第七章 硅和硅酸盐工业1

第一节   碳族元素

一．碳族元素

1.碳族元素位于周期表中_________，包括（名称和元素符号）_______________________

2. 原子结构特点：____________________________。

3.成键特点：____________________________。

4.性质特点：碳族元素在周期表中从上到下，元素的原子半径逐渐________，失电子能力逐渐______，得电子能力逐渐_______，非金属性向金属性递变的趋势很明显。在碳族元素的单质中，碳是非金属；____外貌象金属，但在化学反应中多显示非金属性，通常被认为是非金属；_____的金属性比非金属性强；____和___都是金属。

5.碳族元素的主要化合价有_____和____，___________________的+4价化合物是稳定的，_______的+2价化合物是稳定的。因此，CO、SnCl2等具有较强的________性，而PbO2具有较强的_____ 性。写出二氧化铅分别与浓盐酸、二氧化硫反应的方程式 _______________________________

______________________________________________________________________________。.

6.碳族元素的最高价氧化物对应水化物的通式是___________或_________，其气态氢化物的通式是__________。

7. 碳族元素单质的物理性质：

色态：碳____________________或_________________________；

硅____________________________________________________；

锗____________________________________________________；

锡____________________________________________________；

铅____________________________________________________。

二、碳的多样性

（一）多种多样的碳单质

1、自然界中的存在：有________态，也有_______态。

2、同素异形体：由_____________组成的性质_______的几种______。

              同素异形体的相互转化属于________变化。

3、碳的三种同素异形体：金刚石、石墨、C60。

（1）碳燃烧：_________________________________________；

（2）碳与水反应（制水煤气）：_________________________________________；

（3）工业制硅：_________________________________________；

（4）碳与CO2共热：_________________________________________；

（5）碳与浓硫酸反应：_________________________________________；

（6）碳与CuO反应：_________________________________________；

（二）广泛存在的含碳化合物

1、多种碳酸盐矿石：大理石_________、方解石________、白云石________、菱锌矿________

菱镁矿________、菱铁矿________。

2、碳的氧化物

1、自然界中碳及其化合物间的转化

自    岩石风化

      呼吸排泄

然    化石燃料燃烧

      森林、草原的燃烧

界    火山喷发

         光合作用

大气中的CO2

           溶解

溶洞、石笋、钟乳石的形成：石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和CO2的作用能转化为可溶性的碳酸氢钙。由于石灰岩层各部分所含碳酸钙的多少不同，石灰岩就逐渐被溶解分割成互不相依、千姿百态、陡峭秀丽的山峰或被溶解侵蚀成奇异壮观的溶洞。

溶有碳酸氢钙的水，当从洞顶向洞底滴落时，水分蒸发、压强减小及温度的变化都会使CO2溶解度减小而析出碳酸钙沉淀。这些沉淀经过千百万年的积累，逐渐形成了钟乳石、石笋等。洞底的钟乳石与地面的石笋连接起来，就会形成奇特的石柱。

用化学方程式表示为：________________________、____________________________。

2、生产和生活中碳及其化合物间的转化

（1）高炉炼铁：CO的生成：____________________、________________________。

              氧化铁的还原：_________________________________。

炼铁的原料是______和________，实际起还原作用的是_______________。

（2）水垢的形成：水垢的主要成分是____________、______________。

水中含Ca2+、Mg2+和HCO3-在加热的条件下，发生如下反应：___________________________、

________________________________、__________________________________。

若要除去水垢，可向暖瓶中加入稀酸或家中的________。

小结：

第二节   硅及其化合物

一．单质硅

1. 硅在自然界的存在：硅是在自然界中分布很广的一种元素，在地壳中的含量仅次于_______，处于第________位。自然界中只存在__________态。单质硅有_________和__________两种同素异形体。

2．物理性质：_______色、有_________光泽、硬而脆的固体，其结构类似于__________，熔点和沸点都很高，硬度很大。是良好的___________材料。

3．化学性质

⑴在常温下，不能与_____、_________、_______、_________、___________等反应。

可与F2反应：________________________，与氢氟酸反应：__________________________

与氢氧化钠溶液反应：_______________________________________，

离子方程式___________________________________。

（2）加热或高温时：与非金属单质反应。Si+O2_____________________，Si+Cl2_______________。

4．工业制法：

粗硅的制取：在______中用________还原二氧化硅：______________________________（方程式）；

粗硅的提纯：高温下与氯气反应：_________________________________

高温下用氢气还原SiCl4__________________________________

5．硅的用途：晶体管、集成电路、硅整流器、太阳能电池、合金（含硅4％的钢具有良好的导磁性作________，含硅15％的钢具有良好的耐酸性，作_________。）

二．二氧化硅

1.二氧化硅在自然界中的存在：石英、水晶、玛瑙。

2．结构：Si和O按1：2组成的正四面体的空间网状结构的晶体。无分子存在。

3．物理性质：硬度______，熔点____，______导电，______溶于水。

4．化学性质：

（1）具有酸性氧化物的通性：

     SiO2+  NaOH____________________，离子方程式__________________________。

【应用】实验室盛放碱液的试剂瓶用_______塞，而不能用______塞，防止玻璃受碱液腐蚀生成_______，使瓶口和塞子粘在一起。

（2）特性一与HF反应：SiO2+  HF_____________________________

【应用】盛放氢氟酸应用________瓶，利用此反应可刻蚀玻璃。

（3）氧化性：SiO2+  C_________________________________。

5．用途：石英表中的压电材料，高性能的现代通讯材料——光导纤维

三．硅酸、硅酸盐

1．硅酸（H2SiO3）不溶于水，酸性比碳酸还弱。

H2SiO3 ＝___________________________

H2SiO3+  NaOH_____________________________

2．硅酸钠（Na2SiO3）

硅酸钠固体俗称泡花碱，其水溶液俗称水玻璃，是无色粘稠液体，常作粘合剂，防腐剂、耐火材料等。

Na2SiO3+  HCl______________________________________

Na2SiO3+CO2+H2O＝___________________________________

【应用】水玻璃应如何保存？密封保存。

制法：

SiO2+  NaOH_______________________________

SiO2+Na2O___________________________________

3．硅酸盐

硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，种类很多，结构复杂，常用氧化物的形式表示构成。

【练习】用氧化物形式表示下列硅酸盐：

Mg2SiO4____________________  CaSiO3______________________   

KAlSi3O8___________________  Al2(Si2O5)(OH)4_________________

第三节   无机非金属材料

一、材料概述

材料是人类生活必不可分的物质基础，人类制造的第一种材料是_____________。

                            ______________

           无机非金属材料

1．材料                     ______________

          金属材料

            高分子材料

2．传统无机非金属材料

优点：_____________________________

缺点：_____________________________

3．新型无机非金属材料特性

（1）___________________________________________________

（2）___________________________________________________

（3）___________________________________________________

（4）___________________________________________________

二．传统无机非金属材料——硅酸盐材料

1．硅酸盐材料性质特征：

性质_________，熔点_____________，大都____溶于水

主要原料：_________________________________

主要制品：_________________________________

2．玻璃

原料：_______、_________、__________

主要反应：______________________________、__________________________

特性：____________态物质（在一定温度范围内软化），非晶体

种类：普通玻璃、石英玻璃、铅玻璃、有色玻璃（蓝色玻璃加入了______，红色玻璃加入了______），钢化玻璃（普通玻璃放入电炉中加热，软化，急速冷却而成）

3．水泥

原料：_______、_______

主要成分：__________、___________、___________

特性：水硬性（与水掺和搅拌，静止后，很容易凝固变硬）

种类：矾土水泥、膨胀水泥、凝固水泥。

混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物叫做混凝土。

钢筋混凝土：用钢筋做结构的混凝土。

4．陶瓷：

陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料。

主要原料：黏土（主要成分：氧化铝、二氧化硅和水分，可用xAl2O3·ySiO2·zH2O来表示）

三．新型无机非金属材料

1．半导体材料

2．高温结构陶瓷：氮化硅（Si3N4）陶瓷——制造陶瓷发动机

                 碳化硅（SiC）陶瓷

3．生物陶瓷：氧化铝（Al2O3）陶瓷——制假牙、膝关节、肘关节、肩关节等。

             氧化锆（ZrO2）也可制造假牙、骨、股关节等。

4．压电陶瓷：用压电陶瓷制作的压电地震仪，能精确测出地震强度，并指出地震方位和距离。

5．光导纤维：光导纤维是以石英玻璃、多组分玻璃、红外玻璃、掺稀土元素玻璃等为原料制造。

光纤光缆具有信号容量大。质量轻、不怕腐蚀、抗干扰、保密性好、无电辐射等优点。

光导纤维除了由于通讯外，还可用于能量传递，信息处理、遥测遥控和医疗器械（如光导纤维内窥镜）制造等方面。