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第四章 非金属及其化合物 第一讲 无机非金属材料主角硅教学重点：SiO2的性质教学难点：SiO2的构造、硅酸盐的组成知识梳理在地壳里，硅的含量在所有元素中居第次于氧全部以 态存在。硅元素位于元素周期表中的第周期，族：其原子构造示意图：。一、二氧化硅及硅酸1、二氧化硅(1)物理性质:二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分确实是二氧化硅，SiO2不溶于水，熔点、硬度。水晶、石英是二氧化硅晶体。(2)构造:二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的，晶体中硅原子和氧原于的个数比为，Si02晶体的平面构造图：(3)二氧化硅出化学性质酸性氧化物的性质:Si02是酸性氧化物，是 的酸酑，于水。常温下Si02与NaOH溶液反响得到硅酸钠(Na2SiO3)，反响的化学方程式为：。 高温下Si02能和碱性氧化物(如CaO)反响生成硅酸盐，反响的化学方程式为：。 常温下，SiO2能与氢氟酸(HF)反响，此反响常用于刻蚀玻璃，反响的化学方程式为：。 二氧化硅的弱氧化性:Si02高温下与C作用可制取粗硅，反响的化学方程式为：。(4)二氧化硅的用处 :Si02是制造光导纤维的主要原料。Si02常被用来制造石英表中的压电材料(3)Si02用于制造各种玻璃制品。考虑:(1)实验室为什么不用带玻璃塞的试剂瓶盛放NaOH溶液?应用什么样的塞子?(2)Si02不溶于水，如何由Si02制取H2SiO3?2、硅酸(1)硅酸(H2Si03)硅酸不溶于水，其酸性比碳酸的酸性。(2)硅酸钠(Na2Si03): Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂。往Na2SiO3溶液中通人CO2，能制得硅酸，反响的化学方程式：。二、硅酸盐1、硅酸盐制品性质稳定、熔点较高，大都难溶于水，(1)硅酸盐的组成比拟复杂，常用氧化物的方式表示。表示顺序为：爽朗金属氧化物、较爽朗金属氧化物、二氧化硅、水。例如：硅酸钠(Na2Si03)改写为氧化物方式为：；钠长石： (NaAlSi308)改写为氧化物方式为。(2)玻璃消费原料：。消费设备：。消费过程：把原料粉碎并按适当比例混合后，放人玻璃熔炉中加热、熔化，冷却后得到一般玻璃。主要的化学反响有：。 主要成分：一般玻璃是Na2Si03、CaSi03和SiO2在一起的混合物。重要性质：玻璃在常温下呈固态，没有固定的熔点，受热在一定温度范围内逐步软化。玻璃的品种：铅玻璃(用于制光学仪器)；有色玻璃蓝色钴玻璃(Co202)、红色玻璃(Cu2O)；钢化玻璃(用于汽车车窗)： (3)水泥：水泥是重要的建筑材料，其主要成分是，水泥具有性。 (4)陶瓷：陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料，高温构造陶瓷，如氮化硅(Si3N4)陶瓷，碳化硅(SiC)陶瓷等。生物陶瓷：如氧化铝陶瓷(A1203)，氧化锆陶瓷(Zr02) 等； 压电陶瓷：以钛酸钡(BaTi03)和钛酸铅(PbTi03)为主要成分。三、硅单质1、硅的物理性质单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是色、有光泽、脆而硬的固体，是良好的材料。2硅的化学性质(1)常温下硅的化学性质稳定，但能和氟(HF)、强碱(NaOH)发生反响。硅和氟气反响生成四氟化硅气体，化学方程式为：。硅和氢氟酸反响生成四氟化硅，放出学方程式为：。 硅与NaOH溶液作用生成硅酸钠，反响的化学方程式为：。(2)在加热条件下，硅能和某些非金属单质发生反响。硅与氧气在加热时反响生成二氧化硅程式为：。 硅和C12在加热条件下反响生成四氯的化学方程式为：。3硅的制取：自然界中没有游离态的硅，常见的化合态的硅有和等。工业上，用焦炭在电炉中复原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。反响的化学方程式：。在该反响中，氧化荆是，复原剂。4硅主要的用处：硅能够用来制造、等。四、小结：比拟SiO2、CO2在物理化学性质上异同。二氧化碳二氧化硅状态溶解性与NaOH反响与酸反响(HF)CO2通入水玻璃SiO2与Na2CO3高温下反响疑难点拨一、 硅及其化合物的有哪些特性？1.Si的复原性大于C，但C却能在高温下复原出Si：SiO2+2C=Si+2CO2.非金属与碱反响一般无氢气放出，但Si能够：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 ，但Si能够与HF作用：Si+4HF=SiF4+2H24.非金属单质一般为非导体，但Si能够作为半导体。5.SiO2是硅酸的酸酐，但不溶于水，不能直截了当与水作用生成硅酸。6.非金属的氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点非常高，缘故是它为原子晶体。7.酸性氧化物一般不与酸反响，但SiO2能够与HF酸作用： SiO2+4HF=SiF4+2H2O8.硅酸不溶于水。二、为什么玻璃没有固定的熔点？有规则空间陈列的晶体是有固定熔点的。玻璃是一种玻璃态物质，玻璃态是介于结晶态与无定形之间的一种物质状态。它的构造特点是：它的粒子不象晶体那样有严格的空间陈列，但又不象无定形那样无规则陈列。人们把玻璃态的这种构造特征称为“短程有序而远程无序”。即从小范围来看，它有一定的晶体陈列，但从整体上看，却像无定形物质那样无晶形的陈列规律。因而，玻璃态物质没有固定的熔点，而是在一定的温度范围内逐步软化而变化为液态。三、玻璃瓶塞会跟NaOH等碱性溶液反响，为什么NaOH溶液还能用玻璃瓶盛装？由于玻璃不是简单的Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2机械混合物,它们互相结合为多聚硅酸的长链,金属阳离子处于无规则的多聚硅酸的长链包围之中。因而玻璃中的Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2不是独立存在的，即玻璃中SiO2与一般所说的是有区别的。瓶口内侧与瓶塞都是通过磨砂处理的，外表粗糙，造成碱性的液体容易滞留，同时水分蒸发，碱液浓度增大，促使二者更易反响。其他部位因外表光滑而难于反响。由于从组成和构造上看多聚硅酸的长链与SiO2类似，因而通常把玻璃跟NaOH等碱性溶液反响简单地看成SiO2与碱溶液的反响。四、二氧化硅与碳酸钠和碳酸钙反响的缘故？玻璃工业消费的主要原理是在强热的条件下发生：Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2 ，CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2 上述反响都是在高温条件下进展的，有利于二氧化碳从体系中挥发出来，而二氧化硅不行，因而反响能够进展。符合难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理。因而上述反响不与“Na2SiO3 + CO2+H2O= Na2CO3+ H2SiO3”矛盾，由于后者是在溶液中进展的，符合复分解反响的原理。五、怎么样用氧化物来表示硅酸盐？氧化物的顺序：爽朗金属氧化物较爽朗金属氧化物二氧化硅水，氧化物前系数确实定：除氧元素外，其他的元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。考前须知：氧化物之间用“·”隔开；系数配置出现分数应化为整数。如：正长石KAlSi3O8要写成K2O·Al2O3·6SiO2方式。六、碳族元素化合价有哪些特点？碳族元素主要化合价为+2和+4，非金属元素还有-4价。其中Pb+2价稳定；其余的+4价稳定。典例剖析【例1】向以下物质的浓溶液中缓慢地通入过量CO2气体，整个过程中无明显现象的是 A水玻璃 B苯酚钠 C漂白粉 D饱和碳酸钠 E氯化钙解析： CO2溶于水生成碳酸，碳酸的酸性比盐酸弱，而比硅酸、次氯酸、苯酚强。依照酸与盐反响的规律（弱酸不能制强酸），过量CO2通入硅酸钠溶液中有白色沉淀H2SiO3生成，CO2通入苯酚钠溶液中会生成苯酚浊液；CO2通入次氯酸钙溶液过程中会生成碳酸钙白色沉淀，CO2过量最终沉淀会消失；过量CO2通入饱和碳酸钠溶液会生成碳酸氢钠，碳酸氢钠溶解度比碳酸钠溶解度小而结晶析出；CO2通入氯化钙溶液无明显现象。 答案：E。规律总结： 此题易出错的地点有三个：CO2通入氯化钙溶液无明显现象；题干中CO2是过量的；碳酸氢钠因溶解度小而结晶析出。【例2】将足量CO2通人KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入CO2体积（y）的关系正确的选项A B C D解析：CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合溶液中，首先发生反响CO2+2OH+Ca2=CaCO3+H2O，此段时间内随着CO2的不断通入，沉淀量逐步增加；等Ca(OH)2反响完，溶液中还剩余OH，再通CO2，即发生反响：CO2+2KOH=K2CO3+H2O，此段时间内，随着CO2的不断通入，沉淀量保持不变; 等KOH反响完，接着通CO2，即发生反响：CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2，沉淀量逐步减少，不断到沉淀完全溶解。D图象符合题意。实际上这里还有一个定量关系：完全生成碳酸钙沉淀所需的CO2的体积和使碳酸钙沉淀完全溶解所需的CO2的体积相等。答案：D。 规律总结：遇到通入气体沉淀又溶解的这类题，首先联想到碳酸盐，亚硫酸盐转化为酸式盐，当全部转化为正盐时，如有OH，则应把OH中和完毕，酸式盐再转化为正盐。【例3】Fe3O4假设看作“混合氧化物”时可写成FeO·Fe2O3，假设看作一种盐时又可写成Fe(FeO2)2依照化合价规则和这种书写方法，Pb3O4能够分别写成_和_。解析: Fe元素有2、3价，Fe3O4中有1/3Fe元素为2价，2/3Fe元素为3价与Fe元素不同，铅是2价、4价按化合价规则及题中要求的写法(即低价在前，高价在后，且高价元素构成酸根)，故Pb3O4应改写为以下两种方式2PbO·PbO2和Pb2PbO4。【例4】 草酸晶体与浓硫酸共热可制得CO，其化学方程式如下：H2C2O4 CO+CO2+H2O，现利用该反响制取CO气体，要求：a验证CO复原性及其氧化产物。b剩余气体CO不能排入大气中，并答复有关咨询题：（1）试从图中选用几种装置（有些可重复使用）连接成一套实验装置，所选用的装置及连接顺序为          。（2）用简约的文字说明所选的装置，如何到达上述两要求：a       ；b      。（3）在装置C中的化学反响方程式为            。（4）本实验有四个酒精灯A、B、C、H，正确操作时点燃酒精灯的顺序是        ；试简单说明理由；             。熄灭酒精灯的顺序是         ；试简单说明理由：        。（5）用有效气体复原将生成的气体通入过量澄清石灰水中，生成白色沉淀，则 中 值是         ， 值是          。解析：在制取气体时，依照方程式：H2C2O4 CO+CO2+H2O,可知这是一个固体与液体物质在加热条件下制取气体的反响，应选装置A。由于草酸在加热中分解生成CO时，同时有CO2 和H2O生成，假设不除去则妨碍CO复原性和进展氧化产物CO2 的鉴定。可选用装有苛性钠的U型管以吸收混合气体中的CO2 ，同时还要配以装有澄清石灰水的装置E。当气体通过G装置后进展装置E无浑浊出现，说明混合气体中CO2 已除尽，然后通过装有浓H2SO4 的洗气瓶进展枯燥，才能进入装置C与 反响，证明CO的复原性。在C中反响生成Fe和CO2 ，证明生成了CO2 ，只能再次选用装置E，其中溶液在气体通过后出现浑浊，证明在反响中已生成了CO2 ，这就说明了CO的复原性，CO在反响中被氧化为CO2 ，剩余CO不能向空气中排放，无其他试剂能够将其吸收，因而将尾气在H处点燃，使未反响的CO转化为CO2 。实验中有三处装置使用酒精灯，即A、C、H。正确操作点燃酒精灯的顺序应为AHC。使分解产生的气体将系统内的空气排净，防止加热时发生爆炸，而熄灭酒精灯的顺序应为CAH。这是由于要使已被复原的铁粉在CO的气流中冷却，以防止再被氧化妨碍实验结果。实验最后给出测定的有关数值，要求确定 中的 和 值： 中含氧原子的物质的量： ,故 答案：(1)AGEFCEH(2)a草酸分解气体通过装置E时无白色沉淀生成说明其中所含CO2 已除尽，通过装置C反响后气体通过第二个装置E时出现白色沉淀，说明CO的氧化产物为CO2 。b尾气在装置H处点燃，使剩余的CO转化为CO2 (3) (4)AHC，使分解产生的气体把实验系统内的空气排尽，防止加热时引起爆炸CAH，使热的铁粉在CO气流中冷却，防止铁粉再次被氧化(5)2、3 知能训练一、选择题1.(2002全国理综，6)以下说法正确的选项 A.纳米材料是一种称为"纳米"的新物质制成的材料 C.生物固氮是指植物通过叶面直截了当吸收空气中的氮气 2(2004上海，大综)玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进展刻蚀，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是A、烧碱 B、纯碱 C 、氢氟酸 D、 盐酸3（2001春季，5）以下氧化物按其构成的含氧酸酸性递增顺序陈列的是A. B. C. D. 4关于碳族元素，以下说法正确的选项 A锗、硅元素的单质都是半导体材料 BCH4、SiH4、GeH4的稳定性依次减弱 CH2CO3、H2SiO3、H2GeO3的酸性依次加强 DC、Si、Ge、Sn、Pb的熔、沸点依次升高5以下说法：硅化学性质非常稳定，因而硅在自然界中以游离态方式存在；硅和二氧化硅晶体都属于原子晶体；二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有非常大的差异；二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反响。正确的选项 A B C D 6二氧化硅属于酸性氧化物的理由主要是 A硅是非金属元素 B二氧化硅对应的水化物是可溶性弱酸C二氧化硅能与强碱反响生成盐和水 D二氧化硅不能与酸反响7某混合气体中可能含有H2、CO、CO2、HCl、NH3、和H2O (气)中的两种或多种，当混合气体依次通过 澄清石灰水(无浑浊现象)， Ba(OH)2溶液(有浑浊现象)， 浓H2SO4(无现象)， 灼烧氧化铜(变红)， 无水CuSO4(变蓝)。对该混合气体成分正确推断的是 A一定没有CO2，确信有H2 B一定有CO、CO2、H2O(气) C一定有H2、CO2、HCl D可能有CO2、NH3、H2O(气)8将标准情况下2.24 L CO2通入150 mL 1mol·LNaOH溶液中，以下说法正确的选项 Ac(HCO3)略大于c( CO32) B能使酸性高锰酸钾溶液褪色Cc(Na)等于c( CO32)与c( HCO3)之和 Dc( HCO3)略小于c( CO32)9以下离子方程式，正确的选项A澄清石灰水通人过量二氧化碳：Ca2 +2OH+CO2 = CaCO3+H2OB硅酸钠溶液中通人足量二氧化碳：SiO32+2CO2+3H2O = H4SiO4+2HCO3C二氧化硅与烧碱溶液反响：SiO2 +2OH= SiO32+H2OD硅酸与烧碱溶液中和：H + OH= H2O10假如发觉114号新元素X，则以下可能具有的性质合理的是AX是非金属元素 BX有稳定的氢化物 CX的+4价化合物比+2价化合物稳定 DXO2具有强氧化性11以下各组离子中能大量存在的是AK、SiO32、OH、Na B Na、H、CO32、SO42CK、H、SiO32、Cl DOH、Na、HCO3、Cl12以下5个转化，其中不能通过一步反响实现的是 SiO2 Na2SiO3 CuSO4 CuCl2 SiO2 H2SiO3 CuO Cu（OH）2 Na2O2 Na2SO4A B C D 13高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y ，其中x、y的数值分别是A7、2 B5、4 C6、3 D3、6二、填空题14Fe3O4能够写成FeO·Fe2O3，假设看作一种盐时，又可写成Fe(FeO2)2。依照化合价规律和这种书写方法，则Pb3O4的氧化物方式为 ，盐的方式为 。等物质的量的Fe3O4和Pb3O4分别和浓盐酸时，所耗费HCl的物质的量相等，不同的是，高价的铅能将盐酸氧化而放出氯气。试写出Fe3O4、Pb3O4分别和浓盐酸反响的方程式 ， 。15一固体单质A参加NaOH溶液生成单质气体B和化合物甲，气体B和单质C在一定条件下反响生成化合物乙，化合物甲参加过量盐酸生成白色胶状物质丙，丙完全脱去化合物乙生成难溶物丁，丁参加NaOH又可生成化合物甲。写出上述物质的化学式： A ，B ，C ，甲 ，乙 ，丙 ，丁 。写出A与NaOH反响的化学方程式： 。写出甲与盐酸反响的离子方程式： 。16有三种不同质量比的氧化铜与炭粉的混合物样品、。甲、乙、丙三同学各取一种样品，加强热充分反响，测定各样品中氧化铜的量。（1）甲取样品强热，假设所得固体为金属铜，将其置于足量的稀硝酸中微热，产生112 L气体(标准情况)，则样品中氧化铜的质量为 g。（2）乙取样品 a g强热，生成的气体不能使澄清的石灰水变浑浊。再将反响后的固体与足量的稀硝酸微热，充分反响后，有b g固体剩余，该剩余固体的化学式为 。样品中氧化铜质量为 g（以含a、b的代数式表示）。（3）丙称量样品强热后剩余的固体，质量比原样品减小了c g，假设该固体为金属铜，则样品中氧化铜物质的量（n）的取值范围为 。三、计算题17向300mL KOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体，充分反响后，在减压低温下蒸发溶液，得到白色固体。请答复以下咨询题：(1)由于CO2通入量不同，所得到的白色固体的组成也不同，试推断有几种可能的组成，并分别列出。(2)假设通入CO2气体为（标准情况下），得到的白色团体。请通过计算确定此白色固体是由哪些物质组成的，其质量各为多少？所用的KOH溶液溶质的物质的量浓度为多少？参考答案：1D 2C 3B4AB 5D 6C 6C 8A 9BC 10D 11A 12B 13B142PbO·PbO2 Pb2PbO4 Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O，Pb3O4+8HCl=3PbCl2+Cl2+4H2O15Si H2 O2 Na2SiO3 H2O H4SiO4 SiO2 Si+2NaOH+ H2O= Na2SiO3+ 2H2 SiO32+2H+H2O=H4SiO4 16（1）6.0 （2）C； （3）17（1）K2CO3和KOH K2CO3 K2CO3和KHCO3 KHCO3（2）白色固体由K2CO3和KHCO3组成， 其质量各为690g和500g 0.500 molL1