人教高中化学第四讲　无机非金属材料.docx

第四讲　无机非金属材料
【课标要求】　1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解碳、硅及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。
2.结合实例认识碳、硅及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质的性质，实现物质的转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
一、碳、硅及其氧化物
1.碳、硅的结构与物理性质
(1)三种常见的碳单质
①金刚石
碳原子的排列方式：正四面体的空间网状结构
碳原子的杂化方式：sp3杂化
物理性质：熔点高，硬度大，不导电
②石墨
碳原子的排列方式：层状结构，每层为正六边形的平面网状结构
碳原子的杂化方式：sp2杂化
物理性质：熔点高，硬度小，能导电
③足球烯(C60)
碳原子的排列方式：“足球”状分子，由正五边形和正六边形排列而成
物理性质：不导电
(2)硅的结构与物理性质
2.碳、硅的化学性质
(1)碳单质的化学性质——还原性
①与O2反应
O2足量：C＋O2CO2；O2不足：2C＋O22CO。
②与氧化物反应
SiO2：SiO2＋2CSi＋2CO↑(制取粗硅)；
H2O：C＋H2O(g)CO＋H2(制取水煤气)。
③与强氧化性酸反应
如木炭与浓H2SO4、浓HNO3在加热条件下的反应。
(2)硅单质的化学性质——还原性
①与O2反应(用化学方程式表示，下同)：Si＋O2SiO2；
②与氢***酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
3.碳和硅的氧化物
(1)一氧化碳：无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。
(2)二氧化碳和二氧化硅的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
所属类别
均为酸性氧化物
结构
硅氧四面体相连构成的螺旋链
由CO2分子构成
物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
熔、沸点低，常温下为气体，能溶于水
化
与水反应
不反应
CO2＋H2OH2CO3
学性质
与酸反应
只与氢***酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应
与碱(NaOH)反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
生成正盐(CO)：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；
生成酸式盐：(HCO)CO2＋NaOH===NaHCO3
与盐反应
如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
如与Na2SiO3反应：CO2(少量)＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
与碱性氧
化物反应
如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3
如与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件等
制饮料、制碳酸盐等
【诊断1】 判断下列叙述的正误(正确的划“√”，错误的划“×”)。
(1)碳、硅在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态(×)
(2)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料(×)
(3)SiO2具有导电性，故可用于制备光导纤维(×)
(4)NaOH溶液贮存在带橡胶塞的玻璃试剂瓶中(√)
二、硅酸、硅酸盐和新型无机非金属材料
1.硅酸
硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后 得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶，硅胶是一种干燥剂。
2.硅酸盐——硅酸钠
(1)性质
硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。写出下列反应的离子方程式：
与盐酸反应：SiO＋2H＋===H2SiO3↓。
与CO2水溶液反应：SiO＋H2O＋CO2(少量)===H2SiO3↓＋CO。
(2)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主要包括水泥、普通玻璃、陶瓷等硅酸盐材料(如下表)。
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
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
(2)玻璃的生产
①反应原理
CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑。
②主要成分：SiO2、CaSiO3、Na2SiO3。
4.新型无机非金属材料
(1)新型陶瓷
(2)碳纳米材料
碳纳米材料在能源、信息、医药等领域有广阔的前景。
【诊断2】 判断下列叙述的正误(正确的划“√”，错误的划“×”)。
(1)氮化硅陶瓷、超导陶