第四章 非金属及其化合物
教学目的1:
1. 了解碳、硅及其重要化合物的主要性质,认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。
2. 知道水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其用途。
教学课时:
2.5课时
知识体系1
1. 硅及其化合物
⑴碳和硅的比较
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碳 |
硅 |
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位置、原子结构示意图 |
第2周期第AⅣ族 |
第3周期第AⅣ族 |
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原子半径 |
相对较小 |
相对较大 |
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成键特点 |
难以得失电子,主要靠共价键与其它原子结合 |
晶体硅的结构与金刚石的结构相似,具有正四面体型结构的原子晶体 |
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物理性质 |
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晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。硅和锗是重要的半导体材料 |
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化学性质 |
在高温和点燃下有强还原性 点燃 点燃 C + O2 CO2 |
①加热条件下,能跟一些非金属单质起反应。 Si + O2 Si + 2H2 ②常温下,不能强酸、强氧化性酸反应,只能与氟气、氢氟酸(HF)和烧碱等物质反应。 Si + Si + 4HF==SiF4 +H2↑ Si + 2NaOH + H2O == Na2SiO3 + 2H2↑ |
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工业制法 |
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SiO2 + (焦炭在电炉中还原二氧化硅得到粗硅)粗硅提纯后,可以得到可用作半导体材料的高纯硅。 |
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用途 |
作还原剂、吸附剂 |
①作半导体材料晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等; ②制合金:含硅4%的钢具有良好的导磁性——变压器铁芯; 含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性——耐酸设备等。 |
⑵. SiO2与CO2性质的对比:
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SiO2 酸性氧化物 |
CO2 酸性氧化物 |
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结 构 |
空间网状 原子晶体 |
分子晶体 |
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物 性 |
熔点高,硬度大 |
熔点低,硬度小 |
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化 学 性 质 |
共性 |
与H2O反应 |
不反应,但仍是硅酸酸酐 |
生成H2CO3是碳酸酸酐 |
与碱反应 |
2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O |
NaOH + CO2=== NaHCO3 2NaOH + CO2===Na2CO3+H2O(注意:NaOH与CO2的量不同,则产物不同) |
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与盐反应 |
SiO2 + Na2CO3 CaCO3 + SiO2 |
Na2CO3 + CO2 + H2O == 2NaHCO3 Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓ NaAlO2 + CO2 + 2H2O = Al(OH)3↓+ NaHCO3 |
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与碱性氧化物反应 |
SiO2 + |
CO2 + CaO == CaCO3 |
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氧化-还原性 |
SiO2 + |
C+ |
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特性.:与酸 反应 |
SiO2+4HF=SiF4+2H2O 常温溶于HF,所以,盛放氢氟酸不能用玻璃瓶,应用塑料瓶。 |
不反应 |
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用 途 |
①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品 ②SiO2是制光导纤维的重要原料 ③较纯的石英用于制造石英玻璃 ④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料 |
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⑶. 硅酸和硅酸盐
〖1〗 硅酸
① 性质:不溶于水,酸性比碳酸弱。
② 制备:NaSiO3 + CO2 + H2O == Na2CO3 + H2SiO3 (说明碳酸酸性比硅酸酸性要强)
〖2〗硅酸钠NaSiO3
俗名泡花碱,水溶液俗名水玻璃。
〖3〗 硅酸盐及其工业
① 性质特征:性质稳定,熔点较高,大都难溶于水。
② 主要原料:黏土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、石英(SiO2)和长石(钾长石(KalSi3O8)K2O·Al2O3·6SiO2或钠长石Na2O·Al2O3·6SiO2、高岭土[Al2Si2O5(OH)4] Al2O3·2SiO2·2H2O)。
③ 主要制品:玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦、水玻璃(Na2SiO3的水溶液)等。
④ 水泥和玻璃的生产:
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水泥 |
玻璃(普通) |
原料 |
石灰石、粘土 |
纯碱、石灰石、石英 |
设备 |
水泥回转窑 |
玻璃熔炉 |
反应 |
复杂的物理化学变化 |
Na2CO3+SiO2 CaCO3+SiO2 |
主要成分 |
3CaO·SiO2 2CaO· SiO2 3CaO·Al2O3 |
Na2O·CaO· 6SiO2 |
特性 |
水硬性 (加石膏调节硬化速度) |
玻璃态物质(在一定温度范围内软化) 非晶体 |
注意:硅在地壳中的含量排第二位,仅次于氧元素。
[基础达标1]
1. 光纤通信是一种现代化的通信手段,它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前,我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络,