第24讲 硅 无机非金属材料 课件-2026届高三化学一轮复习

第五章 非金属及其化合物 第24讲——硅 无机非金属材料 新人教版 高中化学 2026届 一轮复习 完成P128页 【必备知识·梳理】，核对答案【3min】 知识梳理 碳族元素 第ⅣA族——碳族元素, 有： C、Si 、 Ge、Sn、Pb、Fl 知识梳理 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 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 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 知识梳理 共价晶体 知识梳理 1、碳族元素的结构特点和性质 高 正六边形 小 能 正五 正六 分子晶体 混合晶体 知识梳理 1、碳族元素的结构特点和性质 (3) 碳单质的化学性质 CuO: (冶炼金属) 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 (1)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质。(　　) (2)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。(　　) (3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。(　　) (4)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失。( ) (5)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体。(　　) 巩固提升 P116T3.[2024·陕西西安中学模拟] 碳纳米管可看作多层石墨烯无缝卷曲而成的直径为10~20 nm的中空管状结构,下列说法错误的是 (　 ) A.石墨烯和碳纳米管互为同素异形体 B.石墨烯中只存在非极性键 C.碳纳米管是一种胶体 D.石墨烯可用于制造超级电容、电池等 C 【判一判】　正误判断(正确打“√”，错误打“×”)。 ✘ ✘ ✘ ✘ CO (不成盐氧化物) CO2 (酸性氧化物) 毒性 有毒(易结合血红蛋白) 无毒(温室效应) 化学 性质 还原性 氧化性 与水 与碱 转化 用途 燃料、冶炼金属 灭火、制汽水、植物肥料、化工原理 与O2 、CuO、Fe2O3等 与C、Mg等 CO2 +H2O⇌H2CO3 CO2 +Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O CO CO2 1、碳族元素的结构特点和性质 (5) 碳的氧化物—CO、CO2 知识梳理 重难点突破 ①CO2通入饱和Na2CO3溶液,有晶体析出，化学方程式： ②少量CO2通入Na2SiO3溶液,有白色胶状沉淀生成，化学方程式： ③过量CO2通入Na[Al(OH)4]溶液,有白色胶状沉淀生成，离子方程式： ④少量CO2通入苯酚钠溶液,化学方程式： ⑤少量CO2通入次氯酸钠溶液,化学方程式： ⑥少量CO2通入次氯酸钙溶液,化学方程： ⑦向饱和食盐水中先通入氨气再通入足量的CO2析出晶体，化学方程式： ★ CO2参与的重要反应 Na2CO3+CO2+H2O = 2NaHCO3↓ Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓ (CO2过量时会生成NaHCO3) Al(OH)4-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3- CO2+H2O+C6H5ONa→C6H5OH+NaHCO3 NaClO＋CO2＋H2O=NaHCO3＋HClO Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO NH3＋NaCl＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl 知识梳理 碳酸为弱酸且不稳定,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。 1、碳族元素的结构特点和性质 (6) 碳的重要化合物—H2CO3 (7) 碳的重要化合物—H2C2O4 ①H2C2O4是二元弱酸；有较强的还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色(离子方程式)： ； ②H2C2O4不稳定，固体受热易分解： ； 2MnO4-＋5H2C2O4＋6H+=2Mn2+＋10CO2↑＋8H2O H2C2O4 = H2O＋CO↑＋CO2↑。 △ 金刚石晶体结构分析 正四面体 最小环为六元环 晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内 6 不在 每个碳原子可形成　　个六元环,每个C-C键可以形成　个六元环。 ６ 12 完成P129页 【必备知识·梳理】，核对答案【3min】 补充说明 知识梳理 硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧，在元素周期表中与碳同主族。 硅元素全部以______态存在，是一种亲___元素，单质硅有_____和_______ 化合 氧 晶体 无定形 硅原子排列方式：正四面体空间网状结构 物理性质： 灰黑色、有金属光泽、硬而脆。结构类似于金刚石，熔沸点都很高、硬度也大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。硅芯片和硅太阳能电池 将碳、硅单质的物理性质和用途用短线连接起来 巩固提升 硅单质 知识梳理 Si+2Cl2===SiCl4 SiCl4+2H2===Si+4HCl 高温 粗硅的制备：又称工业硅，纯度在95％99％的硅 　SiO2+2C========= Si+2CO↑ 1600℃~1800℃ 由硅石粗硅高纯多晶硅（纯度在9个“9”以上(99.9999999％以上)单晶硅 (1)四氯化硅还原法 硅单质 知识梳理 (2)三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法) [2023·湖北卷] 工业制备高纯硅的主要过程如下: 下列说法错误的是 (　 ) A.制备粗硅的反应方程式为SiO2+2C Si+2CO↑ B.1 mol Si含Si—Si键的数目约为4×6.02×1023 C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气 D.生成SiHCl3的反应为熵减过程 B 真题感悟 二氧化硅 知识梳理 （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。 ④弱氧化性： 二氧化硅 知识梳理 (2)二氧化硅的性质 ①酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===________________。 ②高温下，Na2CO3、CaCO3与SiO2反应制玻璃的化学方程式为： _____________________________________________________________。 ③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 思考：以下两个试剂瓶，你选择哪一个来盛放碱液？ 思考：熔融固体氢氧化钠能否使用试管、石英坩埚、陶瓷坩埚？ 铁坩埚 1、下列关于二氧化硅的说法是否正确？解释其理由 A．二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成 B．二氧化硅又叫硅酐 C．二氧化硅与水化合生成对应水化物硅酸 D．二氧化硅为酸酐，与碱反应不与酸反应 E．二氧化硅与碳酸钠反应生成CO2， 所以硅酸酸性比碳酸强 B 巩固提升 SiO2晶体中无SiO2 分子存在 6、硅酸 弱 知识梳理 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。 【阅读材料】 硅胶干燥剂 硅胶吸水是物理变化。硅胶是一种凝胶,具有微孔结构,因此具有较强的吸附性。硅胶吸水后,在120℃下加热两小时可以再生。硅胶是没有颜色的固体.能变色的是变色硅胶,是在硅胶中添加了氯化钴（分子式：CoCl2 ,也称为氯化亚钴）.氯化钴含有的结晶水个数不同时候呈现不同颜色。不含有结晶水的时候是蓝色的,随着结晶水增多,会呈现蓝紫,紫红,粉红等颜色。（CoCl2呈蓝色,CoCl2·H2O呈蓝紫色,CoCl2·2H2O呈紫红色,CoCl2·6H2O呈粉红色）呈现粉红色时候说明吸水达到饱和,这时候硅胶失去吸水能力,需要去除烘干,变成蓝色之后才能再用。 【例题3】硅胶吸附剂的结构示意图如图所示，常用作干燥剂。在其中添加CoCl2可使其指示吸水量的多少来决定硅胶是否失效，原理如下： CoCl2(蓝色)+6H2O=CoCl2·6H2O(粉红色)，失效的硅胶可加热再生，下列说法错误的是 A．当硅胶变粉红色说明硅胶失效了 B．SiO2是酸性氧化物，硅胶可干燥HF和Cl2等酸性气体 C．失效的硅胶再生时加热的温度不宜过高 D．当硅胶遇到大量的水分子时，与硅羟基形成了过多氢键从而失去吸附力 巩固提升 × SiO2是一种重要的化工原料,可以用于制备一系列物质，如单质硅、硅酸盐等。 思考：1、普通玻璃的生产反应原理为？主要成分为？ 2、普通玻璃为传统硅酸盐材料，水泥、陶瓷的也是传统的硅酸盐材料，它们的生产原料？ 材料 水泥 普通玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、 黏土 纯碱、 石灰石、 石英砂 黏土 SiO2 Na2SiO3 CaSiO3 知识梳理 知识梳理 资料卡片 硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体结构，其结构如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体通过顶角O的相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 结构决定性质 （2）表示方法： 通常用SiO2和金属氧化物的形式来表示其组成 硅酸钠：Na2SiO3 高岭石：Al2Si2O5(OH)4 Na2O · SiO2 Al2O3 · 2SiO2 ·2H2O 练习：长石 KAlSi3O8 钾云母 KH2Al3Si3O12 (1)概念：由 元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分． 硅、氧和金属 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O 原则：金属氧化物在前，非金属氧化物在后；低价态在前，高价态在后；活泼在前，不活泼在后；水一般写在最后。 格式：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水 知识梳理 硅酸盐 [注意: 原子个数比例不变，化合价不变] 硅酸盐—硅酸钠 写出下列反应的离子方程式： 与盐酸反应：_________________________。 与CO2水溶液反应：_______________________________________。 【Na2SiO3，白色、可溶于水的粉末状固体,俗称“泡花碱”，可溶于水，其水溶液俗称“水玻璃” ，呈碱性，无色粘稠的溶液，具有粘性和阻燃性。用作黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料等。】 常见的耐高温材料：MgO、Al2O3、SiO2、SiC、Si3N4等 知识梳理 注意：硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是硅酸钠 真题感悟 【2021·福建卷】建盏是久负盛名的陶瓷茶器，承载着福建历史悠久的茶文化。关于建盏，下列说法错误的是(　　) A.高温烧结过程包含复杂的化学变化 B.具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点 C.制作所用的黏土原料是人工合成的 D.属硅酸盐产品，含有多种金属元素 C 【2022·河北卷】定窑是宋代五大名窑之一,其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是(　　) A.传统陶瓷是典型的绝缘材料 B.陶瓷主要成分为SiO2和MgO C.陶瓷烧制的过程为物理变化 D.白瓷的白色是因铁含量较高 A (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。 【材料阅读】教材P23 2、新型无机非金属材料 知识梳理 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 知识梳理 (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。 2、新型无机非金属材料 知识梳理 【关注】特殊功能的含硅物质 ① __________ 具有金刚石结构，可用作磨料。 ②含硅元素4%的硅钢具有________性。 ③硅橡胶具有____________的性质。 ④分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)主要用作 _________和__________。 碳化硅（金刚砂） 导磁 良好的弹性 吸附剂 催化剂 知识梳理 真题感悟 【2025·辽宁沈阳市郊联考】下列有关新型无机非金属材料的叙述中,不正确的是(　　) A.氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、光导纤维等属于新型无机非金属材料 B.碳化硅的硬度大、熔点高,可用作砂纸和砂轮的磨料及耐高温材料 C.碳纳米管具有纳米尺度的直径,可用于生产复合材料、电池和传感器等 D.石墨烯具有电阻率高、硬度大等特性,可用于电力、交通、医疗等领域 D 【例题4】下列说法正确的是( ) A．亚冬会宣传景观用到的亚克力板(俗称有机玻璃)是一种新型无机非金属材料 B．合肥科学研究院的全超导托卡马克核聚变实验装置中的玻璃钢属于无机材料 C．陶瓷属于无机非金属材料 D．蔚来汽车的电池的正极材料主要成分磷酸铁锂（LiFePO4）属于金属材料 C 玻璃棉:玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属玻璃类，是一种无机质纤维 。 玻璃丝（玻璃纤维）:用熔融玻璃制成的极细的纤维，绝缘性、耐热性、抗腐蚀性好，机械强度高。用做绝缘材料和玻璃钢的原料等。 玻璃纸：是一种是以棉浆、木浆等天然纤维为原料，用胶黏法制成的薄膜。它透明、无毒无味。因为空气、油、细菌和水都不易透过玻璃纸，使得其可作为食品包装使用。 玻璃钢：纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。玻璃纤维作筋骨，用合成树脂（酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂）作肌肉，让它们凝为一体，制成的材料，其抗拉强度可与钢材相媲美—因此得名叫玻璃钢。 资料卡片 归纳总结 迁移应用 1、科学家已发现的114号元素具有稳定的同位素，关于它的结构和性质预测，错误的是( ) A.它的原子最外层上有4个电子 B.它的金属性比Pb强 C.电解它的硝酸盐和硝酸铜的混合液时，先析出铜 D.它的主要化合价为+2和+4价，且以+4价化合物最稳定 D “类铅元素” 2、对于ⅣA族元素，下列叙述中正确的是 A．C和Si是同族元素，可推出CO2和SiO2属于同种类型的晶体 B．C、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8 C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应 D．熔点：金刚石＜碳化硅＜晶体硅 C 【思考】SiO2中Si的杂化方式？为什么不形成Si=O ? 【拓展】石墨、金刚石、C60的熔点分别为3650℃、3500℃ 左右、280~500℃（熔 点：石墨＞金刚石＞C60），从粒子间的相互作用力的角度说明它们熔沸点的差异 为什么？ C60熔化时破坏分子间作用力，石墨、金刚石熔化时破坏共价键，共价键的强度大于分子间作用力；石墨因“存在大Π键”或“碳原子是sp2杂化”，导致键长更短，键能更大，所以熔点比金刚石高 迁移应用 $