只与碱反应，不与酸反应，但SiOSiO2 2是酸性氧化物，是酸性氧化物， 却能与却能与HFHF反应：反应：SiOSiO2 24HF=SiF4HF=SiF4 42H2H2 2O O，所以不，所以不 能用玻璃容器盛放能用玻璃容器盛放HFHF，用氢氟酸刻蚀玻璃。，用氢氟酸刻蚀玻璃。 (2)(2)一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的酸，一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的酸， 但但SiOSiO2 2不溶于水，不与水反应。不溶于水，不与水反应。 5 5、硅酸和硅酸盐的溶解性、硅酸和硅酸盐的溶解

19、性 一般情况下，大多数酸溶于水，如盐酸、醋酸、一般情况下，大多数酸溶于水，如盐酸、醋酸、 碳酸，但硅酸却不溶于水。碳酸，但硅酸却不溶于水。 硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是 NaNa2 2SiOSiO3 3，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防 火剂等的原料。火剂等的原料。 例例1 1、牙膏样品中碳酸钙的定量测定。利用下图所示装置、牙膏样品中碳酸钙的定量测定。利用下图所示装置( (图图 中夹持仪器略去中夹持仪器略去) )进行实验，充分反应后，测定进行实验，充分反应后，测定C C中生成的中生成的 BaCOBaC

20、O3 3沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数。沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数。 依据实验过程回答下列问题：依据实验过程回答下列问题： (1)(1)实验过程中需持续缓缓通入空气。其作用除了可搅拌实验过程中需持续缓缓通入空气。其作用除了可搅拌B B、 C C中的反应物外，还有：中的反应物外，还有：_； (2)C(2)C中反应生成中反应生成BaCOBaCO3 3的化学方程式是的化学方程式是_。 (3)(3)下列各项措施中，不能提高测定准确度的是下列各项措施中，不能提高测定准确度的是_(_(填填 标号标号) )。 a a在加入盐酸之前，应排净装置内的在加入盐酸之前，应排净装置内的COCO2 2气体气体

21、b b滴加盐酸不宜过快滴加盐酸不宜过快 c c在在A AB B之间增添盛有浓硫酸的洗气装置之间增添盛有浓硫酸的洗气装置 d d在在B BC C之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置 (4)(4)实验中准确称取实验中准确称取8.00 g8.00 g样品三份，进行三次测定，样品三份，进行三次测定， 测得测得BaCOBaCO3 3平均质量为平均质量为3.94 g3.94 g。则样品中碳酸钙的质量分。则样品中碳酸钙的质量分 数为数为_。 (5)(5)有人认为不必测定有人认为不必测定C C中生成的中生成的BaCOBaCO3 3质量，只要测定装质量，只要测定装 置置C C在吸收在吸收COCO2 2前后的质量差，一样可以确定碳酸钙的质前后的质量差，一样可以确定碳酸钙的质 量分数。实验证明按此方法测定的结果明显偏高，原因量分数。实验证明按此方法测定的结果明显偏高，原因 是是 。 【解析解析】B中生成的中生成的CO2气体，在除去了气体，在除去了CO2的空气作用下，可的空气作用下，可 全部排入到全部排入到C中与中与Ba(OH)2反应，提高实验的准确性。反应，提