专题十四 无机非金属材料的主角——碳和硅

碳硅及其化合物无机非金属材料碳和硅是两种非金属材料，分别构成了碳族和硅族元素的主要成员。

它们的化合物和纯净的形式具有广泛的应用领域，包括电子学、材料科学、化学、生物学等。

下面将详细介绍碳、硅及其化合物的性质和应用。

碳是地球上最丰富的元素之一，存在于多种形式中，包括钻石、石墨和富勒烯等。

钻石是由碳原子形成的三维晶体结构，具有极高的硬度和热导率。

它在工业领域用于制造切割工具、磨料和高压实验设备。

相比之下，石墨由层状的碳原子组成，具有良好的导电性和润滑性。

它被广泛应用于电池、润滑剂和石墨烯等领域。

石墨烯是由单层石墨形成的二维结构，具有出色的电导性和机械性能，被视为未来材料科学领域的重要方向。

硅是地壳中第二丰富的元素，主要以二氧化硅的形式存在。

二氧化硅是非晶态或结晶态的硅氧化物，广泛应用于制造玻璃、陶瓷和光纤等。

此外，硅也可以形成硅晶体，是制造集成电路和太阳能电池等电子器件的重要材料。

硅的高熔点和良好的热导率使其成为高温电子设备和热管理材料的理想选择。

碳和硅的化合物也具有重要的应用价值。

碳化硅是碳和硅的化合物，具有良好的耐高温性能和化学稳定性，被广泛应用于制造陶瓷、研磨材料和半导体器件等。

碳酸钙是由碳、氧和钙元素组成的化合物，广泛存在于大自然中的石灰岩和大理石中。

它在建筑材料、制药和食品工业等领域中得到了广泛应用。

另一个重要的碳化合物是一氧化碳。

一氧化碳是一种无色、无味和有毒的气体，是燃烧不完全时产生的副产品。

尽管一氧化碳具有毒性，但它也有一定的应用价值。

一氧化碳能够与铁形成一种稳定的碳氧化物，被广泛用于冶金工业中的一氧化碳炉，用于还原金属矿石。

总的来说，碳和硅及其化合物是无机非金属材料中非常重要的成员。

它们具有良好的物理、化学和电学性质，广泛应用于各个领域。

通过深入研究和开发这些材料，我们可以不断发现新的应用领域，并推动科技和工业的进步。

一轮复习：无机非金属材料的主角硅、碳复习目标：1掌握碳、硅及其化合物的性质、转化关系。

2、了解硅酸盐工业，新型无机非金属材料的特性及其应用。

基础知识：一、碳、硅元素的存在及单质的性质和用途1存在形态自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态。

碳单质主要有金刚石、石墨等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。

2.【例113•碳、硅元素的单质及其化合物的特殊性①一般情况，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。

②一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

③一般情况，较强氧化剂+较强还原剂===较弱氧化剂+较弱还原剂，而碳却还原出比它更强的还原剂：SiO2 + 2C =Si + 2COT , FeO+ C = Fe+ COT。

④硅为非金属，却可以和强碱反应，放出氢气：Si+ 2NaOH + H2O===Na2SiO3 + 2H2 T。

⑤一般情况，较活泼金属+酸===盐+氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si+ 4HF===SiF4 件2H2f。

⑥一般情况，碱性氧化物+酸===盐+水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO2 + 4HF===SiF4 f+ 2H2O。

⑦一般情况，非常活泼金属（Na、K等）才能够置换出H20中的氢，但C+ H2O（g）=CO+ H才。

⑧一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2 + H2O= H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。

4•硅与铝的相似性及区别(1 )与强碱溶液反应时相似①Si、Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2。

②SiO2、AI2O3、H2SiO3、H3AIO3 : AI(OH)3 ］均与NaOH 溶液反应生成盐和水。

③Na2SiO3、NaAIO2溶液通入过量CO2均生成白色沉淀。

(2) 区别①除氢氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不与其它酸反应。

《无机非金属材料的主角——硅》
硅是一种无机非金属材料，它的性能和用处已经被广泛应用在科学和
工业界。

在硅的理化性能方面，它主要有三大特性：热性能、电性能和机
械性能。

首先，硅在热性能方面表现出不错的效果。

它具有良好的热稳定性，
常温下的热膨胀系数较小，具有高的热稳定性和热电性能，是一种理想的
绝热材料。

其次，硅在电性能方面也表现出良好的效果。

它具有较高的电阻率，
但是具有高介电常数，可以用作电力电容器的绝缘材料，也可以作为绝缘
涂料而使用。

而且，硅也可以用来制造集成电路，如大规模集成电路和微
型电子装置。

最后，硅在机械性能方面也表现出不错的结果。

它具有良好的抗冲击
性和耐磨性，可以作为金属表面耐磨材料使用，也可以用作构件材料。

而且，硅具有较高的硬度，可以用于制造器件或表面处理，以提高其耐磨性。

总之，硅在热性能、电性能和机械性能方面具有出色的表现，使它成
为无机非金属材料中的主角。

它的性能和用处得到了广泛的应用，如热绝
缘材料、电阻材料、介电涂料、集成电路材料、构件材料和耐磨材料。

正
是由于这些特点，让硅在电子工业、航空航天、特种材料和生物医学等领
域得到了广泛的应用。

《无机非金属材料的主角——硅》说课稿尊敬的各位评委、老师：大家好！今天我说课的题目是《无机非金属材料的主角——硅》。

下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。

一、教材分析本节课是人教版化学必修 1 第四章第一节的内容。

教材以硅在无机非金属材料中的重要地位开篇，引出硅及其化合物的性质和用途。

通过对硅的学习，不仅能使学生了解硅在材料科学中的重要作用，还能为后续元素化合物知识的学习打下基础。

从教材的编排来看，先介绍了硅在自然界中的存在形式，然后依次讲解了硅单质、二氧化硅和硅酸的性质及用途。

这种编排符合学生由浅入深、由易到难的认知规律。

二、学情分析学生在初中阶段已经对碳及其化合物有了一定的了解，这为本节课的学习提供了知识储备。

但对于硅这种相对陌生的元素，学生可能会感到抽象和难以理解。

此外，高一学生具备一定的实验观察能力和逻辑思维能力，但在分析问题和解决问题的能力上还有待提高。

1、知识与技能目标（1）了解硅在自然界中的存在形式，知道硅的原子结构特点。

（2）掌握硅单质、二氧化硅和硅酸的主要性质及用途。

（3）理解硅及其化合物在材料科学中的重要地位。

2、过程与方法目标（1）通过实验探究，培养学生的观察能力、实验操作能力和分析问题的能力。

（2）通过对硅及其化合物性质的学习，培养学生的归纳总结能力和逻辑思维能力。

3、情感态度与价值观目标（1）让学生感受化学与生活、生产的密切联系，激发学生学习化学的兴趣。

（2）培养学生的创新意识和科学精神。

四、教学重难点1、教学重点（1）硅单质、二氧化硅和硅酸的性质。

（2）硅及其化合物在材料科学中的应用。

（1）二氧化硅的结构与性质的关系。

（2）硅及其化合物之间的转化关系。

五、教法与学法1、教法（1）问题驱动法：通过设置问题，引导学生思考和探究，激发学生的学习兴趣。

（2）实验探究法：通过实验让学生亲身体验化学变化，培养学生的实践能力和创新精神。

无机非金属材料的主角――硅教学设计一、知识要点梳理二、教学目标1、知识与技能：（1）了解硅在自然界中的存在形式、含量和用途；（2）了解硅和二氧化硅的性质，认识硅和二氧化硅的用途；（3）了解硅酸的性质及制备方法；（4）知道硅酸盐的组成、重要性质及其用途；（5）探索非金属的性质和非金属的原子结构之间的关系，进一步熟悉从实验的角度探索和认识物质的化学性质的本领；2、过程与方法：（1）图片、视频，把化学与生活结合起来，以直观的方式，加深对知识的学习，提高掌握知识、运用知识的能力，并体验通过联系生活实际及实验解决化学问题，揭示物质性质的过程与方法；（2）学会运用对比方法来认识物质的共性和个性，加强对知识的迁移和类比能力；（3）通过“结构——性质——用途”的学习模式，逐步掌握学习元素化合物知识的一般方法；（4）本节部分内容属于了解层次，通过资料探究，掌握归纳总结学习的方法；3、情感态度与价值观：（1）通过课本及课件中大量的精美图片、实物、相应的化学实验现象感受到化学科学的魅力及化学对人类生产、生活的贡献，激发学习的兴趣，陶冶热爱科学的情感；（2）通过扩展学习，扩大科学视野，并把化学与生活结合起来，增强学习化学的好奇心；三、重难点1、教学重点：（1）硅和二氧化硅的性质。

（2）以生活的事例为切入点，联系硅结构与用途的必然联系。

2、教学难点：（1）硅化合物的丰富性和多样性（2）通过资料探究，学生自主学习硅的知识。

四、教学方法自主学习教学点拨对比发现实验探究五、课时安排2课时六、教学用具多媒体工具实验用品七、教学过程第一课时CaSi 3O第二课时22【课堂练习】1、下列有关物质的用途（括号中为用途）错误的是（）（A）锗和硅（半导体材料）（B）二氧化硅（制光导纤维）（C）水玻璃（用作粘合剂）（D）原硅酸（用作耐火材料）2、将过量的二氧化碳分别通入①氯化钙溶液②硅酸钠溶液③次氯酸钙溶液④饱和碳酸钠的溶液，最终溶液中有白色沉淀析出的是（）（A）①②③④（B）②④（C）①②③（D）②③④3.假设SiO2晶体中的Si原子被Al原子取代，不足的价数由K原子补充，当有25%的硅原子被取代时，可形成正长石的主要成分，则正长石的主要成分的化学式为（）A．KAlSi3O8B．KAlSi2O6C．KAlSiO4D．KAlSi4O104．当下列物质分别滴入醋酸时，会产生相同气体的是（）①大理石②钟乳石③锅垢④贝壳⑤蛋壳A．只有①②B．只有④⑤C．只有①②③D．①②③④⑤5.下列说法中能反映酸性氧化物最本质特点的是（）A．酸性氧化物是可与水化合成酸的氧化物B．酸性氧化物是电解质，在水溶液中能电离出H+C．酸性氧化物一定是非金属氧化物D．酸性氧化物是与碱反应生成对应的盐和水的氧化物教学过程：资料卡片资料一：硅元素⏹硅的英文名称silicium来自拉丁文silicis，原意是燧石。

第一节无机非金属材料的主角—硅B一、选择题：本小题共11小题,每小题5分,共55分1．下列说法正确的是A．SiO2溶于水显酸性B．CO2通入水玻璃可得硅酸C．SiO2是酸性氧化物,它不溶于任何酸D．SiO2晶体中不存在单个SiO2分子2．下列关于碳和硅的叙述中不正确的是A．金刚石和晶体硅都是原子晶体B．地壳中硅元素比碳元素含量多C．自然界里碳元素化合物比硅元素化合物种类多D．碳和硅的氧化物都是分子晶体3．下列说法正确的是A．SiO2溶于水显酸性B．CO2通入水玻璃中可得到原硅酸C．SiO2是酸性氧化物,它不溶于任何酸D．因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2,所以硅酸的酸性比碳酸强4．10g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应,产生,则此样品中可能含有的杂质是A．KHCO3和MgCO3B．MgCO3和SiO2C．K2CO3和SiO2D．无法确定5．下列物质中不与二氧化硅反应的是A．烧碱B．氢氟酸C．硝酸D．生石灰6．石墨炸弹爆炸时,能在方圆几百米范围内撒下大量的石墨纤维,造成输电线、电厂设备损坏;这是由于石墨A．有剧毒B．易燃、易爆C．能导电D．有放射性7．下列关于二氧化硅的说法中,错误的是A．二氧化硅也叫硅酐B．二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成C．不能用二氧化硅跟水直接作用制取硅酸D．二氧化硅既能与氢氟酸反应,又能与烧碱反应,所以它是两性氧化物8．纯净的碳酸氢钙试样在高温下分解,当剩余的固体物质质量为原试样质量一半时,碳酸氢钙的分解率是A．50％B．75％C．％D．100％9．二氧化硅是酸酐的原因是A．它溶于水得相应的酸B．它对应的水化物是可溶性强酸C．它与强碱溶液反应只生成盐和水D．它是非金属氧化物10．下面关于硅的叙述中,正确的是A．硅的非金属性比碳强,只有在高温下才能跟氢气起化合反应B．硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位C．硅的化学性质不活泼,在自然界中可以以游离态存在D．硅在电子工业中,是重要的半导体材料11．证明生石灰中既混有石英,又混有石灰石的正确方法是A．加入过量的盐酸,观察是否有气泡冒出B．加入过量的烧碱溶液,观察是否有固体溶解C．加热至高温,观察是否有气泡冒出,是否有硅酸钙生成D．先加过量的盐酸搅拌,观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出,投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解二、填空题：40分12．实验室中盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞,是因为用化学方程式表示___________________________;13．物质A是一种高熔点化合物,不溶于H2SO4、硝酸,却溶于氢氟酸；C是一种气体；D是白色胶状沉淀；E是白色固体;A、B、C、D、E之间的转化如右图,试推断：A．________；B．_______；C．_______；D．________；E．________;14．有A、B、C、D四种含硅元素的物质,它们能发生如下反应：1C与烧碱溶液反应生成A和水；2A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀D；3B在空气中燃烧生成C;4C在高温下与碳酸钙反应生成D和一种气体；5C在高温下与碳反应生成单质B;根据上述变化,写出A、B、C、D的化学式;15．写出以SiO2为原料制备H2SiO3的化学方程式___________________________; 三、简答题：5分16．下列两个反应的反应原理是否存在矛盾为什么①Na2SiO3＋CO2＋H2O H2SiO3↓＋Na2CO3②siO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑答案及详解：1．BD解析：SiO2不溶于水；SiO2是Si—O键结合而成的空间网状的原子晶体,其中Si、O 原子个数比为1∶2,不存在单个的“SiO2”分子;SiO2是酸性氧化物,但不与水和一般酸反应,常温下只能与氢氟酸反应;H2CO3的酸性比H2SiO3强,故CO2通入Na2SiO3溶液中可发生反应：CO2＋Na2SiO3＋H2O Na2CO3＋H2SiO3↓;正确选项为B、D;2．D3．B解析：SiO2是一种难溶于水的固体,故A是不正确的;SiO2可与HF作用,故保存氢氟酸时不能使用玻璃瓶;SiO2可与Na2CO3在高温条件下反应是因为生成的CO2气体能不断地从反应体系中逸出,从而促进平衡向正反应方向移动,而并非因为H2SiO3酸性比H2CO3强; 4．B解析：10gCaCO3刚好相当于,完全反应时恰好可放出的CO2;若其中含有杂质,则应是一个产生CO2的能力强的等质量的情况产生比CaCO3更多的气体和另一个产生CO2的能力不如CaCO3或干脆不产生CO2的物质组成的混合物,符合该条件的只有B项;5．C解析：一般而言,酸性氧化物不与酸起反应,但SiO2与HF的反应是此规律的特例;由二氧化硅的化学性质知,SiO2能与NaOH、HF、CaO反应,但不能与HNO3反应;6．C解析：学习中要将基础知识与实际应用相联系,解题时要善于捕捉关键信息;本题主要考查石墨的性质;根据题干中信息“造成输电线、电厂设备损坏”,可分析知与石墨物理性质中的导电性相关;7．BD解析：酸酐与对应的酸中心元素化合价相同,SiO2和H2SiO3的化合价相同,所以SiO2尽管难溶于水,但它仍是硅酸的酸酐,A正确；SiO2为原子晶体,故SiO2不能表示其分子组成,即二氧化硅中并不存在SiO2分子,B错误；二氧化硅难溶于水,且不与水反应,无法直接与水反应制取硅酸,C正确；SiO2与HF酸反应的方程式为：SiO2＋4HF SiF4↑十2H2O,SiF4不是盐,SiO2与HF酸反应只是一种特殊情况,所以不能说SiO2是两性氧化物,D错误;8．D 解析：CaHCO 321003CaCO ＋ 6222CO O H ＋↑① CaCO 3CaO ＋CO 2↑②由①可知当CaHCO 32全部分解后,剩余固体质量大于一半,所以只有②也发生反应才有可能使质量减少一半;又因为CaHCO 32稍加热就分解,而CaCO 3必须在高温下才分解;即当CaCO 3发生分解时,CaHCO 32已全部分解完毕;9．C 解析：SiO 2是酸酐的原因应当是它与强碱溶液反应只生成盐和水,它不溶于水,对应的酸H 2SiO 3也不是强酸,故应选C;10．D 解析：硅的非金属性比碳弱,A 项错；硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位,排名前四位的是O 、Si 、Al 、Fe,所以B 项错；硅在自然界中是以化合态存在的,所以C 项也错,答案应选D;11．D 解析：SiO 2不溶于除氢氟酸以外的酸,CaO 、CaCO 3均可溶于盐酸且CaCO 3溶于盐酸有气泡生成,SiO 2可以溶于NaOH 溶液;本题应选D;12．2NaOH ＋SiO 2Na 2SiO 3＋H 2O13．SiO 2 Na 2SiO 3 CO 2 H 4SiO 4 H 2SiO 314．Na 2SiO 3 Si SiO 2 CaSiO 315．不矛盾；原因见上;解析：本题利用CO 2、SiO 2、Na 2SiO 3、H 2CO 3、H 2SiO 3等化合物的性质,考查同学们的逻辑推理能力以及思维的敏捷性和深刻性;反应①是在溶液中进行的反应,反应之所以能够发生,是由于酸性H 2CO 3＞H 2SiO 3,反应符合“强酸制弱酸”的复分解反应原理；而反应②是在高温熔融状态下的反应,由于CO 2可从熔融体中逸出,使得反应可以发生,而与酸性H 2CO 3＞H 2SiO 3无关;点评：①是在水溶液中进行的复分解反应,②是固体与固体之间的反应非水条件；①是常温下的反应,②是高温条件下的反应;两个反应的条件不同,实质上没有可比性,因为它们的反应原理、反应条件与本质均不同;16．SiO 2＋2NaOHNa 2SiO 3＋H 2O Na 2SiO 3＋2HCl 2NaCl ＋H 2SiO 3↓或Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓Na 2SiO 3＋2CO 2＋2H 2O2NaHCO 3＋H 2SiO 3↓解析：SiO2难溶于水,不能与水发生反应,这样就只能先用SiO2与其他物质先作用生成硅酸盐,再根据硅酸是弱酸,用硅酸盐与酸作用来制备硅酸;点评：一般来说,受热易分解的酸或碱,其对应的氧化物则不能与水反应,如H2SiO3H2O＋SiO2,则SiO2不能与水反应；CuOH2CuO＋H2O,则CuO不能与水反应;硅酸不能溶于水,且不能溶于HCl、H2SO4、HNO3等强酸;不溶于强酸的物质还有：CuS、Ag2S、PbS、HgS、AgCl、AgBr、AgI、BaSO4等;。