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1、 第四章非金属及其化合物 第一节 无机非金属材料的主角硅教学重点：SiO2的性质教学难点：SiO2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，Si02晶体的平面结构图：(3)二氧化硅出化学性质酸性氧化物的性质:Si02是酸性氧化物，是的酸酑，于水。常温下Si0
2、2与NaOH溶液反响得到硅酸钠(Na2SiO3)，反响的化学方程式为：。高温下Si02能和碱性氧化物(如CaO)反响生成硅酸盐，反响的化学方程式为：。常温下，SiO2能与氢氟酸(HF)反响，此反响常用于刻蚀玻璃，反响的化学方程式为：。二氧化硅的弱氧化性:Si02高温下与C作用可制取粗硅，反响的化学方程式为：。(4)二氧化硅的用途:Si02是制造光导纤维的主要原料。Si02常被用来制造石英表中的压电材料(3)Si02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 (2)Si02不溶于水，如何由Si02制取H2SiO3 2、硅酸(1)硅酸(H2
3、Si03)硅酸不溶于水，其酸性比碳酸的酸性。(2)硅酸钠(Na2Si03):Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂。往Na2SiO3溶液中通人CO2，能制得硅酸，反响的化学方程式：。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(Na2Si03)改写为氧化物形式为：；钠长石： (NaAlSi308)改写为氧化物形式为。(2)玻璃生产原料：。生产设备：。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。主要的化学反响有：
4、。主要成分：普通玻璃是Na2Si03、CaSi03和SiO2在一起的混合物。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。玻璃的种类：铅玻璃(用于制光学仪器)；有色玻璃蓝色钴玻璃(Co202)、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，高温结构陶瓷，如氮化硅(Si3N4)陶瓷，碳化硅(SiC)陶瓷等。生物陶瓷：如氧化铝陶瓷(A1203)，氧化锆陶瓷(Zr02)等；压电陶瓷：以钛酸钡(BaTi03)和钛酸铅(PbTi03)为主要成分。三、硅单质1、硅的物
5、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)发生反响。硅和氟气反响生成四氟化硅气体，化学方程式为：。硅和氢氟酸反响生成四氟化硅，放出学方程式为：。硅与NaOH溶液作用生成硅酸钠，反响的化学方程式为：。(2)在加热条件下，硅能和某些非金属单质发生反响。硅与氧气在加热时反响生成二氧化硅程式为：。硅和C12在加热条件下反响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，用焦炭在电炉中复原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。反响的化学方程式：。
6、在该反响中，氧化荆是，复原剂。4硅主要的用途：硅可以用来制造、等。四、小结：比较SiO2、CO2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反响与酸反响(HF)CO2通入水玻璃SiO2与Na2CO3高温下反响疑难点拨一、硅及其化合物的有哪些特性1.Si的复原性大于C，但C却能在高温下复原出Si：SiO2+2C=Si+2CO2.非金属与碱反响一般无氢气放出，但Si可以：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H23.非金属单质一般不与无氧酸反响，但Si可以与HF作用：Si+4HF=SiF4+2H24.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
7、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。7.酸性氧化物一般不与酸反响，但SiO2可以与HF酸作用： SiO2+4HF=SiF4+2H2O8.硅酸不溶于水。二、为什么玻璃没有固定的熔点有规那么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那么排列。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
8、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等碱性溶液反响，为什么NaOH溶液还能用玻璃瓶盛装由于玻璃不是简单的Na2SiO3、CaSiO3、 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那么的多聚硅酸的长链包围之中。所以玻璃中的Na2SiO3、CaSiO3、 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，外表粗糙，造成碱性的液体容易滞留，并且水分蒸发，碱液浓度增大，促使二者更易反响。其他部位因外表光滑而难于反响。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Na
9、OH等碱性溶液反响简单地看成SiO2与碱溶液的反响。四、二氧化硅与碳酸钠和碳酸钙反响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，CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2上述反响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，所以反响可以进行。符合难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理。所以上述反响不与“Na2SiO3 + CO2+H2O= Na2CO3+ H2SiO3矛盾，因为后者是在溶液中进行的，符合复分解反响的原理。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
10、二氧化硅水，氧化物前系数确实定：除氧元素外，其他的元素按配置前后原子个数守恒原那么配置系数。本卷须知：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K2OAl2O36SiO2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Pb+2价稳定；其余的+4价稳定。典例剖析【例1】向以下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。根据酸与盐反响的规律弱酸不能制强酸，过量CO2通入硅
11、酸钠溶液中有白色沉淀H2SiO3生成，CO2通入苯酚钠溶液中会生成苯酚浊液；CO2通入次氯酸钙溶液过程中会生成碳酸钙白色沉淀，CO2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；CO2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：CO2通入氯化钙溶液无明显现象；题干中CO2是过量的；碳酸氢钠因溶解度小而结晶析出。【例2】将足量CO2通人KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量n和通入CO2体积y的关系正确的选项是A B C D解析：CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合溶液中，首先发生反响CO2
12、+2OH+Ca2=CaCO3+H2O，此段时间内随着CO2的不断通入，沉淀量逐渐增加；等Ca(OH)2反响完，溶液中还剩余OH，再通CO2，即发生反响：CO2+2KOH=K2CO3+H2O，此段时间内，随着CO2的不断通入，沉淀量保持不变; 等KOH反响完，继续通CO2，即发生反响：CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2，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
13、盐时，如有OH，那么应把OH中和完毕，酸式盐再转化为正盐。【例3】Fe3O4假设看作“混合氧化物时可写成FeOFe2O3，假设看作一种盐时又可写成Fe(FeO2)2根据化合价规那么和这种书写方法，Pb3O4可以分别写成_和_。解析: Fe元素有2、3价，Fe3O4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价按化合价规那么及题中要求的写法(即低价在前，高价在后，且高价元素形成酸根)，故Pb3O4应改写为以下两种形式2PbOPbO2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：H2C2O4CO+CO2+H2O，现利用该反响制取CO气体，
14、要求：a验证CO复原性及其氧化产物。b剩余气体CO不能排入大气中，并答复有关问题：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，如何到达上述两要求：a；b。3在装置C中的化学反响方程式为。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用有效气体复原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，那么 中 值是， 值是。解析：在制取气体时，根据方程式：H2C2O4CO+CO2+H2O,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
15、响，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，假设不除去那么影响CO复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 的洗气瓶进行枯燥，才能进入装置C与 反响，证明CO的复原性。在C中反响生成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，证明在反响中已生成了CO2 ，这就说明了CO的复原性，CO在反响中被氧化为CO2 ，剩余CO不能向空气中排放，无其他试剂可
16、以将其吸收，所以将尾气在H处点燃，使未反响的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AHC。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CAH。这是因为要使已被复原的铁粉在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：(1)AGEFCEH(2)a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反响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)(4)AHC，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CAH，使热的铁粉在CO气流中冷却，防止铁粉再次被氧化(5)2、3