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第4单元-非金属及其化合物-化学-新课标(RJ)-全国卷地区专用.ppt 11.44 MB
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　　第四单元　　非金属及其化合物
　　第14讲　无机非金属材料的主角——硅
　　考纲要求 1.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物的主要性质、应用及对环境质量的影响。
　　2．了解常见无机非金属材料的性质和用途。
　　考点一　碳、硅单质的性质
　　知识归纳　
　　1．单质的结构、存在形态、物理性质和用途
　　碳 硅
　　存在形态 ________和化合态 化合态
　　结构 金刚石：__________结构；
　　石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的空间结构
　　同素异形体 金刚石、石墨、C60 晶体硅、无定形硅
　　物理性质 金刚石：熔点________、硬度________；
　　石墨：硬度________、电的良导体、有滑腻感 晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点________
　　用途 金刚石用作切割刀具，________用作电极、铅笔芯、高温润滑剂 ________材料、硅芯片和硅太阳能电池
　　2.碳和硅的化学性质
　　碳 硅
　　与单质
　　反应 氧气不足生成________，氧气足量生成________ 与氧气、氟气、氯气反应生成________、________、SiCl4
　　与氧化
　　物反应 与CuO反应：____________________________________________________________ (可用于金属的冶炼)；
　　与CO2反应：_________________________________________________________________________；与水蒸气反应： ________________________________________________________________________(制水煤气) 与FeO反应：Si＋2FeO=====高温SiO2＋2Fe(炼钢中的反应，了解)
　　与酸
　　反应 与浓硫酸、浓硝酸反应
　　________________________________________________________________________________________________________________________C＋4HNO3(浓)=====△CO2↑＋4NO2↑＋2H2O 不能被浓硫酸、浓硝酸氧化，但可与氢氟酸反应：________________________________________________________________________
　　3．硅的工业制法
　　原料―→________和________
　　制备――→原理__________________________________
　　提纯原理→Si＋2Cl2=====高温SiCl4→SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl
　　■ 判断思考
　　1．判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
　　(1)金刚石和石墨物理性质有较大差别的原因是碳原子的排列不同(　　)
　　(2)Si和SiO2都可用于制造光导纤维(　　)
　　(3)碳燃烧可生成CO或CO2，但硅与氧气反应只能生成SiO2(　　)
　　(4)非金属性：C＞Si，则稳定性CH4＞SiH4(　　)
　　(5)晶体硅熔点高硬度大，故可用于制作半导体材料(　　)
　　(6)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体(　　)
　　2．将碳、硅的单质和其物理性质或用途用短线连接起来。
　　①金刚石　　　　a.质软、能导电，可制电极
　　②石墨          b.作吸附剂、脱色剂
　　③C60           c.熔点高、硬度大，制饰品和切削工具
　　④活性炭        d.熔点高，半导体材料和制光电池的材料
　　⑤晶体硅        e.具有特殊结构，可能成为新型催化剂或催化剂载体
　　典型例题　
　　1 下列说法不正确的是(　　)
　　A．[2015•江苏卷] 下列转化均能一步实现：粗硅――→Cl2高温SiCl4――→H2高温Si
　　B．[2015•江苏卷] 元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体
　　C．[2015•上海卷] 硬度：晶体硅<金刚石
　　D．高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅
　　2 晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
　　①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅。
　　②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCl=====300 ℃SiHCl3＋H2。
　　③SiHCl3与过量H2在1100 ℃反应制得纯硅。
　　已知：SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
　　请回答下列问题：
　　(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为____________________________。
　　(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________。
　　(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图4-14-1(热源及夹持装置略去)：
　　图4-14-1
　　①装置B中的试剂是____________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________________________________________________________________________。
　　②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是______________________，装置D中发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________
　　________________________________________________________________________。
　　③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__________________________________。
　　④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是________。
　　a．碘水　b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液　e．Na2SO3溶液
　　碳、硅单质的特殊性
　　1．一般情况下，非金属元素单质的熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石的熔、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。
　　3．Si的还原性强于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。
　　4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O==Na2SiO3＋2H2↑。
　　5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应：Si＋4HF==SiF4↑＋2H2↑。
　　6．一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，而C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)=====高温H2＋CO。
　　■ 变式训练
　　1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素(　　)
　　A．在自然界中只以化合态的形式存在
　　B．单质常用作半导体材料和光导纤维
　　C．最高价氧化物不与酸反应
　　D．气态氢化物比甲烷稳定
　　2．[2015•江苏卷] 在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是(　　)
　　A．元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体
　　B．Mg、MgO中镁元素微粒的半径：r(Mg2＋)>r(Mg)
　　C．在该反应条件下，Mg的还原性强于C的还原性
　　D．该反应中化学能全部转化为热能
　　考点二　碳、硅的氧化物
　　知识归纳　
　　1．一氧化碳
　　(1)物理性质：________色气体，________毒，________溶于水。
　　(2)化学性质