无机非金属材料的主角——硅.ppt

【考纲下载】 1了解常见非金属元素C、Si的单质及其重要化合物的 主要性质及应用 2了解常见非金属元素C、Si的单质及其化合物对环境 质量的影响,【考情上线】 1以新材料、新技术为背景考查C、Si及其重要化合 物的性质及应用 2以实验探究、框图推断题考查C、Si元素单质及其化 合物知识的综合应用 3以硅的制取及提纯考查氧化还原反应及计算能力,一、碳和硅,游离态,化合态,化合态,Si2OHH2O = SiO 2H2,COH2,SiF42H2,金刚石,石墨,半导体,CH2O(g),Si4HF =,SiF2 = SiF4,二、碳、硅的氧化物 1一氧化碳 (1)物理性质： 色气体， 毒， 溶于水 (2)化学性质：,燃烧： . 还原CuO： .,2COO2 2CO2,无,有,不,COCuO CuCO2,2CO2和SiO2,CO2H2O H2CO3,大,高,固,低,SiF42H2O,SiO24HF =,SiO22NaOH= Na2SiO3H2O,CO22NaOH= Na2CO3H2O或CO2 NaOH = NaHCO3,橡胶塞,SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2,Ca(ClO)2CO2H2O = CaCO32HClO,SiO2CaO CaSiO3,CO2Na2O Na2CO3,【注意】 SiO2既能与酸反应，又能与碱反应，但它不是两性氧化物，而实际上SiO2是一种酸性氧化物,三、硅酸(H2SiO3) 1物理性质 溶解性： ；色态： ,2化学性质 (1)弱酸性：酸性比碳酸 与NaOH溶液反应的化学 方程式为 . (2)不稳定性：受热易失水，化学方程式为 .,难溶,白色固体,弱,H2SiO32NaOH = Na2SiO32H2O,H2SiO3 SiO2H2O,3制取,红,白色沉淀,碱,Na2SiO32HCl = 2NaClH2SiO3,4用途 “硅胶”可作 、 的载体,干燥剂,催化剂,四、硅酸盐 1概念 由 元素组成的化合物的总称，是构成地 壳岩石的主要成分,2硅酸钠(Na2SiO3) Na2SiO3的水溶液俗称 ，是无色黏稠液体，是 制备硅胶和木材防火剂的原料,硅、氧和金属,水玻璃,3组成的表示 通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，如： 硅酸钠(Na2SiO3) ； 普通玻璃(Na2CaSi6O14) .,Na2OSiO2,Na2OCaO6SiO2,4硅酸盐的用途 (1)土壤保肥土壤胶体一般带 ，能吸附 、 . (2)硅酸盐产品陶瓷、玻璃、水泥等无机非金属材料 硅酸盐制品性质稳定，耐压强度高，硬度大、熔点较高， 大都难溶于水,负电,K,2普通玻璃 主要原料为 、 和 ,3水泥 主要原料为 和 ,五、无机非金属材料 常见的硅酸盐产品陶瓷、玻璃、水泥，它们是使用量最大的无机非金属材料 1陶瓷 主要原料为 ,黏土,纯碱,石灰石,石英,黏土,石灰石,1(2008山东高考T10C)C60是英国和美国化学家共同 发现的，体现了国际科技合作的重要性 ( ) 2(2010南京模拟T4B)石墨炸弹能造成输电线、电厂 设备损坏，这是由于石墨有放射性 ( ) 3(2009合肥模拟T6D)光导纤维是以二氧化硅为主要 原料制成的 ( ),4(2010佛山质检T6D)盛放烧碱的试剂瓶不能用玻璃 塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使玻 璃塞与瓶口粘在一起 ( ) 5(2010泰安模拟T5A)传统无机非金属材料和新型无 机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 ( ),提示：1. 2. 3. 4. 5.,1.一般情况下，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 2一般情况下，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 3一般情况下，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：SiO22C Si2CO，2FeOC 2FeCO2 .,4硅为非金属，却可以和强碱反应，放出氢气： Si2NaOHH2O = Na2SiO32H2. 5一般情况下，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：SiO24HF = SiF42H2O. 6一般情况下，只有非常活泼的金属(Na、K等)才能够置 换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：C H2O(g) COH2.,7一般情况下，非金属氧化物与水反应生成相应的酸， 如CO2 H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应 8Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2，CaCO3SiO2 CaSiO3 CO2，一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强， 可发生反应Na2SiO3CO2H2O = H2SiO3Na2CO3， 即符合 “较强酸制较弱酸”的复分解反应规律而上述 反应之所以能进行，是因为该反应不是在水溶液中，而是 在高温条件下发生的，从化学平衡角度理解，高温时， SiO2这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的 CO2气体，因CO2生成后离开反应体系而使反应进行到底,9硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3， 其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，可用作黏胶剂和木 材防火剂，久置在空气中容易变质：Na2SiO3CO2 H2O = Na2CO3H2SiO3.,下列关于硅的说法中，不正确的是 ( ) A硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体 B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，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反应 D加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应,.,听课记录 晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于金属导体和非金属绝缘体之间，是良好的半导体材料硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应,答案 C,1.硅的制取反应 (1)粗硅的制取：SiO22C Si2CO. (2)粗硅制纯硅：Si(粗)2Cl2 SiCl4， SiCl42H2 Si(纯)4HCl.,2硅酸盐工业 硅 酸 盐 工 业,玻璃,水泥,主要原料：纯碱、石灰石、石英,主要 反应,Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2 CaCO3SiO2 CaSiO3CO2,主要原料：黏土、石灰石 产品成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙,陶瓷：主要原料为黏土,产品成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,3新型无机非金属材料的种类和用途,氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与氮气在1300反应制得 (1)根据性质推测氮化硅陶瓷的用途是_ (选填代号) A制汽轮机叶片 B制有色玻璃 C制永久性模具 D制造柴油机 (2)画出N的原子结构示意图：_，试判断氮元素的最低负价为_，请从原子结构和化合价两个角度分析推断氮化硅的化学式：_.,(3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，不与其他无机酸反应请写出陶瓷与氢氟酸发生复分解反应的化学方程式：_. (4)用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热使四氯化硅和氮气发生反应，可得较高纯度的氮化硅，则反应的化学方程式为_,解析 (1)性质决定用途，结合氮化硅的性质硬度大、熔点高，是一种重要的结构材料，可推测它的用途，结合选项，应选A、C、D.(2)从原子稳定结构考虑和正负化合价代数和等于零的规则考虑，因N显3价，Si显4价，由此可写出氮化硅的化学式为Si3N4.(3)题目已告诉我们氮化硅与氢氟酸的反应属于复分解反应，照着葫芦画个瓢就是了(4)注意理清该反应中的反应物和条件，另外正确地推测出除氮化硅外的 另一种产物，完整地写出方程式,答案 (1)ACD (3)Si3N412HF = 3SiF44NH3 (4),中学阶段常见的非金属置换非金属的反应有哪些？,提示： Si4HF = SiF42H2,2F22H2O = 4HFO2 Cl22NaBr = 2NaClBr2 Br22KI = 2KBrI2,1下列材料的特性及用途说法错误的是 ( ) A氧化铝陶瓷具有两性，不可用来制造人造牙齿 B氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机 C光导纤维导光的能力很强，是非常好的通讯材料 D压电陶瓷十分敏感，可以将极其微弱的机械振动转 换成电信号，可用来制压电地震仪,答案：A,1.与碱的反应 (1)反应原理,(2)反应后溶质成分的判断,也可用数轴来表示：,2与盐溶液的反应 (1)CO2Na2CO3H2O = 2NaHCO3 (2)CO2(少量)Ca(ClO)2H2O = CaCO32HClO (3)CO2Na2SiO3H2O = H2SiO3Na2CO3,3 的检验 (1) 的检验 原理： Ca2 = CaCO3等 方法：向待检验溶液中滴加一定量的Ca2或Ba2的可溶性 盐溶液，有白色沉淀生成，再加入 适量的酸，白色沉淀溶解 且生成无色，无味的气体，则待检溶液中有 .,原理： H = CO2H2O. 检验方法：向待检验溶液中滴加足量的Ca2或Ba2的 可溶性盐溶液，无明显现象，再向溶液中加入足量的 酸若溶液中有无色、无味的气体生成，则待检溶液中 有 .,(2) 的检验,不能用Ca(OH)2溶液和Ba(OH)2溶液检验，原因是OH将 转化为 ；加酸后可根据气体是否有气味排除 的干扰,(2009张家界联考)往含0.2 mol KOH和0.1 mol Ca(OH)2的溶液中持续地通入CO2气体，当通入气体的体积为6.72 L(标准状况)时立即停止，则在这一过程中，溶液中离子的物质的量n和通入CO2的体积V的关系示意图正确的是(气体的溶解忽略不计) ( ),解析 将CO2通入混合液中发生反应的离子方程式为： 2OHCO2Ca2 = CaCO3H2O ,溶液中Ca2的物质的量为0.1 mol，Ca2完全沉淀发生反应需消耗0.2 mol OH，共消耗离子的物质的量为0.3 mol，此时消耗CO2的体积为2.24 L，溶液中剩余的0.2 mol OH继续发生反应，当通入4.48 L CO2时，消耗0.2 mol OH，生成0.1 mol ，溶液中离子的物质的量减少0.1 mol，再继续通入CO2，发生反应，溶液中离子的物质的量增加，当通入6.72 L CO2时溶液中离子的物质的量增加0.1 mol.,答案 D,2将过量的CO2分别通入CaCl2溶液；Na2SiO3溶液； Ca(OH)2溶液；饱和Na2CO3溶液最终溶液中有白 色沉淀析出的是 ( ) A B C D,解析：CO2溶于水：CO2H2O = H2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象(一般弱酸不能制强酸)；过量的CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量：Ca(OH)2CO2 = CaCO3H2O，CaCO3H2OCO2 = Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀产生；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3H2OCO2 = 2NaHCO3，生成的NaHCO3的溶解度比Na2CO3的溶解度小，从而有结晶析出,答案：B,硅的制备与提纯 近年来高考以硅的制备与提纯为背景考查实验装置的选择，操作步骤及方法，综合考查学生的理解能力与实验操作能力,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： 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅 粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3： SiHCl3与过量H2在1 0001 100反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O剧烈反应，在空气中易自燃,请回答下列问题： (1)第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下图所示 (热源及夹持装置略去)：,装置B中的试剂是 . 装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 . 反应一段时间后，装置D中观察到的现象 是 ；装置D不能采用普 通玻璃管的原因是 ， 装置D中发生反应的化学方程式为 .,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 . 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是 .(填写字母代号) a碘水 b氯水 cNaOH溶液 dKSCN溶液 eNa2SO3溶液,【解析】 分离沸点不同的液体的方法就是分馏；根据题干“SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃”可知道H2的作用之一就是排尽装置内的空气，防止SiHCl3自燃，因此H2必须是干燥的可知B的作用就是干燥H2，所以选用浓H2SO4.由于通入D中应是稳定的SiHCl3与过量H2的气流，所以C装置要加热，并且是水浴加热由于D装置应加热到1 0001 100，所以必须用石英管鉴定是否含铁单质，用稀HCl溶解后生成Fe2，如果选用NaOH会将生成的Si也溶解，所以考虑先转化为Fe3后再检验，故选b、d.,【答案】 (1) (2)分馏(或蒸馏) (3)浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 有固体物质生成 在此反应温度下，普通玻璃会软化 排尽装置中的空气 b、d,随堂巩固,1(2009广东理基)下列关于硅单质及其化合物的说法正 确的是 ( ) 硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 水泥、玻璃、 水晶饰物都是硅酸盐制品 高纯度的硅单质广泛用于 制作光导纤维 陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 A B C D,解析：水晶、光导纤维均是SiO2，并不是硅酸盐或硅单质,答案：C,2下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是 ( ) A4价氧化物都与氢氧化钠溶液反应 B单质在加热时都能与氧气反应 C氧化物都能溶于水生成相应的酸 D碳和硅两种元素都有能导电的单质,.,解析： A项CO2、SiO2都能与NaOH溶液反应；B项C、Si加热时都能与O2反应生成氧化物；C项SiO2不溶于水，不能生成硅酸；D项，石墨是导体，晶体硅是半导体，都能导电,答案：C,3(2009重庆高考)材料与化学密切相关，表中对应关系错 误的是 ( ),解析：A项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳,答案：A,4下列说法正确的是 ( ) A硅材料广泛应用于光纤通讯 B工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 C水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应,解析： B项为氢氟酸，C项水晶项链为SiO2，D项涉及氧化还原反应,答案：A,5岩石风化后，地下水溶解其中可溶部分形成了矿泉 水风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程例如， 长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4，此反应的 离子方程式为：2KAlSi3O82H2CO35H2O = 2K 4H2SiO3Al2Si2O5(OH)4. (1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式：,KAlSi3O8_. Al2Si2O5(OH)4_. (2)这个反应能够发生的原因是_.,解析：(1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物的形式时，只需将除O以外所有的元素写成其氧化