黑龙江省海林市高中化学第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅课件新人教版必修1.ppt

第一节无机非金属材料的主角 硅 学习目标 1 了解SiO2的结构 性质和用途 2 了解硅酸的制备和化学性质 3 了解硅酸盐的性质及组成的表示方法 4 了解硅的性质和用途 5 了解几种重要无机非金属材料的生产及用途 新知预习 一 硅元素的存在及原子结构 1 硅元素在自然界中以何种形态存在 2 硅原子的原子结构有何特点 1 存在硅元素在地壳中的含量为26 3 仅次于氧 它在自然界中主要以 及 的形式存在 存在形态全部是 氧化物 硅酸盐 化合态 2 原子结构硅的原子结构示意图为 最外层有 个电子 反应中既不易失去电子也不易得到电子 主要形成 价的化合物 4 4 二 二氧化硅的结构与性质SiO2的组成及结构有何特点 SiO2有哪些重要的物理性质和化学性质 1 存在 存在形态 结晶形 如 石英 无定形 如 硅藻土 统称硅石 石英 水晶 玛瑙 光导纤维 沙子的主要成分是 SiO2 2 结构SiO2晶体是由Si和O按 的比例组成的 结构的晶体 每个Si与 个O结合 每个O与 个Si结合 3 物理性质SiO2硬度大 熔点 于水 1 2 立体网状 4 2 高 难溶 4 化学性质 SiO2 4HF SiF4 2H2O SiO2 CaOCaSiO3 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 三 硅酸硅酸的酸性比碳酸的酸性强还是弱 有哪些主要的化学性质 实验室中如何制备硅酸 1 制备 红 无 白色胶状沉淀 碱 Na2SiO3 2HCl 2NaCl H2SiO3 2 物理性质H2SiO3是一种 于水的白色胶状物质 3 化学性质 1 弱酸性 硅酸酸性比碳酸弱 向Na2SiO3溶液中通入CO2气体 反应的化学方程式为 硅酸只与强碱反应 与NaOH溶液反应的化学方程式为 2 不稳定性 硅酸受热易分解 化学方程式为H2SiO3SiO2 H2O 难溶 Na2SiO3 CO2 H2O Na2CO3 H2SiO3 H2SiO3 2NaOH Na2SiO3 2H2O 4 硅胶 四 硅酸盐 1 什么是硅酸盐 如何用氧化物形式表示其组成 2 你知道玻璃 水泥 陶瓷的制作原料及主要成分吗 1 硅酸盐 由硅 和 组成的化合物的总称 2 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 硅酸钠 Na2SiO3 长石 KAlSi3O8 氧 金属 Na2O SiO2 K2O Al2O3 6SiO2 3 性质硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质 大多不溶于水 化学性质很稳定 4 最简单的硅酸盐 Na2SiO3 Na2SiO3 物理性质 白色固体 易溶于水 俗名泡花碱 水溶液称 化学性质 与酸 盐酸 碳酸等 反应 生成硅酸凝胶 用途 能制备硅胶和木材防火剂 水玻璃 5 三种常见的硅酸盐产品 石灰石 黏土 水泥回转窑 纯碱 石灰石和石英 玻璃窑 黏土 硅酸二钙2CaO SiO2硅酸三钙3CaO SiO2铝酸三钙3CaO Al2O3 Na2O CaO 6SiO2 6 其他含硅的物质 金刚砂 导磁性 吸附剂 五 硅单质的结构及性质单质Si的结构有何特点 有哪些重要的物理性质 有何重要应用 1 形态及结构 形态 有晶体硅和无定形硅两大类 结构 具有正四面体构型的空间立体网状结构 与金刚石结构类似 2 主要性质晶体硅是有金属光泽的灰黑色固体 熔点 硬度 有脆性 导电性 是良好的 材料 常温下化学性质稳定 除氢氟酸和强碱外 不与其他物质发生反应 3 重要用途 1 半导体材料 如硅芯片等 2 新型能源 如光电池等 高 大 半导体 正误立判 1 硅原子既不易失去电子 也不易得到电子 所以在自然界中有大量的单质存在 如水晶 分析 错误 硅原子虽然不易失去和得到电子 但硅是亲氧元素 所以硅主要是以氧化物或硅酸盐的形式存在 自然界中不存在单质硅 水晶是SiO2 不是单质硅 2 石英是SiO2分子直接构成的 分析 错误 二氧化硅由Si O原子按1 2比例构成 晶体中不存在SiO2分子 3 SiO2是酸性氧化物 可与H2O直接化合生成H2SiO3 分析 错误 SiO2不溶于水 不能与H2O直接反应生成H2SiO3 制取H2SiO3应用Na2SiO3和酸反应 4 Na2O CaO 6SiO2是一种硅酸盐 由Na2O和CaO及SiO2混合而成 分析 错误 Na2O CaO 6SiO2是一种硅酸盐 属于纯净物 上述形式只是该硅酸盐的一种氧化物表示形式 5 制水泥 玻璃的共同原料是石灰石 分析 正确 制水泥的原料是石灰石和黏土 制玻璃的原料是石灰石 石英和纯碱 二者的共同原料是石灰石 6 硅是半导体材料 可用于制备光导纤维 分析 错误 硅是半导体材料 但不能用于制备光导纤维 SiO2才是制备光导纤维的主要原料 课堂探究 一 CO2 SiO2结构与性质的比较 酸性氧化物 酸性氧化物 可表示CO2分子的组成 不能表示SiO2的分子组成 仅表示SiO2中硅原子和氧原子个数之比为1 2 通常状况下为气体 熔 沸点低 可溶于水 比空气密度大 坚硬 不溶于水 熔 沸点高 不反应 CO2 H2OH2CO3 不反应 只与HF反应4HF SiO2 SiF4 2H2O CO2 Na2CO3 H2O 2NaHCO3 CO2 2NaOH Na2CO3 H2O SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O CO2 CaO CaCO3 特别提醒 1 CO2由分子直接构成 SiO2由Si O原子直接构成 2 CO2可与碱反应 SiO2只与强碱反应 3 氢氟酸能腐蚀玻璃 可用于刻蚀玻璃 典例1 被誉为 光纤之父 的华人科学家高锟曾荣获诺贝尔化学奖 下列叙述正确的是 A CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸B SiO2与CO2都属于酸性氧化物 都不能与酸反应C SiO2与CO2 干冰 都能够与氢氧化钠溶液反应D 水晶的主要成分是SiC 思路点拨 解答本题应注意以下两点 1 SiO2不与水反应 也难溶于水 2 SiO2与氢氟酸和NaOH溶液均能反应 解析 选C A项 CO2与水反应 SiO2不与水反应 也不溶于水 B项 SiO2为酸性氧化物 能与HF反应 但CO2不与酸反应 C项 SiO2能与NaOH溶液反应 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O D项 水晶是纯净的SiO2 SiC俗称金刚砂 警示钟 碳和硅原子结构相似 但CO2和SiO2在结构性质上却有很大差异 解答此类问题时应注意SiO2的特性 避免机械套用CO2的性质 拓展延伸 二氧化硅与碳酸盐反应的原理以SiO2 Na2CO3Na2SiO3 CO2 为例 该反应之所以能够发生 是因为该反应产生CO2气体 能脱离反应体系 从而使反应能继续进行 并不是因为H2SiO3的酸性比H2CO3强 事实上H2CO3的酸性比H2SiO3强 因为该反应不是溶液中进行的复分解反应 而是高温条件下固体间的反应 不能用复分解反应原理来解释 变式备选 下列叙述正确的是 A CO2和SiO2都是酸性氧化物 所以两者物理性质相似B 因为CaCO3 SiO2CaSiO3 CO2 所以硅酸的酸性比碳酸强C CO2和SiO2都能与碳反应 且都作氧化剂D SiO2既能和NaOH反应 又能和HF反应 所以二氧化硅属于两性氧化物 解析 选C CO2的熔沸点低 溶于水 SiO2的熔沸点高 硬度大 不溶于水 两者都是酸性氧化物和其物理性质没有因果关系 A错 CaCO3和SiO2反应是SiO2的特殊性质 不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3的弱 B错 SiO2和HF反应也是SiO2的特殊性质 不能说明SiO2是两性氧化物 D错 二 硅的制取及含硅化合物的转化1 单质硅的制取 1 粗硅的制取 2C SiO22CO Si 粗硅 2 纯硅的制取 Si 粗硅 2Cl2SiCl4SiCl4 2H2Si 纯硅 4HCl 2 硅及其化合物的转化发生反应的化学方程式为 Si O2SiO2 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O CO2 H2O Na2SiO3 Na2CO3 H2SiO3 H2SiO3SiO2 H2O SiO2 2CSi 2CO 特别提醒 1 硅在高温时能与O2发生反应 粗硅制备时 用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO2 且生成CO 而不是CO2 2 常见单质中 与NaOH溶液反应生成H2的有金属Al 非金属Si 典例2 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 高温下用焦炭还原二氧化硅制得粗硅 粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3 Si 3HClSiHCl3 H2 SiHCl3与过量H2在1000 1100 条件下反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O强烈反应 在空气中易自燃 300 请回答下列问题 1 第 步制备纯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的方法为 3 用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示 热源及夹持装置均已略去 装置B中的试剂是 装置C中的烧瓶需要加热 其目的是 思路点拨 解答本题应注意以下两点 1 SiHCl3沸点低 容易汽化 2 SiHCl3与H2反应制备纯硅时 必须在干燥环境中进行 解析 2 根据SiHCl3 SiCl4 HCl沸点不同 可用蒸馏法分离出SiHCl3 3 SiHCl3能与H2O剧烈反应 所以要进行干燥 根据装置应选择液态干燥剂浓硫酸 C装置用水浴加热SiHCl3 使其汽化 和H2进入D装置反应 答案 1 SiHCl3 H2Si 3HCl 2 蒸馏 3 浓硫酸 使进入烧瓶中的SiHCl3汽化 警示钟 1 石英和焦炭在高温下反应生成CO 而不是CO2 2 粗硅中杂质不是碳单质 而是SiC 因为发生反应C SiSiC 3 制备纯硅时 石英管不能更换为玻璃管 因为高温条件下玻璃会软化 变式训练 单晶硅是制作电子集成电路的基础材料 对硅的纯度要求很高 用化学方法可制得高纯度硅 其化学方程式为 SiO2 2CSi 2CO Si 2Cl2SiCl4 SiCl4 2H2Si 4HCl 下列对上述三个反应的叙述中 不正确的是 A 为置换反应B 为化合反应C 均为氧化还原反应D 三个反应的反应物中硅元素均被还原 解析 选D 反应 为置换反应 反应 为化合反应 三个反应均有元素化合价变化 均属于氧化还原反应 其中反应 和 中硅元素被还原 反应 中硅元素被氧化 牛刀小试 1 镁橄榄石 2MgO SiO2 中的阴离子是 A SiO32 B SiO44 C SiO54 D SiO64 解析 选B 2MgO SiO2表示成盐的形式为Mg2SiO4 因此阴离子为SiO44 2 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硅酸C SiO2是生产水泥的主要原料D 因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2 所以硅酸的酸性比碳酸强 解析 选B SiO2是一种难溶于水的固体 故A不正确 生产水泥的原料是黏土和石灰石 SiO2是生产玻璃的主要原料 C不正确 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 从而促进反应进行 而并非因为H2SiO3酸性比H2CO3强 D不正确 3 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 SiO2 4H Si4 2H2OB 二氧化硅和氢氧化钾溶液反应 SiO2 2OH SiO32 H2OC 水玻璃中滴入盐酸 SiO32 2H H2SiO3 D 碳酸钡滴加稀硝酸 BaCO3 2H Ba2 H2O CO2 解析 选A A项氢氟酸为弱酸 书写离子方程式应写分子式 正确的离子方程式为SiO2 4HF SiF4 2H2O B C D项均符合反应原理及离子方程式书写要求 4 下列有关硅及其化合物的说法错误的是 A 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B 二氧化硅属于酸性氧化物 不能与任何酸反应C 硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得 硅酸干凝胶常用作干燥剂D 硅酸钠的水溶液俗称水玻璃 可作木材防火剂 解析 选B SiO2属于酸性氧化物 但可与HF发生反应SiO2 4