2025届高三化学一轮复习 第28讲 硅 无机非金属材料 课件

第四章 金属及其化合物 第28讲 硅 无机非金属材料 1 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 第ⅣA族——碳族元素, 有： C、Si 、 Ge、Sn、Pb、Fl 碳族元素 铁及其化合物 1.碳族元素的结构特点和性质 (1)原子结构特点: 最外层均为4e-，其价电子排布式为 。 [难得e-，也难失e-，易形成共价键] [判断] 1.某原子难失电子，则一定易得电子( ) 2.碳族元素形成化合物种类最多 ( ) 3.碳族元素只存在单质和共价化合物中 ( ) × √ × 碳C 硅Si 锗 Ge 锡Sn 铅 Pb ns2np2 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 碳族元素易形成共价键，但同样可以存在离子化合物中，如CaC2、Na2CO3 铁及其化合物 1.碳族元素的结构特点和性质 (2)碳元素的存在形态 碳元素 游离态：金刚石、石墨、无定形碳、炭黑、足球烯C60等 化合态：CO、CO2 、H2CO3 、CaCO3、NaHCO3、CaC2等 [互为同素异形体] 正四面体 高 大 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 1.碳族元素的结构特点和性质 高 正六边形 小 能 正五 正六 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 1.碳族元素的结构特点和性质 (4) 碳的氧化物 CO、CO2   CO CO2 物理 性质 无色无味气体，密度比空气略 小，难溶于水 无色无味气体，密度比空气大， 可溶于水(溶解度小) 毒性 有毒(易结合 血红蛋白) 无毒(温室效应) 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 1.碳族元素的结构特点和性质 CO2＋H2O ⇌H2CO3 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 1.碳族元素的结构特点和性质 (5)碳酸 H2CO3 弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 2.碳单质的化学性质 CuO: (冶炼金属) 碳 碳：常温下 , 稳定 ; 高温时 , 一般表现还原性。 SiO2+2C === Si+2CO↑ 高温 2CuO+C == 2Cu+CO2↑ 与O2反应 O2足量: O2不足: 点燃 C＋O2 === CO2 点燃 2C＋O2 === 2CO 与氧化物反应 SiO2: (制取粗硅) H2O: (制取水煤气) C＋H2O(g)=== CO+H2 高温 与强氧化性酸反应 浓H2SO4： 浓HNO3： C+2H2SO4(浓)== CO2↑+2SO2↑+2H2O C+4HNO3(浓)== CO2↑+4NO2↑+2H2O 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 3.硅单质 硅元素 ①硅在地壳中含量第二，因有亲氧性，所以仅有化合态 ( 主要以SiO2和硅酸盐形式存在)。 ②硅是构成岩石和矿物的主要成分。 ③单质Si：有晶体硅和无定形硅两大类。 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 3.硅单质 ①晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的________材料。 半导体 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 3.硅单质 ②高纯硅的制备： 若C过量：Si + C == SiC碳化硅(俗名：金刚砂) (三氯硅烷) 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 3.硅单质 ④晶体硅的用途 硅元素位于金属元素和非金属元素分界线， 是应用最广泛地半导体材料。 ④制铝合金、铁合金等多种合金 电脑中央处理器(CPU) 硅太阳能电池 例如：含硅元素4%的硅钢具有导磁性 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 4.二氧化硅 (2)二氧化硅的性质 ①晶体类型：共价晶体。 高 大 水晶、石英、玛瑙、沙子、硅石、硅藻土、脉石等主要成分都是SiO2。 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 (2)二氧化硅的性质 ②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===________________。 ③高温下，Na2CO3、CaCO3与SiO2反应制玻璃的化学方程式为： _____________________________________________________________。 ④与氢氟酸反应的化学方程式为：_____________________________。 Na2SiO3＋H2O SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O SiO2 + 2C === Si + 2CO↑ 高温 ⑤弱氧化性： 4.二氧化硅 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 注意几个问题： (1)不能依据反应2C＋SiO2==Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强， 也不能依据反应SiO2＋Na2CO3==Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。 (2)SiO2虽然能与NaOH溶液、HF溶液反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物，但与水不能直接反应。 (3)氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的Na2SiO3。 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 5.二氧化硅的用途 (1)建筑材料 (2)制作首饰与工艺品（水晶、玛瑙） (3)制作光学仪器（石英玻璃、石英坩埚） (4)制造光导纤维 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 6.硅酸 弱 硅酸在水中易聚合形成胶体 → 硅胶 H2SiO3 硅酸凝胶 硅酸干凝胶 “硅胶” 逐渐聚合 干燥脱水 硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作干燥剂，也可以用作催化剂的载体。 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 回顾：怎样由SiO2制取H2SiO3？ Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓ 或 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 反应原理：较强酸制较弱酸 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 7.硅酸盐—硅酸钠 ①性质 硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体，固体称为泡花碱，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。写出下列反应的离子方程式： 与盐酸反应：_________________________。 与CO2水溶液反应：_______________________________________。 ②用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。 硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称 考点一 碳族元素 硅和二氧化碳 铁及其化合物 考点二 无机非金属材料 1.硅酸盐材料 (1)陶瓷 陶瓷以______ (主要成分为含水的__________)为主要原料，经______烧结而成的。 (2)玻璃 普通玻璃的主要成分为_____________________________________，它是以______________________为主要原料，经混合、粉碎，在________中熔融，发生复杂的____________________而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造__________，用于高强度__________等。 黏土 铝硅酸盐 高温 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 纯碱、石灰石和石英砂 玻璃窑 物理变化和化学变化 玻璃纤维 复合材料 主要成分：Al2Si2H4O9 铁及其化合物 考点二 无机非金属材料 1.硅酸盐材料 (3)水泥 普通硅酸盐水泥的主要原料是______________，二者与其他辅料经混合、研磨后在____________中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥__________，再研成细粉得到普通水泥。 混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 黏土和石灰石 水泥回转窑 硬化速率 主要成分：Ca3SiO5、Ca2SiO4、Ca3Al2O6 铁及其化合物 考点二 无机非金属材料 2.新型无机非金属材料 (1)新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (2)新型陶瓷的种类与用途 材料类型 主要特性 示例 用途 高温结 构陶瓷 耐高温、抗氧 化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅与某些金属氧化物等烧结而成 火箭发动机的尾管及燃烧室、汽车发动机、高温电极材料等 SiO2+2C(过量) === SiC+CO2 ↑ 高温 SiC俗称金刚砂, 结构与金刚石类似, 硬度大, 高温抗氧化性能强。 铁及其化合物 考点二 无机非金属材料 2.新型无机非金属材料 压电陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 滤波器、扬声器、声纳探伤器、点火器等 透明陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙 高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零   可用于电力、交通、医疗等领域 铁及其化合物 考点二 无机非金属材料 (3)碳纳米材料 碳纳米材料是一类新型的无机非金属材料。 ①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 ②用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 材料类型 性能 用途 碳纳米管 比表面积大，高强度， 优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 电阻率低，热导率高， 具有很高的强度 用于光电器件、超级电容器、 电池和复合材料等 铁及其化合物 考点二 无机非金属材料 新型材料 结构特点 主要性能 主要应用 富勒烯 碳原子构成的一 系列笼形分子 — 工业材料，应用 于电化学，催化 剂，化妆品，抗 癌药物等 铁及其化合物 化 学 性 质 还原性 可燃性，还原氧化铁 无(灭火) 氧化性 ①与炽热炭反应 ②Mg在CO2中燃烧 与水反应 无 CO2＋H2OH2CO3 与碱反应 (石灰水) 无 Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O(检验CO2) 相互转化 CO2eq \o(,\s\up17(C，△),\s\do15(①O2；②CuO，△))CO 用途 燃料，冶炼金属 灭火，制汽水，植物肥料，化工原料等 Si(粗)＋3HCleq \o(=====,\s\up17(△))SiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2eq \o(=====,\s\up17(高温))Si(纯)＋3HCl SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up17(高温))Si(粗)＋2CO↑　 CaCO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up12(高温))CaSiO3＋CO2↑ Na2CO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up12(高温))Na2SiO3＋CO2↑ H2SiO3eq \o(=====,\s\up17(△))SiO2＋H2O Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl　 H2SiO3↓＋Na2CO3 SiOeq \o\al(2－,3)＋H2O＋CO2(少量)===H2SiO3↓＋COeq \o\al(2－,3) SiOeq \o\al(2－,3)＋2H＋===H2SiO3↓ Na2CO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up12(高温))Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up12(高温))CaSiO3＋CO2↑ $$