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 一、碳、硅单质的主要性质及应用 1.存在(1)碳:既有_态又有_态。化合态的碳以 _和_的形式存在。(2)硅:只有_态。硅在地壳中的含量占第二位,以_和_的形式存在。游离 化合 氧化物 碳酸盐 化合 二氧化硅 硅酸盐【微点拨】碳和硅的单质均有同素异形体。碳单质:金刚石、石墨、C60等。硅单质:晶体硅、无定形硅等。2.结构 金刚石:空间网状结构。石墨:层状结构。晶体硅:与金刚石类似的空间网状结构。3.物理性质和用途(连线)4.碳、硅单质的化学性质 写出的化学方程式:_;_;_;_;_。高温=高温=SiO2+2C Si+2CO C+H2O(
2、g)CO+H2 Si+O2 SiO2 Si+2F2=SiF4 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 5.硅的工业制法 二、二氧化碳和二氧化硅的比较 1.物理性质(1)硬度:SiO2为固体,硬度大。(2)结构:CO2由_组成;SiO2是_结构,不存在单个分子。(3)熔、沸点:SiO2的熔、沸点_;CO2的熔、沸点_。(4)溶解性:CO2_溶于水,SiO2_溶于水。分子 空间网状 高 低 可 不 2.化学性质 物质SiO2CO2与水 反应不反应_ 与酸(HF)反应_不反应CO2+H2O H2CO3 SiO2+4HF=SiF4+2H2O 物 质SiO2CO2与碱 反应SiO2+2NaOH
3、=_ 盛碱液的试剂瓶 用橡皮塞CO2+2NaOH(足量)=_ 或CO2+NaOH(少量)=_与盐 反应SiO2+Na2CO3 _、SiO2+CaCO3 _ Ca(ClO)2+CO2+H2O=_、CO2+Na2CO3+H2O=_高温=高温=Na2SiO3+H2O Na2CO3+H2O NaHCO3 Na2SiO3+CO2 CaSiO3+CO2 CaCO3+2HClO 2NaHCO3 物 质 SiO2 CO2 与碱性 氧化物 反应 SiO2+CaO CaSiO3 CO2+Na2O=Na2CO3 与碳 反应 _ _ 高温=高温=高温=SiO2+2C Si+2CO CO2+C 2CO【微点拨】(1)酸
4、性氧化物一般和水反应生成相应的酸,但SiO2不与水反应,不能用SiO2与水反应制备硅酸。(2)SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应,但能与氢氟酸反应。3.用途 物 质SiO2CO2用 途制光学仪器、石英 玻璃、常用来制造 通讯材料_化工原料、灭火 剂。干冰用作 _,人工降雨光导纤维 制冷剂 三、硅酸和硅酸盐 1.硅酸 2.硅酸钠(1)白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称水 玻璃,有黏性,水溶液显碱性。(2)与盐酸反应:_。与CO2水溶液反应:_。(3)用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+N
5、a2CO3【微点拨】(1)向硅酸钠溶液中通入CO2气体,可生成胶状的硅酸凝胶,干燥脱水即可得到硅胶。同时这一事实也说明H2CO3的酸性强于H2SiO3。(2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放,但不能用磨口玻璃塞而要使用橡胶塞。3.无机非金属材料(1)硅酸盐组成的表示方法 硅酸盐组成的表示方法:通常用二氧化硅和金属氧化 物的组合形式表示硅酸盐的组成,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为_,长石(KAlSi3O8)可表示为 _。Na2OSiO2 K2OAl2O36SiO2(2)传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。常见硅酸盐材料比较。水泥玻璃陶瓷生产原料 石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土
6、主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑玻璃生产中的两个重要反应:Na2CO3+SiO2 _。(3)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。高温=高温=Na2SiO3+CO2;CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2【微点拨】(1)玻璃是一种混合物,无固定的熔沸点。(2)玻璃中含有二氧化硅,因此氢氟酸可用于雕刻玻璃,盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。1.(RJ必修1P81改编)下列关于碳、硅的叙述正确的是()A.在自然界中都以化合态的形式存在 B.碳、硅的单质都有同素异形体 C.二氧化碳、二氧化硅都由分子构成 D.二氧化碳、二氧化硅都不能与酸反应【解析】选B。碳在自然界有游离
7、态,A项错误;碳有金刚石、石墨等单质,硅有晶体硅、无定形硅等单质,B项正确;SiO2不是由分子构成的,C项错误;SiO2能与氢氟酸反应,D项错误。2.(RJ必修1P76改编)下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是()A.都是共价化合物 B.SiO2可用于制光导纤维,干冰可用于人工降雨 C.都能溶于水且与水反应生成相应的酸 D.都是酸性氧化物,都能与强碱溶液反应【解析】选C。SiO2和CO2中都只含有共价键,均为共价化合物,A项正确;干冰升华吸热,可用于人工降雨,B项正确;SiO2不溶于水且与水不反应,C项错误;SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐,CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐,D项
8、正确。3.(RJ必修1P76改编)下列叙述正确的是()A.红宝石、珍珠、水晶、钻石等装饰的主要成分都是 硅酸盐 B.硅酸钠的水溶液俗名为水玻璃,可用于制备硅胶和 木材防火剂 C.制造玻璃是复杂的物理过程,玻璃的组成不同,性能 不同 D.可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液【解析】选B。红宝石的主要成分为Al2O3,珍珠的主要成分为CaCO3,水晶的主要成分为SiO2,钻石为碳单质,A选项错误;制造玻璃包含复杂的物理变化和化学变化,C选项错误;玻璃的成分中含有二氧化硅,可与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠,会使磨口玻璃塞与瓶口黏合在一起,D选项错误。4.(RJ必修1P77改编)下列物品或设备所用材料不是硅酸
9、盐的是()A.陶瓷餐具 B.水泥路桥 C.门窗玻璃 D.玛瑙手镯【解析】选D。玛瑙手镯所用材料的主要成分为SiO2。5.(RJ必修1P78改编)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:“至少在距今3 000年以前,中国就已经使用玻璃了。”下列关于普通玻璃的叙述中,正确的是()A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐材料 B.玻璃在加热熔化时有固定的熔点 C.制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英 D.普通玻璃的成分主要是Na2O、CaO和SiO2【解析】选C。我国古代就开始使用陶瓷制品,玻璃的出现要晚很多,A错误;玻璃无固定的熔点,B错误;制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英,C正确;普通玻璃的成分主要是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,D错误。