高三化学一轮复习课件1：碳、硅及无机非金属材料-1

第四章非金属及其化合物第1讲碳、硅及无机非金属材料【考纲点击】1．了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质

及应用．2．了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量

的影响．【考情播报】1．以新材料、新技术为背景，考查C、Si及其重要

化合物的性质及应用．2．以实验探究题、框图推断题考查C、Si元素单质

及其化合物知识的综合应用．3．结合硅的工业生产考查硅及其重要化合物的性

质以及一些基本理论、基本概念.1．物理性质及用途碳硅存在形态游离态、化合态化合态教材回扣碳硅物理性质金刚石：

石墨：灰黑色固体，有金属光泽，

，有脆性熔点高、硬度大熔点高、硬度小熔点高、硬度大碳硅用途

用作切割刀具，

用作电极、铅笔芯

材料和合金材料半导体金刚石石墨2．化学性质碳、硅在参加的化学反应中，一般表现还原性．(1)碳①与O2反应氧足量：

，氧不足：

.C＋O2CO22C＋O22CO②与氧化物反应碳与SiO2反应的化学方程式为：

，碳与H2O反应的化学方程式为：

.2C＋SiO22CO↑＋SiC＋H2O(g)CO＋H2③与强氧化性酸反应C和浓H2SO4反应的化学方程式为：

，C和浓HNO3反应的化学方程式为：

.C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2OC＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O(2)硅①与非金属反应硅和O2反应的化学方程式为：

，硅和Cl2反应的化学方程式为：

，硅和F2反应的化学方程式为：

.②与氢氟酸反应化学方程式为：

.

Si＋O2SiO2Si＋2Cl2SiCl4Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑碳、硅元素单质的特性1．一般情况下，非金属元素单质，熔沸点低，硬度小，但

硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大

的物质．2．一般情况下，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，

石墨为电的良导体．3．一般情况下，较强氧化剂＋较强还原剂―→较弱氧化

剂＋较弱还原剂，而碳却还原出比它更强的还原剂：SiO2＋2CSi＋2CO↑，FeO＋CFe＋CO↑.4．硅为非金属，却可以和强碱反应，放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑.5．一般情况下，较活泼金属＋酸―→盐＋氢气，然而Si

是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si＋4HF===SiF4

↑

＋2H2↑.硅是非金属元素，但是从硅单质具有金属光泽，硅是半导体，能与碱溶液反应放出H2等可以看出，硅表现出某些金属性．

1．下列关于硅的说法中，不正确的是(

)A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽

的固体B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半

导体C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应.解析：晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于金属导体和非金属绝缘体之间，是良好的半导体材料．硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应．答案：C1．一氧化碳CO是无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃

料和冶金工业的

．(1)燃烧的化学方程式为：

·(2)还原CuO的化学方程式为：

.2CO＋O22CO2还原剂CO＋CuOCu＋CO2教材回扣二氧化碳二氧化硅类别均为

氧化物结构特点由二氧化碳分子构成由氧原子与硅原子构成

结构2．二氧化碳和二氧化硅酸性立体网状物理性质熔点和沸点低、可溶于水坚硬难熔的固体、不溶于水二氧化碳二氧化硅二氧化碳二氧化硅化学性质与碱(如NaOH)溶液反应与CaO反应与HF的反应与Na2CO3反应Na2CO3＋H2ONa2SiO3＋H2OCaSiO3CaCO34HF＋SiO2===

SiF4↑＋2H2ONa2CO3＋CO2＋H2O

===

2NaHCO3Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CO2＋2NaOH===SiO2＋2NaOH

===CaO＋CO2===CaO＋SiO2二氧化碳二氧化硅用途制饮料、制碳酸盐光导纤维、光学仪器、电子部件CO2与NaOH溶液反应产物的判断1.反应原理CO2不足：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2过量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3即CO2＋NaOH===NaHCO32.产物判断n(CO2)/n(NaOH)低温蒸干所得物质<NaOH、Na2CO3＝Na2CO3～1Na2CO3、NaHCO3≥1NaHCO3用数轴表示为：该类问题分析的方法思路为：首先确定CO2和NaOH的物质的量之比，然后再根据比例判断产物，同时还要注意守恒法和极值法的应用．2．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是(

)A．水晶的主要成分是二氧化硅B．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别C．二氧化硅不溶于水，也不能跟水反应生成酸D．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应.解析：水晶、玛瑙、沙子都含二氧化硅；SiO2晶体不溶于水，也不能与水反应生成H2SiO3，制取H2SiO3是利用可溶性硅酸盐与酸的反应；SiO2虽然是酸性氧化物，但它可以与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，CO2在通常状况下为气体，SiO2为固体，其物理性质相差很大．答案：D3．用1L1.0mol/LNaOH溶液吸收0.8molCO2，所得溶液

中与的物质的量浓度之比约是(

)A．1∶3

B．1∶2C．2∶3D．3∶2解析：n(NaOH)＝1L×1.0mol/L＝1.0mol，则n(CO2)∶n(NaOH)＝4∶5,4CO2＋5NaOH===Na2CO3＋3NaHCO3＋H2O，则n()∶n()＝1∶3.答案：A1．硅酸(1)物理性质：

溶于水．(2)化学性质

不教材回扣①弱酸性硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸

．与NaOH溶

液反应的化学方程式为：

.②不稳定性受热易分解，化学方程式为：

.弱2NaOH＋H2SiO3===Na2SiO3＋2H2OH2SiO3H2O＋SiO2(3)制备及用途可溶性硅酸盐溶液与其他酸溶液反应可制得硅

酸．如硅酸钠溶液与盐酸反应，其离子方程式为：

.硅胶可用作

、

的载体．＋2H＋===H2SiO3↓干燥剂催化剂2．硅酸盐(1)硅酸盐由

组成的化合物的总称．硅酸盐结构复

杂，大多

，化学性质

．(2)硅酸钠硅酸钠可溶于水，其水溶液俗称

，是无色黏稠

液体，常用于制备

和

等．硅、氧和金属不溶于水很稳定水玻璃硅胶木材防火剂3．无机非金属材料(1)硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷生产原料主要设备陶瓷窑石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土水泥回转窑玻璃窑(2)特殊功能的含硅物质①

具有金刚石结构，可用作磨料．②含硅元素4%的硅钢具有

性．③硅橡胶具有

的性质．④分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)主要用作

和

．碳化硅导磁良好的弹性吸附剂催化剂硅酸盐组成的表示方法1．表示形式硅酸盐种类繁多，结构复杂，通常用二氧化硅和金

属氧化物的组合形式来表示其组成，如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2，正长石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2.2．书写方法(1)根据组成元素写成氧化物的形式；(2)根据原子守恒及原子个数比例配置系数；(3)按活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→

水的顺序书写．注意：氧化物之间以“·”隔开，系数出现分数的要

化为整数．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．4．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博

士考证说：“中国至少在距今3000年以前就已经使用

玻璃了．”下列关于普通玻璃的叙述中，正确的是(

)A．它是人类最早使用的硅酸盐材料B．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英C．它在加热熔化时有固定的熔点D．无色玻璃是纯净物解析：人类最早使用的硅酸盐材料是陶瓷．普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得的混合物，无固定的熔点．答案：B5．月球上有丰富的绿柱石(绿宝石)矿藏，其主要化学

成分为BenAl2(Si6O18)，也可用氧化物形式表示为nBeO·Al2O3·6SiO2，其n的值为(

)A．1B．2C．3D．4解析：法一：利用BenAl2(Si6O18)化学式化合价代数和为零可求得n＝3.法二：BenAl2(Si6O18)与nBeO·Al2O3·6SiO2为同种物质，根据氧原子守恒，也可求得n＝3.答案：C[例1]

(2008·广东高考)硅单质及其化合物应用范围很广．请回答下列问题：(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅．三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产

过程示意图如下：①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式________________________________

.②整个制备过程必须严格控制无水无氧．SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式__________________________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_____________________________________________.(2)下列有关硅材料的说法正确的是________(填字母)．A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃．取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡．写出实验现象并给予解释：_____________________________________.[思路点拨]

解答本题的关键有以下几点：(1)应用质量守恒、电子守恒书写、配平化学方程式．(2)明确硅及其化合物的重要性质和应用．(3)灵活应用盐类水解的原理解答问题．[课堂笔记]

(1)①根据原子守恒即质量守恒可以写出SiHCl3与H2反应的化学方程式．②SiHCl3和H2O剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，分析它们化合价的变化可知，

，而Cl的化合价未发生变化，因此另一种元素即H元素的化合价必定降低，即另一种物质是H2.(2)碳化硅、氮化硅为原子晶体，A、B正确.C正确.玻璃是一种玻璃态物质，无固定的熔点.盐酸不能与硅反应，而HCI在573K以上的温度下可以与硅发生反应.因此D、E都不正确.(3)Na2SiO3是强碱弱酸盐，水解显碱性，NH4Cl是强酸弱碱盐，水解显酸性，二者混合水解反应可相互促进，即＋

===H2SiO3↓＋2NH3↑.[答案]

(1)①SiHCl3＋H21357KSi＋3HCl②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3(2)ABC(3)现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气味的气体生成．解释：Na2SiO3和NH4Cl均能够水解，二者相互促进，Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4Cl水解产生NH3常见含硅材料的应用(1)硅单质：硅太阳能电池、计算机芯片、半导体晶体

管等．(2)二氧化硅：石英钟表、水晶镜片、玛瑙饰物、光导纤

维等．(3)硅酸盐材料：水泥、玻璃、陶瓷等.[例2]

(2009·广州调研)向0.50L0.3mol/L的NaOH溶液中缓慢通入CO2气体至溶液增重4.4g，下列说法正确的是(

)A．增重的4.4g为参加反应的CO2的质量B．溶质为Na2CO3C．溶质为Na2CO3、NaHCO3D．低温蒸干溶液，所得固体的质量为：原溶液中NaOH的质量＋4.4g[思路点拨]解答本题要注意以下两点：(1)根据氢氧化钠和CO2的物质的量比确定产物．(2)应用守恒法分析质量的变化．[课堂笔记]

选由质量守恒可知参加反应的CO2的质量为4.4g，即0.1mol，A正确；n(CO2)∶n(NaOH)＝0.1mol∶(0.50L×0.3mol/L)＝2∶3，则二者反应为3NaOH＋2CO2===Na2CO3＋NaHCO3＋H2O，B不正确，C正确；低温蒸干后所得固体的质量应为：原溶液中NaOH的质量＋4.4g－反应产生的H2O的质量．AC硅酸盐的组成探究硅酸盐在日常生产、生活中有着广泛的应用，其组成、结构复杂，但性能优异．为了更好地发挥硅酸盐在各行各业中的作用，实验分析其组成、结构，进一步了解其性能成为了研究领域的热门．这类题目在考试中也将有逐渐增加的趋势．(2009·扬州模拟)江苏东海有蛭石．蛭石为一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐，是黑云母等天然矿物风化蚀变的产物，因为其受热膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故此得名蛭石．膨化后的蛭石呈颗粒状，有隔热、耐冻、抗菌、防火、吸声等优异性能，但不耐酸．(1)某硅酸盐矿石的组成可以看作SiO2中有1/3的Si被Al置换，再由K平衡其电荷形成的．该矿石得组成以氧化物的形式表示为_