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1、第9讲无机非金属元素的主角硅,一、硅及其重要的化合物硅及其化合物,1请列举你学过的非金属单质间的置换反应，写出化学方程式？,2为什么盛放NaOH的试剂瓶不能用磨口玻璃塞？提示：玻璃中有SiO2，SiO2与NaOH反应；2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O，生成的Na2SiO3是一种矿物胶，使瓶口和瓶塞粘在一起，无法打开。,3二氧化硅不能与水反应生成H2SiO3，那么怎样用二氧化硅来制备H2SiO3?提示：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3,二、无机非金属材料1无机非金属材料的分类(1)传统无机非金属材料：如_、_、_等硅酸盐材料。(2)
2、新型无机非金属材料：如_、_等。,2硅酸盐材料,硅及其化合物的结构特点及特殊性质1硅、二氧化硅的结构特点硅的结构类似于金刚石：在硅晶体中的相邻两个硅原子间插入一个氧原子即得二氧化硅的结构，,所以二氧化硅的结构与金刚石也相似。二氧化硅是四面体型空间网状结构，在每个小四面体中，硅在中心，氧在4个顶角；1个硅原子跟4个氧原子结合生成4个共价键，每个氧原子跟2个硅原子相结合，晶体中硅、氧个数比为12，SiO2是化学式，并不是分子式。n mol SiO2晶体中含有4NA个SiO键。,3硅及其化合物的特性(1)碳族元素的主要化合价为2和4价，硅一般显4价。(2)两个注意事项：盛装NaOH溶液的玻璃瓶不能用
3、磨口玻璃塞；盛装氢氟酸不能用玻璃仪器。,(5)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅却能与HF反应：Si4HF=SiF42H2(6)非金属单质一般为绝缘体，但硅为半导体，石墨为导体。(7)SiO2是硅酸(H2SiO3)的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水反应制备硅酸。,(8)酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能与HF反应。(9)无机酸一般易溶于水，但硅酸难溶于水。,含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。,(1)在元素周期表中，A位于_族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图
4、为_，A与B在原子的电子层结构上的相同点是_。,(2)易与C发生化学反应的酸是_，反应的化学方程式是_。,(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。写出生成D和F的化学反应方程式：_,要将纯碱高温熔化，下列坩埚中可选用的是_。a普通玻璃坩埚b石英玻璃坩埚c氧化铝坩埚 d铁坩埚(4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是_。,【解析】(1)A元素单质可作半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原
5、料，可知A为硅元素，C为SiO2，D为Na2SiO3。比硅相对原子质量小的同族元素B为碳。,(2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。,方法归纳硅虽是非金属元素，但它也具有一定的金属性，使得硅和硅的化合物具有一定的特性。既要掌握硅的一般性质，更要注意硅的特殊性。,1下列关于硅及硅的化合物的叙述不正确的是()硅的晶体结构和金刚石相似，都是原子晶体硅是地壳中含量最多的非金属,晶体硅是良好的半导体材
6、料SiO2是制造光导纤维的重要材料SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的SiO2是酸性氧化物，不溶于任何酸ABC D,解析：硅在地壳中含量仅次于氧，其晶体为原子晶体，是良好的半导体材料。二氧化硅不存在单个的“SiO2”分子，能溶解于氢氟酸。答案：D,无机非金属材料及硅酸盐的表示方法1硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。,(1)方法：(1)找出组成元素；(2)写成氧化物的形式；(3)注意原子守恒；(4)检查有无遗漏。(2)氧化物顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。(3)氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守
7、恒原则配置系数。,硅酸盐组成的表示方法采用的是氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以各种结构复杂盐的形式存在的。以氧化物的形式来表示硅酸盐的组成，要注意掌握写成氧化物的书写原则；而且写成氧化物后，原化学式中各元素的原子的个数比应保持不变。,常见硅酸盐以氧化物形式表示如下：高岭土：Al2O32SiO22H2O石棉：CaO3MgO4SiO2沸石：Na2OAl2O33SiO22H2O云母：K2O3Al2O36SiO22H2O滑石：3MgO4SiO2H2O长石：K2OAl2O36SiO2,2新型无机非金属材料的种类和用途,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
8、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：,写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式_。,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过程中若混有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信材料光导纤维,D普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高E盐酸可以与硅
9、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,方法点拨分析新型无机非金属材料，主要是从其特征：耐高温、耐腐蚀、强度高、抗氧化等方面着手，考虑其应用，另外应关注新科技，新材料有关的重大新闻事件，并尝试用已学的知识解释相关问题。,2据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是()A它耐高温抗氧化B它比钢铁轻、硬，但质地较脆C它没有固定熔点D它是一种新型无机非金属材料,解析：航空材料的特点是质轻、高强度、耐高温抗氧化等
10、高可靠性，故B错，A正确。复合材料属于混合物，没有固定的熔点，碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的材料均属于新型无机非金属材料，C、D正确。答案：B,碳及其化合物1碳的结构与性质(1)单质碳的存在形式有金刚石、石墨、C60等(互为同素异形体)。其中金刚石是原子晶体(熔点高，硬度大)，每个C与4个C相连形成正四面体结构，而石墨是混合晶体，在每一层，每个C与3个C相连，而在层与层之间是通过分子间作用力相连的，它兼有原子晶体(熔点高于金刚石)、分子晶体(质地软)和金属晶体(能导电)等晶体的性质。,(2)碳在高温下表现出强还原性，能与绝大多数金属氧化物和部分非金属氧化物发生氧化还原反应，如氧化铜、氧化镁、二
11、氧化硅等。,2碳的化合物(1)COCO是一种无色、有毒气体，在高温下具有强还原性，能与大多数金属氧化物反应。,(2)CO2与SiO2的比较,3.碳酸盐(1)水溶性碳酸正盐中一般仅钾盐、钠盐、铵盐溶解，其余一般不溶，而酸式盐均易溶于水。一般地，相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如碳酸氢钙易溶，而碳酸钙不溶；可溶性正盐的溶解度大于其酸式盐的溶解度，如碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠。,(2)热稳定性一般热稳定性顺序为：正盐酸式盐碳酸。可溶性正盐难溶性正盐，如碳酸钙高温分解，而碳酸钾不易分解。,(2010年湖南师大附中月考)将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中
12、，生成沉淀与通入CO2的量的关系可表示为(),【解析】CO2通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，发生如下反应：CO2Ba(OH)2=BaCO3H2OCO22KOH=2KHCO3CO22KAlO23H2O=K2CO32Al(OH)3,K2CO3CO2H2O=2KHCO3BaCO3CO2H2O=Ba(HCO3)2，对比图象可知选项C正确。【答案】C,3向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96 L(0，1.01105 Pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是(
13、气体的溶解和离子的水解忽略不计)(),答案：C,1(2010年江苏)下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是()A二氧化硅是生产光纤制品的基本原料B水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂C盐析可提纯蛋白质并保持其生理活性D石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯,解析：光纤制品的主要原料是SiO2，A正确；水玻璃硬化中析出的硅酸凝胶具有很强的黏附性，且具有耐高温的特性，可以作防火剂，B正确；盐析是利用物理变化降低蛋白质的溶解度，C正确；乙烯、丙烯和丁二烯是通过石油裂解得到的，D错误。答案：D,2(2010年山东)下列推断正确的是()ASiO2 是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应BNa2O、Na2O2组成元素相
14、同，与 CO2反应产物也相同CCO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在D新制氯水显酸性，向其中滴加少量紫色石蕊试液，充分振荡后溶液呈红色,解析：SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应，SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，A正确。Na2OCO2=Na2CO3,2Na2O22CO2=2Na2CO3O2，B错误。NO在空气中易被O2氧化，发生反应：2NOO2=2NO2，C错误。D项，新制氯水中含有HClO，HClO具有强氧化性，所以溶液先变红后褪色，D错误。答案：A,3(2010年广东)碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域，以锂辉石(主要成分为Li2OAl2O34SiO2)为原
15、料制备Li2CO3的工艺流程如下：,(3)步骤中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有_。,(4)步骤中，生成沉淀的离子方程式为_。(5)从母液中可回收的主要物质是_。,解析：(1)固体颗粒越小，化学反应速率越快，同时可使锂元素尽可能多地溶解到酸中。(2)所给三种物质中，只有CaCO3能够降低溶液的酸度，提高溶液的pH到6.06.5，可除去Fe3、Al3。,1硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是()A硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应,C反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si为还原剂
16、，NaOH和H2O为氧化剂D盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅,反应为非氧化还原反应，因此NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物，起氧化作用的只是水，故C项错，硅能与氢氟酸反应，不能与盐酸反应，故D项错。答案：A,2开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是()A氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料BC60的硬度很大，与金刚石相似C玻璃是一种纯净物D陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料,解析：B项，因C60是一种分子，它的结构与金刚石的结构不相同，故硬度要远小于金刚石；C项，玻璃的成分主要是SiO2和硅酸盐，它是混合物，无固定的熔、沸点；D项，玻璃、水泥都用石灰
17、石作原料，而陶瓷主要原料为黏土。答案：A,3某无色混合气体可能含有CO2、CO、H2O(g)、H2中的一种或几种，依次进行如下连续处理(假定每步处理均反应完全)：通过碱石灰时，气体体积变小；通过灼热的氧化铜时，固体变为红色；通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色；通过澄清的石灰水时，溶液变得浑浊。由此可以确定原混合气体中(),A一定含有CO2、H2O(g)，至少含有H2、CO中的一种B一定含有H2O(g)、CO，至少含有CO2、H2中的一种C一定含有CO、CO2，至少含有H2O(g)、H2中的一种D一定含有CO、H2，至少含有H2O(g)、CO2中的一种,解析：由知此气体中可能含有CO2和H2O(
18、g)中的一种或两种；由知此气体中可能含有CO和H2中的一种或两种；由知原混合气体肯定含有H2；由知原混合气体肯定含有CO。答案：D,(1)由于O2的存在对该实验有较大影响，实验中应通入X气体作为保护气。X气体应选用CO2、N2、H2中的_。,(2)实验开始时，必须先通入X气体，再接通电源加热反应物，其理由是_；,当反应引发后，切断电源，反应能继续进行，其原因是_。(3)反应结束后，待冷却至常温时，关闭K，从分液漏斗处加入稀盐酸，可观察到导管口a处有闪亮的火星。据此现象可推知是_在空气中自燃，反应的化学方程式为_。,5A、B、C、D、E是原子序数依次增大的五种短周期元素。B、E同主族，它们的单质以及它们之间反应生成的化合物在常温时状态相同，形成的晶体类型也相同；A与C、D与C之间都能形成原子个数比分别为21和11的两种化合物。试解答下列有关问题：,(1)B、E单质以及它们之间反应生成的化合物熔点由高到低的顺序为_(填元素符号或化学式)。(2)C与D形成的化合物的电子式为：_。,解析：根据题意可知B、E分别为C和Si，可以化合生成SiC。A与C，D与C都能形成原子个数比分别为21和11的两种化合物，推出A为H、C为O，D为Na，C与D形成Na2O或Na2O2。,
