化学：4.1《无机非金属材料的主角——硅》.ppt

学习目标学习目标 1.了解SiO2、H2SiO3的主要性质。 2.了解硅、硅酸盐的主要性质。 3.了解几种重要无机非金属材料的 生产及用途。 4.了解晶体硅的重要用途。 硅在地壳中的含量仅次于 ，硅的氧化物和硅酸 盐约占地壳质量的90%以上；硅原子最外层有 个电子 ，主要形成 价的化合物。 氧 4 4 一、二氧化硅 1存在 存在形态有 形和 形两大类，水 晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。 2物理性质 熔点硬度溶解性 高大不溶于水 无定结晶 3.化学性质 4用途 (1)沙子是基本的建筑材料。 (2)纯净的SiO2是现代光学及光纤制 品的基本原料，可以制作光导纤维。 (3) 和玛瑙制作饰物和工艺品。 石英 保存NaOH溶液时能使用玻璃塞吗？为什 么？ 【思考提示】 不能。因NaOH会与玻璃 的主要成分SiO2反应，生成的Na2SiO3溶液会 使瓶塞与瓶壁粘连在一起。 思考 科目一考试 / 2016年科目一模 拟考试题 科目二考试 2016年科目二考试技巧 、考试内容、考试视频 二、硅酸 1硅酸的性质 (1)弱酸性 向Na2SiO3溶液中通入CO2，反应的化 学方程式为Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3 Na2CO3。 结论：H2SiO3酸性比H2CO3酸性 。 (2)不稳定性 弱 2硅酸的制备 可溶的硅酸盐与较强的酸反应可制得硅酸 ，Na2SiO3与盐酸反应的化学方程式为Na2SiO3 2HCl=H2SiO32NaCl。 3硅酸的存在及用途 (1)浓度小时：形成硅酸溶胶； (2)浓度大时：形成 。 (3)硅胶 硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝胶称 为“ ”，具有强的 ，常用作干燥剂或 催化剂的载体。 硅胶吸水性 硅酸凝胶 三、硅酸盐 1概念：硅酸盐是由硅、氧和金属元 素组成的化合物的总称。 2硅酸盐的性质 硅酸盐是一类结构复杂的固态物质， 大多不溶于水，化学性质很 。 稳定 3硅酸盐组成的表示 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式 表示其组成。 例如：Na2SiO3： ； 长石KAlSi3O8： ； 4最常见的硅酸盐Na2SiO3 Na2SiO3的水溶液俗称 ，能制备硅胶 和木材防火剂。 水玻璃 Na2OSiO2 K2OAl2O36SiO2 5三种常见的硅酸盐产品 硅酸盐 产品 原料 主要设 备 主要成分 水泥石灰石、黏土 水泥回 转窑 硅酸二钙 2CaOSiO2 硅酸三钙 3CaOSiO2 铝酸三钙 3CaOAl2O3 玻璃纯碱、石灰石 、石英 玻璃窑Na2OCaO6SiO2 陶瓷黏土 6.其他含硅的物质 物质性质用途 SiC俗称金刚砂，具有 结构，硬度很大 砂纸、砂轮 的磨料 含4%硅的硅钢很高的导磁性变压器铁芯 硅橡胶既耐 ，又耐 ，在 60 250 保持良好 的弹性 制火箭、导 弹、飞机的 零件和绝缘 材料 人工制造分子 筛(铝硅酸盐) 有均匀微孔结构 作吸附剂和催 化剂 金刚刚石 低温高温 四、硅单质 1种类：单质硅有 和 两类。 2结构：晶体硅的结构与金刚石相似。 3性质 (1)物理性质： 晶体无定形 色、态光泽熔点硬度质地导电性 灰黑色固体 金属光泽高大脆半导体 (2)化学性质：在常温下化学性质不 活泼，但能与 、 发生反应。 4用途 (1)半导体材料，如硅芯片等。 (2)新型能源，如光电池等。 氢氟酸强碱 要点一要点一 CO2和SiO2的比较 CO2SiO2 不 同 点 熔、沸点低高 状态气态无色晶体 与水反应CO2 H2O H2CO3 不反应 与酸反应不反应只与氢氟酸反应SiO2 4HF=SiF42H2O 虽然SiO2既能与NaOH溶液反应，也能 与氢氟酸反应，但SiO2却不属于两性氧化物而 属于酸性氧化物。 特别提醒 下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是( ) ACO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐 BCO2和SiO2与水反应分别生成相应的 酸 CCO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化 物 DCO2和SiO2都是由相应的分子组成的 例例1 1 【解析】 虽然SiO2是H2SiO3的酸酐， 但CO2可溶于水生成H2CO3，SiO2却不能溶 于水生成H2SiO3，B错误；SiO2与CO2都是 酸酐，都是酸性氧化物，A正确，C错误； CO2是由CO2分子构成的，而SiO2则是由硅 原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子， D错误。 【答案】 A 1下列关于二氧化硅的说法中正确的是 ( ) A二氧化硅分子由一个硅原子和两个 氧原子构成 B在二氧化硅晶体中，每个硅原子周 围结合4个氧原子 C二氧化硅可用来制作干燥剂 D二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于 任何酸 变式训练变式训练 解析：选B。SiO2晶体中不存在单个分 子，其结构中每个硅原子周围结合4个氧原 子，每个氧原子周围结合2个硅原子，所以 硅原子与氧原子的个数比为12，化学式写 作SiO2，故A错误，B正确；硅酸在一定条 件下制得硅胶，硅胶可用作干燥剂，C错误 。SiO2是酸性氧化物，但常温下可与氢氟酸 反应，D错误。 1硅酸 二氧化硅对应的水化物是硅酸。 (1)性质 硅酸为白色固体，难溶于水。 酸性极弱，比碳酸还弱，不能使指示剂 发生变色，只能与强碱反应，例如： H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O 硅酸不稳定，受热易分解，反应的化学 方程式为： 要点二要点二 硅酸与碳酸的对比 (2)制备 由于二氧化硅不能与水化合，所以制 备硅酸时只能使用间接的方法，如向 Na2SiO3溶液中滴加盐酸或通入CO2气体等 ，利用的原理都是：强酸弱酸盐弱酸 强酸盐。如：CO2Na2SiO3 H2O=H2SiO3Na2CO3 2碳酸 二氧化碳对应的水化物是碳酸(H2CO3)，碳酸的 酸性很弱(但比H2SiO3强)，且很不稳定。 H2CO3=H2OCO2 因此，有关碳酸的化学反应通常用二氧化碳和 水来代替。 为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱 ，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即 可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据此回 答： 例例2 2 (1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏 斗所盛试剂应为_。 (2)装置B所盛的试剂是_ _ _， 其作用是_ _。 (3)装置C所盛试剂是_ _， C中反应的离子方程式是_ _。 (4)由此得到的结论是：酸性：_ _。 【思路点拨】 解答本题要注意以下 两点： (1)酸性强弱关系比较可利用“强酸弱 酸盐弱酸强酸盐”。 (2)可先制备CO2，再制备H2SiO3，由此 选择合适的药品。 【解析】 根据强酸弱酸盐弱酸 强酸盐分析可知，分液漏斗中盛装盐酸，A中盛 放Na2CO3，根据Na2CO32HCl=2NaClH2O CO2可以知道酸性HCl强于H2CO3，然后将生 成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反应为Na2SiO3 CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，由此判断酸 性H2CO3H2SiO3，但需注意的是A中反应会有 HCl气体逸出，故通入Na2SiO3溶液前需将HCl吸 收，但不能吸收CO2，故可选用饱和NaHCO3溶 液。 【答案】 (1)盐酸 (2)饱和NaHCO3溶液 吸收HCl气体 (3)Na2SiO3溶液 SiO32CO2 H2O=H2SiO3CO32 (4)HCl H2CO3 H2SiO3 2下列离子方程式书写不正确的是( ) A往NaOH溶液中通入少量CO2： CO2OH=HCO3 BH2SiO3与NaOH溶液混合： 2OHH2SiO3=2H2OSiO32 C石英砂与烧碱反应制水玻璃： SiO22OH=SiO32H2O D往水玻璃中通入二氧化碳： Na2SiO3H2OCO2=H2SiO32Na CO32 变式训练变式训练 解析：选AD。A项中通入少量CO2，应生 成Na2CO3，而不是NaHCO3，故错误。B项中 H2SiO3是难溶性酸，在离子方程式中应写化学 式，正确。C、D中Na2SiO3为钠盐，溶于水， 写离子形式，所以C项正确，D项错误。 1硅的化学性质 常温下，硅的化学性质不活泼。加热时可 与一些非金属及其他物质反应。 (1)常温下，除能与氟气、氢氟酸和强碱反 应外，硅不与氧气、氯气、硫酸、硝酸、盐酸 等其他物质发生反应。 与氟气反应：Si2F2=SiF4； 与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2 ； 与NaOH溶液反应： Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。 要点三要点三 单质硅的化学性质及制备 (2)加热时，硅能与氧气、氯气等反应，也 能与碳反应。 2硅的制备 硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两 个阶段： 1Si是能与NaOH溶液反应放出H2的非金 属单质，Al是能与NaOH溶液反应放出H2的金 属单质，推断题中常以此点作为突破口。 特别提醒 (2008年高考广东卷改编题)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： 例例3 3 写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应 方程式_ _ _。 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，可用于生产砂 纸、砂轮等 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 【思路点拨】 解答本题要注意以下三点： (1)注意化学反应发生的条件。 (2)分析题目所给信息：无水无氧。 (3)根据性质分析用途。 SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、HCl和 H2；用H2还原SiHCl3过程中若混入O2，则高温 下H2与O2反应发生爆炸。 (2)A项，碳化硅硬度很大，可用于生产砂 纸、砂轮等，B项，氮化硅熔点高，硬度大， 可用于制作高温陶瓷或轴承。 SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2 高温下H2与O2混合发生爆炸 (2)ABC 3下列关于硅的说法不正确的是( ) A硅是非金属元素，但它的单质是灰 黑色有金属光泽的固体 B硅的导电性能介于导体和绝缘体之 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 任何物质起反应 D当加热到一定温度时，硅能与氧气 、氢气等非金属反应 变式训练变式训练 解析：选C。常温下，硅可与氟气、氢氟 酸、强碱溶液等反应；加热和高温条件下，硅 能与氧气、氢气起反应。 硅酸盐由于组成比较复杂，通常用二氧化 硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的 规律为： 1氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物二氧化硅水。 2氧化物之间以“”隔开。 3氧化物前的化学计量数配置原则：各元 素原子总个数比符合原来的组成。 要点四要点四 硅酸盐的氧化物形式的改写 4化学计量数配置出现分数时应化为整数。 用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中 正确的是( ) A钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O，表示为 Al2O3CaO3SiO23H2O 例例4 4 C钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为 K2O2H2O3Al2O36SiO2 D石棉CaMg3Si4O12，表示为 CaO3MgO4SiO2 4钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土 Al2Si2O5(OH)4时反应的离子方程