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1、碳、硅及其化合物碳、硅及其化合物第1页，共41页，编辑于2022年，星期一第2页，共41页，编辑于2022年，星期一第3页，共41页，编辑于2022年，星期一第4页，共41页，编辑于2022年，星期一一、碳和硅一、碳和硅1C、Si单质的存在形态、物理性质单质的存在形态、物理性质(1)碳在自然界既有碳在自然界既有 态又有态又有 态态。碳碳的的同同素素异异形形体有体有 、无定形碳、无定形碳、等。等。(2)硅硅在在地地壳壳中中的的含含量量占占第第二二位位，仅仅次次于于氧氧，全全部部以以 态存在，是一种亲态存在，是一种亲 元素，单质硅有元素，单质硅有 和和 两种。两种。游离游离化合化合金刚石金刚石石墨
2、石墨C60化合化合氧氧晶体晶体无定形无定形第5页，共41页，编辑于2022年，星期一不不 还原还原 第6页，共41页，编辑于2022年，星期一F2 氢氟酸氢氟酸 强碱强碱 第7页，共41页，编辑于2022年，星期一Si4HF=SiF42H2 Si2OHH2O=SiO2H2 第8页，共41页，编辑于2022年，星期一3工业制法工业制法4用用途途：作作为为半半导导体体材材料料；生生产产硅硅合合金金；制制造造太太阳阳能电池。能电池。第9页，共41页，编辑于2022年，星期一 硅硅可可用用作作半半导导体体材材料料，是是否否可可用用于于解解释释元素周期性变化的规律？元素周期性变化的规律？提提示示可可以以
3、，硅硅位位于于金金属属和和非非金金属属的的分分界界线线附附近近，性性质质上上由由金金属属逐逐渐渐过过渡渡到到非非金金属属，即即有有金金属属的的性性质质又又有有非非金金属属的的性质。性质。第10页，共41页，编辑于2022年，星期一二、二氧化硅和二氧化碳二、二氧化硅和二氧化碳物物质质二氧化硅二氧化硅二氧化碳二氧化碳结结构构 结结构，不存构，不存在在单单个分子个分子存在存在单单个个CO2分子，其分子，其结结构构为为直直线线型型主要物理主要物理性性质质硬度硬度 ，熔、沸点，熔、沸点 ，常温下，常温下为为 体，不溶于水体，不溶于水熔、沸点熔、沸点 ，常温下，常温下为为气体，微溶于水气体，微溶于水空间立
4、体网状空间立体网状大大固固低低高高第11页，共41页，编辑于2022年，星期一SiO22NaOH=Na2SiO3H2O 玻璃玻璃 CO2少量：少量：CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2过量：过量：CO2NaOH=NaHCO3 第12页，共41页，编辑于2022年，星期一SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2 Na2SiO3H2OCO2(不足不足)=H2SiO3Na2CO3 Na2OCO2=Na2CO3 第13页，共41页，编辑于2022年，星期一第14页，共41页，编辑于2022年，星期一 盛盛放放碱碱液液的的试试剂剂瓶瓶，为为什什么么不不能能用用玻玻璃璃塞？塞？提提示示玻玻璃璃中中含
5、含有有SiO2，SiO2能能够够与与碱碱液液缓缓慢慢反反应应，带带玻玻璃璃塞塞的的玻玻璃璃试试剂剂瓶瓶一一般般都都是是磨磨砂砂口口的的，接接触触非非常常严严密密，接接触触碱碱液液时时间间长长了了会会生生成成具具有有黏黏合合性性的的Na2SiO3水水溶溶液液，从从而使瓶塞与瓶颈黏在一起，不易分开。而使瓶塞与瓶颈黏在一起，不易分开。第15页，共41页，编辑于2022年，星期一三、硅酸、硅酸盐和无机非金属材料三、硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1硅酸硅酸(1)物理性质：固体物理性质：固体 溶于水。溶于水。(2)化学性质化学性质弱酸性，酸性比碳酸弱酸性，酸性比碳酸 ，硅酸，硅酸 (填填“能能”或或“不不能
6、能”)使紫色石蕊试液变红色。使紫色石蕊试液变红色。不不不能不能弱弱第16页，共41页，编辑于2022年，星期一H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O 干燥剂干燥剂 第17页，共41页，编辑于2022年，星期一2硅酸盐硅酸盐(1)性质特征：化学性质稳定，熔点性质特征：化学性质稳定，熔点 ，大大都都难难溶溶于于水水(Na2SiO3等例外等例外)。(2)组组成成的的表表示示：通通常常用用二二氧氧化化硅硅和和金金属属氧氧化化物物的的组组合合形形式式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠表示硅酸盐的组成：如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为可表示为 ，石棉，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为：可表示为：。
7、(3)硅酸钠硅酸钠(Na2SiO3)白白色色、可可溶溶于于水水的的粉粉末末状状固固体体，其其水水溶溶液液俗俗称称 ，有黏性，水溶液显碱性。有黏性，水溶液显碱性。较高较高Na2OSiO2CaO3MgO4SiO2水玻璃水玻璃第18页，共41页，编辑于2022年，星期一它能与酸性比硅酸强的酸反应，化学方程式分别为它能与酸性比硅酸强的酸反应，化学方程式分别为与盐酸反应：与盐酸反应：。与与CO2水溶液反应：水溶液反应：。用途：黏合剂用途：黏合剂(矿物胶矿物胶)，耐火阻燃材料。，耐火阻燃材料。Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3第19页，共41
8、页，编辑于2022年，星期一第20页，共41页，编辑于2022年，星期一第21页，共41页，编辑于2022年，星期一第22页，共41页，编辑于2022年，星期一4.传统无机非金属材料传统无机非金属材料(1)硅酸盐材料硅酸盐材料玻璃玻璃水泥水泥陶瓷陶瓷主要原料主要原料 黏土黏土设备设备玻璃熔炉玻璃熔炉水泥回水泥回转转窑窑陶瓷窑陶瓷窑生生产过产过程中的程中的主要主要变变化化复复杂杂的物理、的物理、化学化学变变化化复复杂杂的物理、化的物理、化学学变变化化主要主要成分成分 纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英石灰石、黏土石灰石、黏土Na2SiO3，CaSiO3，SiO23CaOSiO2,2CaOSiO
9、2,3CaOAl2O3第23页，共41页，编辑于2022年，星期一第24页，共41页，编辑于2022年，星期一5.新型无机非金属材料新型无机非金属材料(1)陶陶瓷瓷：如如氮氮化化硅硅陶陶瓷瓷具具有有较较高高的的硬硬度度和耐磨性、较强的抗化学浸蚀性和电绝缘性等。和耐磨性、较强的抗化学浸蚀性和电绝缘性等。(2)陶陶瓷瓷：对对机机体体无无排排异异反反应应，不不会会引引起起代代谢谢作作用用异异常。常。(3)压电陶瓷：具有压电陶瓷：具有 效应。效应。高温结构高温结构生物生物压电压电第25页，共41页，编辑于2022年，星期一提提示示不不能能。强强酸酸制制弱弱酸酸的的规规律律：强强酸酸弱弱酸酸盐盐=强强酸
10、酸盐盐弱弱酸酸，仅仅适适用用于于常常温温下下水水溶溶液液中中进进行行的的反反应应，而而该该反反应应是是在在高高温温且且干干态态下下进进行行，只只能能从从化化学学平平衡衡移移动动角角度度去去解解释释反反应应发发生生的的原原因因，因因CO2为为气气体体，能能及及时时离离开开反反应应体体系系，使化学反应得以向右进行。使化学反应得以向右进行。第26页，共41页，编辑于2022年，星期一第27页，共41页，编辑于2022年，星期一第28页，共41页，编辑于2022年，星期一我的警示我的警示CO2、SO2、SiO2均均为为酸酸性性氧氧化化物物，但但SiO2不不能能与与水水直直接接化化合合生生成成H2SiO
11、3；SiO2先先转转化化为为硅硅酸酸盐盐，才才能能进进一一步步转转化化为为硅硅酸酸。SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl。第29页，共41页，编辑于2022年，星期一问题征解问题征解有有人人认认为为SiO2既既能能与与某某些些酸酸反反应应又又能能与与碱碱反反应应，所所以以认认为为它是一种两性氧化物，你同意这种看法吗？它是一种两性氧化物，你同意这种看法吗？提提示示不不同同意意，因因为为SiO2只只与与HF反反应应，这这是是SiO2的的特特性性，与其他的酸不反应，所以与其他的酸不反应，所以SiO2是一种酸性氧化物。是一种酸性氧化物。第30页，共4
12、1页，编辑于2022年，星期一第31页，共41页，编辑于2022年，星期一C二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧 化硅是两性氧化物化硅是两性氧化物D二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能 与水反应生成硅酸与水反应生成硅酸解解析析强强酸酸制制弱弱酸酸的的反反应应规规律律适适用用于于在在溶溶液液中中的的反反应应，而而该该反反应应是是在在高高温温干干态态下下进进行行的的，不不能能根根据据该该规规律律判判断断。事事实实上上碳碳酸酸酸酸性性比比硅硅酸酸强强，故故A项项错错误误；CO2和和
13、SiO2属属不不同同类类型型晶晶体，在物理性质方面有很大差异，故体，在物理性质方面有很大差异，故B项错误；项错误；第32页，共41页，编辑于2022年，星期一SiO2能能与与氢氢氟氟酸酸反反应应，是是SiO2的的特特性性，并并不不能能说说明明它它具具有有碱碱性性，故故C项项错错误误；SiO2虽虽属属于于酸酸性性氧氧化化物物，但但不不能能直直接接与与H2O反应生成反应生成H2SiO3，D项正确。项正确。答案答案D第33页，共41页，编辑于2022年，星期一物物质质的的性性质质不不仅仅取取决决于于物物质质的的组组成成，还还取取决决于于物物质质的的结结构构，Si与与C都都处处于于A族族且且二二者者相
14、相邻邻，性性质质相相似似，但但其其氧氧化化物物的的某某些些性性质质相相差差很很大大。其其原原因因是是CO2为为独独立立的的小小分分子子，分分子子之之间间的的作作用用很很小小；而而SiO2中中不不存存在在这这样样的的单单个个分分子子，是是靠靠共共价价键键形形成成的的空空间间立立体体网网状状结结构构，其硬度很大，熔沸点很高。其硬度很大，熔沸点很高。第34页，共41页，编辑于2022年，星期一第35页，共41页，编辑于2022年，星期一第36页，共41页，编辑于2022年，星期一解解析析通通常常用用氢氢氟氟酸酸来来刻刻蚀蚀玻玻璃璃，与与之之对对应应的的反反应应是是，因因此此a判判断断错错误误，中中反
15、反应应表表现现的的是是SiO2的的特特性性，c判判断断也也错错；反反应应是是一一个个置置换换反反应应，其其中中二二氧氧化化硅硅被被还还原原，表表现现出出氧氧化化性性，b判判断断正正确确；反反应应是是一一个个复复分分解解反反应应，用用难难挥挥发发的的二二氧氧化化硅硅制制取取易易挥挥发发的的二二氧氧化化碳碳，d判判断断正正确确；反反应应中中硅硅的的化化合合价价和和氧氧的的化化合合价价都都没没有有改改变变，因因此此二二氧氧化化硅硅没没有有参参加加氧氧化还原反应，化还原反应，e判断也正确；所以选项判断也正确；所以选项B正确。正确。答案答案B第37页，共41页，编辑于2022年，星期一【典例典例2】下列
16、关于无机非金属材料的说法中不正确的是下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是 ()。A传传统统无无机机非非金金属属材材料料是是指指玻玻璃璃、水水泥泥、陶陶瓷瓷等等硅硅酸酸盐盐材材料料B新新型型无无机机非非金金属属材材料料克克服服了了传传统统无无机机非非金金属属材材料料的的许许多多缺点缺点C高高温温结结构构材材料料具具有有耐耐高高温温、耐耐酸酸碱碱腐腐蚀蚀、硬硬度度大大、耐耐磨磨损、密度小等优点损、密度小等优点D传传统统无无机机非非金金属属材材料料和和新新型型无无机机非非金金属属材材料料的的主主要要成成分分都是硅酸盐都是硅酸盐第38页，共41页，编辑于2022年，星期一解解析析无无机机非非金金属
17、属材材料料分分为为传传统统无无机机非非金金属属材材料料和和新新型型无无机机非非金金属属材材料料两两大大类类。传传统统无无机机非非金金属属材材料料是是指指我我们们常常说说的的硅硅酸酸盐盐材材料料，包包括括玻玻璃璃、水水泥泥、砖砖瓦瓦、陶陶瓷瓷等等；新新型型无无机机非非金金属属材材料料是是指指一一些些新新型型的的具具有有特特殊殊结结构构和和特特殊殊功功能能的的非非硅硅酸酸盐盐型型材材料料。新新型型无无机机非非金金属属材材料料与与传传统统无无机机非非金金属属材材料料相相比比，具具有有许许多多优优良良性性能能，如如耐耐高高温温、耐耐磨磨损损、耐耐酸酸碱碱腐腐蚀蚀、具具有有压电效应、具有生物功能等。压电
18、效应、具有生物功能等。答案答案D第39页，共41页，编辑于2022年，星期一无无机机非非金金属属材材料料在在生生活活和和高高科科技技的的发发展展中中起起着着重重要要作作用用，其其应应用用点点较较多多，在在以以后后的的高高考考中中将将会会有有所所体体现现。考考查查时时除除选选择择题题某某一一选选项项外外，还还可可能能出出现现在在以以矿矿物物资资源源开开发发和和利利用用的的综综合合试试题题中中。在在解解答答有有关关无无机机非非金金属属材材料料试试题题时时首首先先要要认认真真阅阅读读题题目目、充充分分挖挖掘掘信信息息、了了解解无无机机非非金金属属材材料料的的类类别别、成成分分、性质和功能，然后针对问题逐一解决。性质和功能，然后针对问题逐一解决。第40页，共41页，编辑于2022年，星期一【应用应用2】(2013广广东东四四校校联联考考)材材料料与与化化学学密密切切相相关关，表表中中对对应应关关系系错误的是错误的是 ()。解析解析A项中金刚石是碳的一种单质。项中金刚石是碳的一种单质。答案答案A材料材料主要化学成分主要化学成分A刚刚玉、金玉、金刚刚石石三氧化二三氧化二铝铝B大理石、石灰石大理石、石灰石碳酸碳酸钙钙C普通水泥、普通玻璃普通水泥、普通玻璃硅酸硅酸盐盐D沙子、石英沙子、石英二氧化硅二氧化硅第41页，共41页，编辑于2022年，星期一