非金属元素导学案学生版.docx

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非金属元素导学案学生版

无机非金属材料的主角---硅

考点一　碳、硅单质的存在与性质

1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途:

（1）碳在自然界既有________态又有________态。

碳的同素异形体有________、________、无定形碳、________等。

（2）硅在地壳中的含量占第____位，仅次于____，全部以________态存在，是一种亲____元素，单质硅有________和________形两种。

晶体硅是良好的________材料，在计算机等电子工业，可用作____________、大规模____________等。

硅是人类将________能转化为____能的常用材料，所以硅还用于制造________。

2．碳、硅单质的化学性质:

O2（足量）：

O2（不足）：

碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。

与O2反应

CuO：

　　　　　　　　　　（冶炼金属）

SiO2：

　　　　　　　　　　（制取粗硅）

与氧化

物反应

H2O：

（1）碳

浓H2SO4：

浓HNO3：

与强氧化

性酸反应

（2）Si

1．下列关于碳族元素的叙述，不正确的是

A．碳族元素的化合物主要是共价化合物B．碳族元素的单质都是导体或半导体

C．自然界中大量存在着碳族元素中某元素的气态氢化物

D．碳族元素形成的化合物多于其他族元素形成的化合物

2．下列关于硅的说法中，不正确的是

A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料

B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料

C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应

D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应

3．单层石墨称为石墨烯，这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”的石墨烯，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料，应用前景十分广阔！

（结构示意图如图所示）。

下列关于石墨烯的叙述正确的是

A．石墨烯可导电，说明它是电解质

B．石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳的单质

C．由于C（石墨，s）===C（金刚石，s）　ΔH＝1.9kJ·mol－1知金刚石比石墨烯稳定

D．尽量使用含

C的产品，减少使用含

C的产品，此举符合“促进低碳经济”的宗旨

考点二　碳、硅的氧化物

1．一氧化碳

（1）物理性质：

色气体，____毒，____溶于水。

（2）化学性质

①燃烧：

_________________________________________，__________火焰；

②还原CuO：

________________________________________________________________。

2．二氧化碳和二氧化硅的比较

物质

二氧化硅

二氧化碳

结构

__________结构，不存在单个分子

存在单个CO2分子

主要物理性质

硬度____，熔、沸点____，常温下为____体，不溶于水

熔、沸点____，常温下为气体，微溶于水

化学性质

①与水反应

不反应

②与酸反应

只与氢氟酸反应：

______

不反应

③与碱（NaOH）液反应

_________（盛碱液的试剂瓶用____塞）

④与盐反应

如与Na2CO3反应：

__________

______                           

如与Na2SiO3反应：

____________或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2（足量）===H2SiO3↓＋2NaHCO3

⑤与碱性氧化物反应

如与CaO反应：

_____________

如与Na2O反应：

________________

用途

光导纤维、光学仪器、电子部件

制饮料、制碳酸盐

4．除去下列气体中混有的杂质（括号内为杂质）可采取的方法：

（1）CO（CO2）：

________________________________________________________________。

（2）CO2（CO）：

_______________________________________________________________。

（3）CO2（O2）：

________________________________________________________________。

（4）CO2（SO2）：

_______________________________________________________________。

（5）CO2（HCl）：

______________________________________________________________。

（6）CO2（H2S）：

______________________________________________________________。

5．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括号内。

①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（　　）

②SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑（　　）

③SiO2＋2C

Si＋2CO↑（　　）

④SiO2＋3C

SiC＋2CO↑（　　）

⑤SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（　　）

A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B．氧化性C．酸性氧化物的通性

D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E．未参加氧化还原反应

6．下列关于碳和硅的氧化物说法正确的是________。

①碳和硅的氧化物都是酸性氧化物　②二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成　③二氧化硅不与水及任何酸反应　④CO2、CH4等气体都是温室气体　⑤CO常作还原剂，PbO2常作氧化剂　⑥碳在高温下与SiO2反应，作还原剂，但碳的非金属性比硅强

考点三　硅酸及硅酸盐

1．硅酸

硅酸____溶于水，其酸性比碳酸____，硅酸________（填“能”或“不能”）使紫色石蕊试液变红色。

（1）硅酸不稳定，受热易分解：

_________________________________________________。

（2）硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为______________________。

（3）硅酸在水中易聚合形成胶体。

硅胶吸附水分能力强，常用作__________。

2．硅酸盐

（1）概念：

____________________________________________的总称，是构成地壳岩石的主要成分。

（2）表示方法：

硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠（Na2SiO3）写成____________，钾云母（KH2Al3Si3O12）写成_________________________，高岭石A12（Si2O5）（OH）4可表示为：

___________________________。

（3）硅酸钠（Na2SiO3）

①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称________，有黏性，水溶液显碱性。

②它能与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为

与盐酸反应：

_______________________________________________________________。

与CO2水溶液反应：

__________________________________________________________。

③用途：

黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。

3．无机非金属材料

（1）传统无机非金属材料——水泥、玻璃、陶瓷的比较

硅酸盐产品

水泥

玻璃

陶瓷

主要设备

水泥回转窑

玻璃熔炉

烧结窑

原料

石灰石、粘土、石膏

纯碱、石灰石、石英（过量）

粘土

条件

高温

高温

高温

反应原理

复杂的物理化学变化

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑

复杂的物理化学变化

主要成份

硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）

铝酸三钙（3CaO·Al2O3）

Na2SiO3·CaSiO3·SiO2

产品特性

水硬性

无固定熔点

抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等

（2）新型无机非金属材料

①新型无机非金属材料包括：

半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等。

②新型无机非金属材料的特性：

耐高温、强度高；具有电学特性；具有光学特性；具有生物功能

考点四　碳族元素

元素

碳（）

硅（）

锗（）

锡（）

铅（）

结构

相同点

第族元素；最外层均有个电子，碳族元素性质具有相似性，容易形成键。

不同点

电子层数不同，原子半径不同。

化合价

、和

价稳定

价稳定

物理

性质

颜色

无色或黑色

灰黑色

灰白色

银白色

蓝白色

状态

固体

硬度

金刚石最硬，石墨柔软，晶体硅坚硬。

金属性与非金属性

金属性逐渐，非金属性逐渐

氢化物

化学式

―――

―――

―――

稳定性

稳定性依次

－――

―――

―――

常见氧化物

SnO2

―――

最高价氧化物对应水化物

化学式

Ge（OH）4

Sn（OH）4

Pb（OH）4

酸碱性

酸性逐渐，碱性逐渐

【例1】硅单质及其化合物应用范围很广。

请回答下列问题：

（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。

三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：

①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式________________________________。

②整个制备过程必须严格控制无水无氧。

SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式____________________________________________；

H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_______________________________。

（2）下列有关硅材料的说法正确的是________（填字母）。

A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥

B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承

C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维

D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高

E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅

（3）硅酸钠水溶液俗称水玻璃。

取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。

写出实验现象并给予解释：

。

【达标训练】

1．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）醋酸钠溶液中通入足量CO2：

2CH3COO－＋CO2＋H2O===2CH3COOH＋CO

（　　）

（2）向NaAlO2溶液中通入过量CO2：

2AlO

＋CO2＋3H2O===2Al（OH）3↓＋CO

（　　）

（3）Si和烧碱溶液反应，改变反应物用量，都可用同一离子方程式表示（　　）

（4）将足量CO2通入含K＋、SiO

、Cl－、NO

溶液中，离子将不能大量共