第一学期专题四 非金属SiC及其化合物Word格式文档下载.docx
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结构
金刚石:
空间网状
石墨:
层状结构
晶体硅:
与金刚石类似的空间网状结构
物理性质
金刚石熔点高、硬度大
石墨熔点高、质软、有滑腻感
晶体硅为灰黑色固体,有金属光泽、硬度大、熔点高
用途
金刚石用切割刀具,石墨用作电极、铅笔芯
晶体硅用作半导体材料,硅芯片和硅太阳能电池
【易混归纳】碳、硅单质的特殊性
(1)一般情况下,非金属单质熔、沸点低,硬度小,但晶体硅、金刚石溶、沸点高,硬度大,其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。
(2)一般情况下,非金属单质为绝缘体,但硅为半导体,石墨为电的良导体。
高温
(3)Si的还原性强于C,但C在高温下能还原出Si:
SiO2+2C====Si+2CO↑
(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,但硅能跟氢氟酸作用:
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑。
(5)常见的与强酸反应生成H2的固体单质有Al和Si,能够置换出H2O中氢的非金属单质为碳,这些特征反应常作为推断题的突破口。
(6)金刚石为原子晶体,1mol金刚石中含有2mol碳碳单键;
晶体硅为原子晶体,1mol晶体硅中含有2molSi-Si键;
二氧化硅为原子晶体,1molSiO2中含有4molSi-O键;
石墨为混合晶体;
C60是分子晶体。
2、二氧化碳与二氧化硅的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
立体网状结构,不存在单个分子
存在单个分子CO2分子
主要物理性质
硬度大,溶、沸点高,常温下为固体,不溶于水
溶、沸点低,常温下为气体,微溶于水
与水反应
不反应
CO2+H2O=H2CO3
化
学
性
质
与酸反应
只与氢氟酸反应:
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
与碱反应
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+2H2O
(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2少量:
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2足量:
CO2+NaOH=NaHCO3
与盐反应
如与Na2CO3反应:
SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2↑
如与Na2SiO3反应:
Na2SiO3+CO2(不足)+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3或Na2SiO3+2CO2(足量)+2H2O=H2SiO3↓+2NaHCO3
与碱性氧化物反应
如与CaO反应:
高温
SiO2+CaO====CaSiO3
如与Na2O反应:
Na2O+CO2=Na2CO3
制光导纤维、光学
仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐
3、硅的化学性质
硅的化学性质不活泼,常温下只能与F2、氢氟酸、强碱溶液反应;
在加热条件下,能与O2、Cl2等少数非金属单质化合。
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑Si+O2===SiO2
3、硅酸及硅酸盐
①硅酸
物理性质:
不溶于水,无色透明,胶状(硅胶)硅胶可用作催化剂的载体和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂(硅胶疏松多孔)。
化学性质:
弱酸性,只与强碱反应:
H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O
比碳酸酸性弱:
Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3↓(强酸制弱酸)
制备方法:
可溶性硅酸盐+酸,如Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
不稳定性:
受热易分解H2SiO3===SiO2+H2O
【易错归纳】
(1)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3。
(2)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟氢氟酸作用:
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。
(3)不能混淆二氧化硅和晶体硅的用途,用于制作光导纤维的是SiO2,用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。
(4)水晶、石英、玛瑙的主要成份都是SiO2。
②硅酸盐
1.Na2SiO3:
Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,是无色黏稠液体,常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。
a.贮存:
盛放Na2SiO3溶液的试剂不能用玻璃塞,因为Na2SiO3是一种矿物质胶,能把试剂瓶和瓶塞黏合在一起。
b.变质:
Na2SiO3水溶液在空气中易变质,离子方程式为:
SiO32-+CO2+H2O=H2SiO3↓+CO32-。
C.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,排列顺序:
活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·
SiO2,石棉网(CaMg3Si4O2)可表示为CaO·
3MgO·
4SiO2。
4、硅酸盐材料常识
水泥
玻璃
陶瓷
原料
黏土
石灰石、石英沙、纯碱
设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
变化
复杂的物理、化学变化过程
主要反应:
Na2CO3+SiO2==
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2=高温=CaSiO3+CO2↑
加水混合→成型→干燥→烧结→冷却
组成
硅酸三钙(3CaO·
SiO2)
硅酸二钙(2CaO·
铝酸三钙(3CaO·
Al2O3)
硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
硅酸盐
重要的建筑材料
制作玻璃瓶、化学实验用的玻璃仪器等
在工农业,生活、实验室中使用
说明
(1)传统的无机非金属材料主要指硅酸盐材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷等。
(2)水泥中加入石膏是为了调节水泥的硬化速度。
【对点训练】
1.硅及其化合物在材料领域中应用广泛,下列叙述正确()
A硅单质是制造玻璃的主要原料BCaSiO3可用来制造太阳能
C水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2D二氧化硅是制造光导纤维的材料
2.下列说法错误的是()
A.古代的陶瓷、砖瓦,现代的玻璃、水泥等,都是硅酸盐产品
B.工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石
C.博物馆窗户上普通玻璃的主要成分是SiO2
D.青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4],若以氧化物形式可表示为Al2O3·
2SiO2·
2H2O
3.化学与环境、材料、信息、能源关系密切。
下列就法不正确的是()
A.高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能水处理剂,既能杀菌消毒又能净水
B.“光化学烟雾”“臭氧空洞”的形成都与氮氧化物有关
C.减少使用含
或
的产品符合“促进低碳经济”宗旨
D.高纯度的二氧化硅广泛应用于制造光导纤维,光导纤维遇强碱会“断路”
4.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是()
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失
饱和Na2CO3溶液
B
Na2SiO3溶液
C
通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊不消失,再加入品红溶液,红色褪去
Ca(ClO)2溶液
D
通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊
Ca(OH)2溶液
5.甲、乙、丙、丁四种物质中,甲、乙、丙均含有相同的某种元素,它们之间具有如下转化
丁丁
关系:
甲乙丙。
下列有关物质的推断不正确的是()
A.若甲为焦碳,则丁可能为O2B.若甲为SO2,则丁可能是氨水
C.若甲为Fe,则丁可能盐酸D.若甲为NaOH溶液,则丁可能是CO2
6.在给定的条件下,下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是()
Cl2H2盐酸电解
A.粗硅SiCl4SiB.Mg(OH)2MgCl2(aq)Mg
高温高温
盐酸蒸发NH3·
H2O蔗糖
C.Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3D.AgNO3(aq)[Ag(NH3)2]OH(aq)Ag
7.将2.8g硅粉与2.3g钠同时放到足量的水中,采用恰当的方法收集反应过程中产生的气体(全部收集),这些气体在标准状况下的体积为()
A.1.12LB.4.48LC.5.6LD.3.36L
8.某二价金属的碳酸盐和酸式碳酸盐的混合物和足量的稀盐酸反应,消耗H+和CO2的物质的量之比为6:
5,则该混合物中碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量之比为()
A.1:
1B.1:
2C.1:
3D.1:
4
9.金属铝质轻且有良好的防腐性,在国防工业中有非常重要的作用,利用铝热反应完成钢轨的焊接非常方便迅速。
完成下列填空:
(1)在特制漏斗中将铝热剂混合均匀后,引发铝热反应的操作是________________________
(2)硅与铝同周期,地壳里硅、铝的含量为硅_______铝(填“>
”“<
”或“=”)。
工业上制备铝的化学方程式是____________________________________________________。
(3)SiO2是硅酸盐(Na2CaSi6O14)的主要成分,Na2CaSi6O14也可写成Na2O·
CaO·
6SiO2,钠长石(NaAlSi3O8)的氧化物的形式为_________________,长石是硅酸盐,不同类长石其氧原子的物质的量分数相同,由此可推断钙长石的化学式为_________________。
(4)某铝合金由Al、Si、Cu、Mg组成。
①取100g该铝合金样品,分成等质量的A、B两份。
向A中加入足量NaOH溶液,B份加入足量的稀盐酸。
②待两份反应物都充分反应之后,称得滤渣质量相差1.60g,收集得到的两份气体的体积之差2240ml(标准状况下)。
则样品中Si和Mg的物质的量分别是n(Si)=_______和n(Mg)=_______。
10.水泥是重要的建筑材料。
水泥熟料的主要成份为CaO、SiO2,并含有一定的铁、铝和镁等金属的氧化物。
实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:
氯化铵
盐酸、硝酸
氨水PH4-5
加热
硫酸
KMnO4法测定
回答下列问题:
(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助剂,还需要加入几滴硝酸。
加入硝酸的目的是_____________________________________________,还可以使用__________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是__________,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为_____________________________________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是_____________________________________。
沉淀B的主要成分为__________、__________(写化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为:
MnO4-+H++H2C2O4→Mn2++CO2+H2O。
实验中称量称取0.4g水泥样品,滴定时消耗了为。
0.05mol·
L-的KMnO4溶液36.00ml,则水泥样品中钙的质量分数为__________。
11.(12湖北竞赛)近年来我国光纤光缆的快速发展产生了对光纤预制的迫切需求。
光纤预制是制造石英系列光纤的核心原材料。
(1)如果把光缆裸露在碱性土壤中,结果会短路,用离子方程式说明原因:
_____________________________________________。
(2)石英的用途广泛,下列说法正确的是_________。
A.制备石英玻璃用来制造耐高温的化学仪器
B.可用作吸附剂或催化剂载体
C.工艺师用盐酸刻蚀石英制作艺术品
D.制备各种各样的陶瓷制品,如坩埚、蒸发皿、氮化硅高温结构陶瓷等
(3)晶体硅是电子工业的重量材料,工业上大量的晶体硅通常是由石英为原料制备得到的。
第一步,碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质);
第二步,粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450--500℃);
第三步,四氯化硅经提纯后用氢气还原可得到高纯硅。
相关信息如下:
a.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
b.有关物质的物理常数见下表:
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
--
315
溶点/℃
-70.0
-107.2
升华温度/℃
180
300
162
①写出获得粗硅的化学方程式:
____________________________。
②第二步获得的粗产品经冷却后再通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是_____________(填写元素符号)。
③第三步中用SiCl4与过量干燥的H2反应制备纯硅,为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及_________________,原因是________________________________________________。
答案
1-5DCBDC6-8ADB
9.
(1)铺上一层KClO3粉末,点燃插入的镁条;
通电
(2)>
;
2Al2O3(熔融)====4Al+3O2↑;
(3)Na2O·
Al2O3·
6SiO2;
CaAl2Si2O8
(4)0.4mol;
0.6mol。
10.
(1)将样品中可能存在的Fe2+氧化成Fe3+H2O2
(2)SiO2(或H2SiO3)SiO+4HF=SiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HF=SiF4↑+3H2O)
(3)防止胶体生成,易沉淀分离Al(OH)3Fe(OH)3
(4)45.0%
11.
(1)SiO2+2OH-=SiO32-+H2O
(2)AD
(3)①SiO2+2C======Si+2CO↑②Al、P、Cl
③排尽装置中的空气,确保干燥的H2气流;
以防H2、O2混合物受热不安全及高温下Si被氧化
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- 第一学期专题四 非金属SiC及其化合物 第一 学期 专题 非金属 SiC 及其 化合物