人教版必修1 第4章第1节 无机非金属材料的主角——硅 学案.doc

第1节 无机非金属材料的主角硅1了解硅酸盐的重要用途及组成。2了解硅的重要用途，了解硅单质的物理性质。3掌握na2sio3的化学性质。知识点一.硅1.硅的化学性质。 在常温下，硅的化学性质不活泼，不与o2、cl2、h2so4、hno3等反应，但可与氟气、氢氟酸和强碱反应。 硅和氟气反应：si+2f2=sif4。 硅和氢氟酸反应：si+4hf=sif4+2h2。 硅和氢氧化钠溶液反应：si+2naoh+h2o=na2sio3+2h2。 硅在氧气中加热：si+o2sio2。 2. 硅的工业制法。 sio22c si(粗硅)2co(注意产物) 提纯：si+2cl2sicl4 ；sicl4+2h2si+4hcl 3.晶体硅的用途。 用来制造半导体器件，制成太阳能电池、芯片和耐酸设备等。知识点二. 二氧化硅1.物理性质：硬度大、熔点高，难溶于水。2.化学性质：酸性氧化物的通性：sio2是酸性氧化物，是h2sio3的酸酐，但不溶于水：sio2+caocasio3sio2+2naohna2sio3+h2o (na2sio3是强的粘合剂)弱氧化性：sio2+2c si+2co特性：sio24hf=sif42h2o要点解释：（a）由于玻璃的成分中含有sio2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。 （b）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的，故盛放碱液可以用玻璃瓶（不能用玻璃塞）。 （c）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的sio2反应，所以氢氟酸既不能用玻璃塞、也不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅皿中。3.用途：sio2是制造光导纤维的主要原料。石英制作石英玻璃、石英电子表、石英钟等。水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品等。石英砂常用作制玻璃和建筑材料。4.sio2与co2化学性质的比较物 质二氧化硅(sio2)二氧化碳(co2)与水反应 co2+h2o h2co3与酸反应sio2+4hf=sif4+2h2o不 反 应与碱反应sio2+2naoh=na2sio3+h2oco2+2naoh=na2co3+h2oco2+naoh=nahco3与碱性氧化物反应sio2+caocasio3co2+na2o=na2co3与碳反应sio2+2c si+2coco2+c=2co知识点三. 硅酸（h4sio4、h2sio3）1.不稳定性：h2sio3sio2 +h2o 2.极弱酸性：不能使酸碱指示剂变色：h2sio32naoh=na2sio3+2h2o 制备：na2sio3+co2+h2o=h4sio4(白色胶状)+na2co3 或na2sio3+2hcl=h2sio3+2nacl， h4sio4h2sio3+h2o(不稳定、易分解)知识点四. 硅酸盐1.常用的硅酸盐是na2sio3，俗称“泡花碱”，易溶于水，其水溶液称为水玻璃，是一种矿物胶，密封保存。可用作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。 2.硅酸盐改写为氧化物形式（顺序为：较活泼金属氧化物金属氧化物二氧化硅水）如高岭石al2(si2o5)(oh)4改写为： al2o32sio22h2o 再如：钾长石kalsi3o8不能写成k2oal2o33sio2，应写成k2oal2o36sio2。 3.无机非金属材料。传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥。水泥玻璃陶瓷原料黏土、caco3、石膏纯碱、石灰石、石英黏土反应原理复杂反应原理na2co3+sio2na2sio3+co2caco3+sio2casio3+co2水泥的主要成分：3caosio2、2caosio2、3caoal2o3普通玻璃的主要成分：na2sio3、casio3、sio2新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。类型一：硅 例1下列关于硅的说法不正确的是（ ）a硅是非金属，但它的单质是灰黑色且有金属光泽的固体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起反应d当加热到一定温度时，硅能与氧气等非金属反应 解析：硅是一种具有金属光泽的灰黑色固体，a正确；硅是良好的半导体材料，b正确；硅在常温下可与氟气、强碱溶液反应，c错误；在加热时，硅与氧气、氯气等反应，d正确。答案: c类型二：硅的化合物 例2. 在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（ ）焦炭 纯碱 碳酸钙 氢氟酸 浓硝酸 烧碱溶液 氧化钙 氮气a b c d 解析:sio2作为酸性氧化物，可与强碱和碱性氧化物反应，在常温下sio2可与氢氟酸反应，在加热时sio2可被焦炭还原，可与碳酸钙、纯碱反应。答案: c 例3. 用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象与溶液”对应关系错误的是（ ）选项操作及现象溶液a通入co2，溶液变浑浊，继续通co2至过量，浑浊不消失na2sio3溶液b通入co2，溶液变浑浊，继续通co2至过量，浑浊消失naalo2溶液c通入co2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去ca(clo)2溶液d通入co2，溶液变浑浊，继续通co2至过量，浑浊消失，再加入足量naoh溶液，又变浑浊ca(oh)2溶液解析: a项，na2sio3溶液中通入co2发生反应：na2sio3+co2+h2o=na2co3+h2sio3（胶体），继续通co2至过量，硅酸胶体不溶解。b项，naalo2溶液通入co2，生成不溶于水的al(oh)3，al(oh)3不溶于h2co3，浑浊不消失。c项，ca(clo)2溶液通co2生成caco3沉淀和hclo，品红溶液遇hclo褪色；d项，ca(oh)2+co2=caco3+h2o，caco3+co2+h2o=ca(hco3)2，ca(hco3)2+2naoh=caco3+na2co3+2h2o。答案: b 例4. 如右图所示，a、b、c、d分别代表有关反应中的一种化合物，其中物质a是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸。请填写以下空白。 （1）a、b、c、d的化学式分别是_、_、_、_。 （2）ab的化学方程式是_。 （3）cd的离子方程式是_。解析:本题主要考查sio2的特性。其突破口应从“a是一种高熔点的化合物，不溶于h2so4、hno3，却溶于氢氟酸”推断出a为sio2，然后依此推出b为co、c为co2、d为h2sio3。答案:（1）sio2 co co2 h2sio3（2）sio2+2csi+2co（3）sio32+co2+h2o=h2sio3+co32基础演练一填空题1下列说法不正确的是()a因sio2不溶于水，故sio2不是酸性氧化物b在反应sio22c si2co中sio2作氧化剂csio2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大d氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸2能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是()aco2溶于水生成碳酸，sio2不溶于水也不能与水直接反应生成硅酸b在高温条件下，sio2和na2co3能发生反应：sio2na2co3na2sio3co2csio2的熔点比co2高dco2通入na2sio3稀溶液中，生成白色胶状沉淀，所生成的h2sio3逐渐聚合而形成硅酸溶胶3.由下列实验事实得出的结论正确的是()a由sio2不能与水反应生成h2sio3，可知sio2不是h2sio3的酸酐b由sio22csi2co，可知碳的非金属性大于硅cco2通入na2sio3溶液产生白色沉淀，可知酸性h2co3h2sio3dsio2可与naoh溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知sio2为两性氧化物4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5将过量的co2分别通入cacl2溶液；na2sio3溶液；naalo2溶液；饱和na2co3溶液；ca(oh)2溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是()abc d6下表各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是()选项xyzananaohnahco3bcucuso4cu(oh)2cccoco2dsisio2h2sio37关于工业制金刚砂的反应：sio23csic2co，下列说法正确的是()asio2是氧化剂，c为还原剂b碳的还原性比硅强c氧化剂和还原剂的物质的量之比为21d1 mol sio2参与反应时，转移4 mol电子8下列关于sio2性质的说法错误的是()a与强碱反应：sio22naoh=na2sio3h2o，盛放碱性药品的试剂瓶不能用玻璃塞b与氢氟酸反应：sio24hf=sif42h2o，可用来雕刻玻璃c高温下与碱性氧化物反应：sio2caocasio3，可用来做石英坩埚d与水反应：sio2h2o=h2sio3，具有酸性氧化物的通性9下列应用与二氧化硅的性质无关的是()a氢氟酸不能用玻璃瓶盛装b实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞c可用来做石英钟、石英表，耐高温的石英玻璃d硅胶是常用的干燥剂及催化剂的载体10试管中加入35 ml na2sio3饱和溶液，滴入23滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边振荡，至红色变浅并接近消失停止，下列解释错误的是()a发生的反应为na2sio32hcl=h2sio32naclb滴加酚酞呈红色，说明硅酸钠溶液呈碱性c盐酸的酸性比硅酸强d盐酸的酸性比硅酸弱11下列说法正确的是()asio2是酸性氧化物，它可以与强碱反应，但不能与所有的酸反应b根据反应sio2caco3casio3co2，可推知硅酸的酸性比碳酸的强cco2通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸dco2与sio2均可溶于水生成相应的酸12下列关于二氧化硅的说法正确的是()a工业上用二氧化硅制取单质硅时，理论上1 mol c能置换出1 mol sib二氧化硅具有酸性氧化物的通性c二氧化硅能与碱反应，不能与任何酸反应d由于硅酸比碳酸的酸性弱，故二氧化硅不能与碳酸钠反应二填空题13某学生设计了如下图所示的装置，一次实验即可达到比较hcl、h2co3、h2sio3酸性强弱的目的(不必选其他酸性物质)。请据此回答：(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂为_。(2)装置b所盛试剂是_，其作用是_。(3)装置c所盛试剂是_，c中反应的离子方程式是_。14.a、b、c、d四种易溶于水的化合物只由表中的八种离子组成，且四种化合物中阴、阳离子各不相同。阴离子cl、sio、oh、no阳离子h、ag、na、k已知：a溶液呈强酸性，且a溶液与b、c溶液混合均产生白色沉淀，b的焰色反应呈黄色。回答下列问题：(1)写出a、b、c、d的化学式：a_，b_，c_，d_。(2)写出a溶液与b溶液反应的离子方程式：_。(3)请选出适合存放a、c、d溶液的试剂瓶的序号：溶液acd试剂瓶序号巩固提高一选择题1下列叙述中，正确的是()a自然界中存在大量的单质硅b石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅c二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱的溶液发生化学反应d自然界中硅元素都存在于石英中2下列关于二氧化硅的说法中正确的是()a二氧化硅溶于水所得溶液能使紫色石蕊溶液变为红色b二氧化碳通入硅酸钠溶液中可得白色胶状沉淀硅酸c因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强d二氧化硅是酸性氧化物，不溶于任何酸溶液3下列物质：氢氟酸，浓h2so4，烧碱溶液，na2co3固体，氧化钙，浓hno3，其中在一定条件下能与sio2反应的有()a. b. c. d全部4熔融氢氧化钠所选用的器皿是()a陶瓷坩埚 b石英坩埚c普通玻璃坩埚 d生铁坩埚5.下列关于硅酸的说法正确的是()a硅酸可以通过sio2和水的化合反应制得b用反应na2sio32hcl=2naclh2sio3(胶体)制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的原理c硅酸难溶于水，不能与naoh溶液反应d硅胶可用作袋装食品的干燥剂6(双选)下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是()asio2na2sio3bsio2h2sio3csio2casio3dna2sio3sio27下列说法中正确的是()asio2分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的b盛放naoh溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，是因为玻璃中含有sio2，sio2能与naoh溶液反应cc和si属于同一主族，所以co2和sio2性质相似d因为sio2不能与水反应生成酸，所以sio2不属于酸性氧化物8下列反应的离子方程式中，不正确的是()a二氧化硅和氢氟酸反应：sio24h=si42h2ob二氧化硅和氢氧化钾溶液反应：sio22oh=sioh2oc水玻璃中滴入盐酸：sio2h=h2sio3d碳酸钡滴加稀硝酸：baco32h=ba2h2oco2二填空题9如何用所提供的试剂和方法除去各混合物粉末中的杂质(括号内为杂质)？将所选答案的编号填入表中相应的空格内(如果不需补加试剂，则对应答案栏可空着)。可供选择的试剂：a盐酸；b.naoh溶液；c.o2；d.h2o；e.co2可供选择的操作：分液；加热；过滤；结晶序号粉末状混合物所加试剂主要操作(1)sio2(caco3)(2)caco3(sio2)(3)nacl(sio2)(4)sio2(fe2o3)(5)sio2(h2sio3)(6)sio2(na2so4)10.已知下列物质有如图所示转化关系，水和部分产物已略去。x为不溶于水的坚硬固体，z无固定熔点，是现代建筑中不可缺少的装饰材料；无色气体a是引起温室效应的主要气体；b、d均为难溶于水的白色固体；高纯度的f是制造电脑芯片的一种非金属单质。据此回答下列问题：(1)b的化学式是_，f的名称是_。(2)由x、y制f的过程中，y作_(填“氧气”或“还原”)剂。(3)转化的化学方程式为_。(4)转化(a少量)的离子方程式为_。一选择题1下列关于硅和硅的化合物的叙述，不正确的是()二氧化硅的晶体结构与金刚石相似，都是立体网状结构硅是地壳中含量最多的非金属元素晶体硅是良好的半导体材料二氧化硅是制造光导纤维的重要原料sio2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的sio2是酸性氧化物，它可溶于水生成硅酸abc d2下列说法正确的是()二氧化硅熔点很高，可用作耐高温材料，如高温下用石英坩埚熔融氢氧化钠化学家采用玛瑙研钵研磨固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料碳化硅俗称金刚砂，具有金刚石的结构，硬度大，可作砂轮的磨料太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能a bc d3下列有关硅及其化合物的说法中正确的是()a在粗硅的制取中发生反应2csio22cosi，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的b硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞的试剂瓶中c用sio2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通入co2d由na2co3sio2co2na2sio3可知，硅酸的酸性大于碳酸的4.下列关于碳和硅的比较，正确的是()a它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸b碳和硅的最高正价都是4价c硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位d碳和硅在自然界的存在形式都是既有游离态也有化合态5材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是()选项材料主要化学成分a刚玉、金刚石三氧化二铝b大理石、石灰石碳酸钙c普通水泥、普通玻璃硅酸盐d沙子、石英二氧化硅6.下列有关硅酸盐的说法错误的是()a硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成b硅酸盐岩石长期在水的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体c水玻璃长期暴露在空气中会变质，这是因为水玻璃主要发生了氧化还原反应d传统无机非金属材料的优缺点：抗腐蚀、耐高温，质脆、经不起冲击7下列材料的特性及用途的说法中不正确的是()a光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料b氧化铝陶瓷具有两性，不可以用于制耐高温设备c氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造轴承d人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机8用石英制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：sio22csi(粗)2cosi(粗)2cl2sicl4sicl42h2si(纯)4hcl下列关于上述反应的分析不正确的是()a属于置换反应，属于化合反应b高温下焦炭与氢气的还原性均强于硅的c任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol 电子d高温下将石英、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅9下列物品或设备：水泥路桥，门窗玻璃，水晶镜片，石英钟表，玛瑙手镯，硅太阳能电池，光导纤维，计算机芯片。所用材料为sio2或要用到sio2的是()a bc d全部10不用任何试剂就可以将na2sio3，na2so4，cucl2，kcl，ba(no3)2，五种溶液鉴别出来的顺序是()a bc d11工业上常用sio2与c在高温下发生反应制造粗硅，粗硅中含有sic，其中si和sic的物质的量之比为11。下列说法正确的是()asic是一种新型无机非金属材料，任何条件下都不可能在空气中燃烧b制造粗硅时的反应：2sio25c高温,sisic4cocsi、sio2能用naoh溶液分离d纯净的sio2只能用于制造光导纤维12(双选)有一粗铝，含铁和硅两种杂质。取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的h2，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是()a物质的量比为11 b物质的量比为21c质量比为41 d质量比为21二填空题13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：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，可用于生产耐高温水泥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14在电子工业中利用镁制取硅的反应为：2mgsio22mgosi，同时会发生副反应：2mgsimg2si，mg2si遇盐酸迅速反应生成sih4(硅烷)，sih4在常温下是一种不稳定、易自燃的气体。下图是进行mg与sio2反应的实验装置。试回答下列问题：(1)由于o2的存在对该实验有较大影响，实验中应通入x气体作为保护气。试管中的固体药品可选用_(填序号)。石灰石锌粒纯碱(2)实验开始时，必须先通入x气体，再加热反应物，其理由是_。(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为： _；_。1下列关于硅的说法不正确的是()a硅是非金属元素，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发生反应d加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应2下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是()a水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀b在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料c木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧d水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质3世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是()a制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英b玻璃在加热熔化时有固定的熔点c普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅d盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起4.歌曲青花瓷中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(bacusi2ox，铜的化合价为2)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是()a可用氧化物形式表示为baocuo2sio2b性质稳定，不易脱色c易溶于强酸和强碱dx等于65(双选)下列表述正确的是()a人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅b化学家采用玛瑙研钵研磨固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐c三峡大坝的建成使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料d太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能6下列说法正确的是()a陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品b水晶、玛瑙、石英、石棉的主要成分都是sio2csio2很稳定，与所有的酸都不反应d将石棉(camg3si4o12)的化学式改写成氧化物的形式：3(mgocao)4sio27科学家提出：“硅是21世纪的能源，未来的石油。”若硅作为一种普遍使用的新能源被开发利用，下列关于其有利因素的叙述中，错误的是()a硅便于运输，贮存，从安全角度考虑，硅是最佳燃料b自然界中存在大量的硅单质c硅燃烧时放出大量的热量，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制d硅作为能源，可以再生8图为北京奥运会的奖牌“金镶玉”牌，使用了昂贵的玉石材料，其化学成分多为含水钙镁硅酸盐，如ca2mg5si8o22(oh)2等。下列说法正确的是()aca2mg5si8o22(oh)2可用氧化物的形式表示为2cao5mgo8sio2h2ob从分类的角度看，ca2mg5si8o22(oh)2为氧化物c玉石材料性质稳定，耐强酸和强碱的腐蚀dca2mg5si8o22(oh)2易溶于水二填空题9硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)下列物质不属于硅酸盐的是_。a陶瓷b玻璃c水泥 d生石灰(2)sio2是玻璃的主要成分之一，sio2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_，工艺师常用_(填物质