无机非金属的主角——硅

1、第一节 无机非金属材料的主角 硅预习探究1. 二氧化硅：（1）物理性质：溶于水的固体，熔、沸点，硬度；（2）化学性质:与氢氟酸反应： ， 与碱性氧化物（如CaO）反应：与强碱反应（如NaOH）反应：；（3）用途： 用于制取、等2. 硅酸：（1）物理性质：不溶于水，酸性比碳酸 ； （ 2）制备：（3）用途：、载体学习：二氧化硅和硅酸一、二氧化硅 阅读课本P74页前两段总结：硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧。既不易失去电子又不易得到电子，主要形成四价的 化合物。从初中的学习我们知道碳的化学性质很稳定，能以多种碳的单质存在于自然界中。思考1:单质硅有什么结构特点？请画出硅和碳的原子结构示意图。总结

2、：碳和硅一样，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。思考2 :回忆碳在自然界存在形态，联想硅的存在，硅元素以什么形态存在于自然界？硅元素主要 存在于什么物质里？总结：硅是一种亲氧元素， 在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的二氧化硅及硅酸盐为主要存在形式。因此硅是以化合态存在于自然界，硅元素主要存在于地壳的各种矿物和岩石里阅读课本P74-75页科学视野SiO2是硅的最重要的化合物，其存在形式有和两大类，统称。石英晶体是结晶的二氧化硅，其中无色透明的晶体叫，具有彩色环带状或层状的称为沙子中含有小粒的。SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元如图所示：该结构具有结构，每个Si周围

3、有个O,而每个O跟个Si相结合，.所以SiO2是由Si和C按原子个数比为所组成的立体网状结构的晶体。二氧化碳和二氧化硅的对比（物理性质的对比）：二氧化碳二氧化硅存在空气岩石中，石英、沙子和硅藻土都含有SiO2物理性质熔、沸点低，常温下是气体，微溶于水硬度大，熔点高的固体，不溶于水二氧化硅的化学性质：不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应，能与碱性氧化物反应，与强碱也能反应生成盐和水。 高温SiO2+2NaOH=NSiO3+HOSG+CaO -CaSiO氧化碳和二氧化硅的对比（化学性质）二氧化碳二氧化硅化 学 性 质与水反应CO2+H2O'H2CO3不反应与酸反应不反应SiO2+4HF=S

4、iF4f +2H2O与NaOH反应CO2+2NaOH=Na 2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na 2SiO3+H2O与CaO反应CO2+CaO=CaCO3高温SiO2+CaOCaSiO3用途人工降雨光导纤维思考：碳酸可以通过二氧化碳和反应制得，那么硅酸（H2SQ3）能通过二氧化硅与水反应制得吗?总结：不能，SiO2不溶于水，所以硅酸只能通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得。 二、硅酸硅酸的制备现象结论方程式在饱和Na2SiO3溶液中，滴加酚酞溶液呈红色。逐滴加入稀盐酸，有透明的凝胶产生, 溶液红色逐渐变浅最后完全褪色。在饱和Na2SiO3溶液中，滴加稀盐酸，生成硅酸凝胶。干燥脱水（H20）硅

5、胶，硅酸,称为硅)D .石英( )D.刚玉坩埚C生铁坩埚（）B .高温下SiO2与碳酸盐反应生成C02D. C02通入Na2SiO3溶液中析出硅酸沉淀 ）B 硅酸可由二氧化硅与水反应制得D 硅酸可以由可溶性硅酸盐与盐酸反应制得Na2SiO3+2HCI=H 2SQ3 J +2NaCI ; SiO3原硅酸制备的化学方程式：Na2SiO3+2HCI+H 2O=H 4SiO4 J +2NaCI ；Na2SiO3+CO2+2H2O=H 4SiO4 J +Na2CO3；H4SiO4=H 2SQ3+H2O总结：归纳整理制备方法：加适量盐酸或通入足量 CQ硅酸钠溶液”硅酸溶胶 强调：硅酸是一种很弱的酸，其酸性

6、比碳酸还弱，溶解度很小。硅酸容易聚合形成硅酸溶胶 浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶胶”硅胶常用于作食品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体练习：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 .自然界中二氧化硅都存在于石英中 下列物质中，主要成分不是SiO2的是A .刚玉 B .玛瑙C .水晶 （双选）下列离子反应方程式书写正确的是A .二氧化硅与氢氟酸反应：SiO2+4H+=Si4+2H2OB .碳酸钡溶于稀硝酸：CO32-+2H+=C

7、O2? +H2OC .二氧化硅与氢氧化钠溶液反应：SiO2+2OH =SiO32-+H2OD .把盐酸滴入硅酸钠溶液：SiO32-+2H+=H2SiO3 J 熔融烧碱应选用的器皿是（）A. 石英坩埚B.普通玻璃坩埚 能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是A . CO2是气体，SiO2是固体C. CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 下列关于硅酸的叙述，错误的是（ A .硅酸是一种很弱的酸C.硅酸不稳定，加热脱水会生成二氧化硅+2H+=H 2SQ3 J答案：1.B 2.A 3.CD 4.C 5.D 6.B材料阅读：硅在高新技术中的应用单晶硅作为半导体器件的核心材料，大大地促进了信息技术的革命

8、。自20世纪中叶以来，单晶硅随着半导体工业的需要而迅速了展。到1996年全球半导体产业销售额达到1410亿美元，而其中单晶硅材料的销售达到 74亿美元。中国消耗的大部分集成电路及其硅片主要依赖进口。但我国 科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了 12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新 的发展时期。信息材料技术是新材料技术的重要组成部分，也是信息技术尤其是电子信息技术发展的基础。从目前情况来看，硅半导体仍然是集成电路的主要材料。据估计在21世纪内，硅仍然会占半导致体材料的95%A上。微电子与生物技术紧密结合的以DNA芯片等为代表的生物工程是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增

9、长点。采用微电子加工技术，可以在指甲盖大小的硅片上制作出含有多达1020万种DNA基因片段的芯片.利用这种芯片可以在短时间内检测或发现遗传基因的变化等情况。这无疑对遗传学研究、疾病诊断与治疗、转基因工程等具有极其重要的作用。预习探究（学生用）1硅酸盐：（1）组成：硅酸盐是由、和组成的化合物的总称。（2）硅酸盐一般溶于水，化学性质 。（3）硅酸钠水，其水溶液俗称 ,可用作肥皂的、木材剂和黏胶剂。2. 无机非金属材料分为无机非金属材料和无机非金属材料3. 硅单质分为和两种；晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的材料，被用做计算机等学习：硅和硅酸盐的学习一、硅酸盐阅读教材P77中间两自然段，思

10、考硅酸盐的组成和性质总结：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，分布极广。硅酸盐一般都不溶于水，化学性 质很稳定。最简单的硅酸盐是硅酸钠，可溶于水，其水溶液俗称水玻璃。可用作肥皂的填料、木材 防火剂和黏胶剂。硅酸钠的小实验：用蒸馏水润湿用硅酸钠润湿现象水浸过的滤纸或小木条，当水分蒸 发后能（填能”、不能”）燃烧硅酸钠溶液浸过的滤纸或小木条，当水 分蒸发后不能（填 能”、不能”）燃烧只起 泡。结论水浸过的木材不防火浸过水玻璃的木材能够防火阅读P77页资料卡片，分析硅酸盐组成的表示方法思考：用氧化物表示硅酸盐时，氧化物的书写有什么规律和注意事项?总结：硅酸盐由于组成复杂，常用氧化物形式来表示。

11、氧化物的顺序一般是：按金属活泼顺序的氧化物T二氧化硅T水氧化物前系数配平原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。【强调】注意事项：氧化物之间以”隔开。系数配置出现分数时应化为整数。例如：正长石 KAlSi 3O8不能写成 I/2K2O 1/2AI 2Q3SQ2，应写成 KO AI2O6SQ2。思考：怎样理解硅酸盐写成氧化物形式？总结：由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，米用了氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单的氧化物形式存在，而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。通常用氧化物形式来表示硅酸盐：如硅酸钠与成：Na2O-SiO2、石棉写成：3MgO -

12、CaO 4SiO2、长石写成：K2O- Al 2O3-6SiO2。阅读P77-78并思考：（1）硅酸盐种类繁多、结构复杂的原因是什么？（2）为什么土壤具有保肥能力？（3）中国作为“瓷器故乡”的原因是什么？总结：（1）由于AI与Si在元素周期表位置相邻、离子大小相近，AI3+常或多或少地置换硅酸盐中的Si4+而形成铝硅酸盐。为了保持电中性，会伴随引入其他正离子，从而大大增加了硅酸盐的丰 富性和复杂性。（2）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（硅酸盐与硅酸相似，有形成胶体的性质）。土壤胶体因其表面积巨大且一般带负电，能吸收NH4+、K+等数十种生物所需的营养离子，所以土壤具有

13、保肥能力。（3） 现在出土的各种陶瓷制品、雄伟古建筑上留下的陶瓷砖瓦以及英文“中国” 一词又指“瓷器”，等等，所有这些都反映了在西方人眼中中国作为“陶瓷故乡”的形象。二、无机非金属材料的分类阅读P78-79并填空1无机非金属材料的分类：（1）传统无机非金属材料：（2）新型无机非金属材料：新型陶瓷：具有特殊功能的含硅物质：各类新型陶瓷的性质和用途？品种主要性能主要用途高温结构陶瓷耐高温、耐氧化、耐 腐蚀耐高温材料如洲际导弹的端头、火箭发动机的尾管、汽车 发动机等压电陶瓷实现机械能与电能的 转化点火器、电波滤波器、声纳探伤器透明陶瓷良好的光学性能、耐 高温制高压钠灯管、防弹玻璃超导陶瓷超导性超导材

14、料三、硅单质阅读P79并完成下表分类物理性质化学性质应用硅单质硅单质和碳单质的化学性质的对比化学性质碳硅与单质反应点燃C+O2 O2Si+O2 SiO2Si+2F2=SiF4与氧化物反 应C+2CuO 咼温 CO2 f +CuC+SiO2 咼温 2CO f +Si与氧化性酸反应C+4HNO 3 （浓）CO2f +4NO2f +2H2O+2H2SO4（浓）.A CO2f +2SO2T +2H2O不与HNO3、H2SO4反应，但能与HF反应：Si+4HF=SiF 4 f +2H2f与水或碱溶 液反应C+H 2O（气）咼温 CO+H2Si+2NaOH+H 2O=Na2SiO3+2H2f总结：常温下，

15、硅的化学性质稳定，不易发生化学反应。禾U用它的稳定性、来源丰富性和导电性，在电子产品业具有广泛而重要的应用。练习：1下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的（）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2、现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅 3种白色粉末，要用一试剂鉴别它们，这种试剂最好是下列物质 中的（）A .烧碱B.盐酸C.水D.硝酸银溶液3、矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所措的风化作用是指矿物 与水和CO2同时作用的过程。例如：

16、钾长石（KalSi 308）风化生成高岭土 Al 2Si2O5（OH） 4,此后反应的离子方程式为：2KalSi3O8+2H 2CO3+9H2O=2K +2HC0 3+4H4SiO4+AI 2Si2O5（OH） 4.（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形成 KalSi3O8 Al 2Si2O5（OH）4（2） 上述反应能够发生的原因是 。4、 月球上有丰富的绿柱石（绿宝石）矿藏，其主要化学成分为BenAl2Si6O18 也可用氧化物形式表示为 nBeO AI2O3 6SiO2,其 n值为（）A. 1B.2C.3D.45、 下列关于碳和硅的比较中，正确的是（）A .它们的氧化物都能与水反应生成对应

17、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 .碳和硅在自然界存在形式都是既有游离态也有化合态6、 下列关于硅及其化合物的说法中，不正确的是()A 硅的单质都可以用作半导体材料B 晶体硅单质可用作光导纤维的材料C.碳化硅可用作砂纸、砂轮的磨料D .水玻璃可用作黏合剂及耐火材料7、获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产温业的飞速发展离不开材料科学的推动。(1) 光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维高温用光缆通讯能同时传输大量信息。制造光纤电缆的主要原材料的化学式是，它属于材料。(2) 信息产业的核心材料是高纯度的硅，单晶硅可用来制作大规模集成电路

18、、整流器等，硅纯度越高，大规模的集成电路的性能就越好。高纯度的单晶硅生产方法之一是：用金属硅化物(MgzSi)与盐酸作用得硅烷(SiH4),再热分解硅烷可得到高纯硅。写出上述方法中，生产高纯硅的两个化 学方程式，。方法指引：书写化学方程式时要依据题给信息进行分析。8、已知CO和H2的混合气体称为水煤气，可由碳与水蒸气在高温下反应生成。如下图：已知：单质E可作为半导体材料，化合物F是有毒的氧化物，C为液态。据此，请填空：(1)氧化物A是(2)化合物F是(3 )反应的化学方程式是 (4 )反应的化学方程式是答案：1、D2、B4、C 5、B6、A3、( 1) K2O AI2O3 6SiO2Al 2O

19、3 2SiO2 2H2O(2)较强的酸能制较弱的酸反应。7、 (1)SiO2新型无机非金属(2)Mg 2Si+4HCI=2MgCI 2+SiH 4 TSiH4Si+2H2点煤8、 ( 1) SiO2(2) CO (3) C + H2OCO + H2(4) 2H2 + O22H2O光导纤维从高纯度的二氧化硅或称为石英玻璃熔融体中，拉出直径约为100m的细丝，称为石英玻璃纤维。玻璃可以透光，但在传输过程中光损耗很大， 用石英玻璃纤维光损耗大为降低， 故这种纤维称 为光导纤维，是精细陶瓷的一种。利用光导纤维可进行光纤通信。激光的方向性强、频率高，是进行光纤通信的理想光源。光纤通信与电波通信比较，光纤

20、通信能提供更多的通信通路，可满足大容量通信系统的需要。但折射率较高；外面一层称包光导纤维一般由两层组成，里面一层称为内芯，直径几十微米,层，折射率较低。从光导纤维一端入射的光线，经内芯反复折射而传到末端，由于两层折射率的差别，使进入内芯的光始终保持在内芯中传输着。光的传输距离与光导纤维的光损耗大小有关，光损耗小，传输距离就长，否则就需要用中继器把衰减的信号放大。用最新的氟玻璃制成的光导纤维， 可以把光信号传输到太平洋彼岸而不需要中继站。在实际使用时，常把千百根光导纤维组合在一起并加以增强处理，制成像电缆一样的光缆， 这样既提高了光导纤维的强度，又大大增加了通信容量。用光缆代替通信电缆，可以节省

21、大量有色金属，每公里可节省铜1.1吨、铅23吨。光缆有质量轻、体积小、结构紧凑、绝缘性好、寿命长、输送距离远、保密性好、成本低等优点。光纤通 信与数字技术及计算机结合起来，可以用于传送电话、图像、数据、控制电子设备和智能终端等， 起到部分取代通信卫星的作用。光损耗大的光导纤维可在短距离使用，特别适合制作各种人体内窥镜，如胃镜、膀胱镜、直肠镜、子宫镜等，对诊断、医治各种疾病极为有利。课后练习：1. 构成地壳基本骨架的非金属元素的是()A . AlB . OC. SiD . C2. NaOH、Na2CO3等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中A .具有玻璃塞的细口瓶C .带滴管的滴瓶3二氧化硅是酸性

22、氧化物的原因是A .它溶于水得相应的酸C .它与强碱溶液反应生成盐和水4. 玻璃的主要成分之一是B 具有玻璃塞的广口瓶D .具有橡胶塞的细口瓶( )B.它对应的水化物是可溶性强酸D.它是非金属氧化物SiO2，能在玻璃上刻蚀，将其制成毛玻璃或雕花玻璃的是D .盐酸)A .烧碱B .纯碱C .氢氟酸5. 下列物质中，能够与 NaOH溶液反应的是(A .碳酸钠B.硅酸钠C.二氧化硅6. 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投入

23、到氢氧化钠溶液中看其是否溶解， 若有不溶物则滤出，7. 下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是A . CO2TH2CO3B . SiO2f Na2SiO3C . Na2O2Na2CO3D . SiO2H2SQ38.10g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应，产生CO20.1mol，则此样品中可能含有的杂质是 ()A . KHCO3 和 MgCO3 B . MgCO 3和 SiO2C . K2CO3 和 SiO2D .无法确定9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10纯净

24、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D .氢氧化铁( )观察是否有不溶物剩余及气泡出现;)C. Na2O2f Na2CO3分解率是（）A . 50%B . 75%C. 92.7%D . 100%11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12. 用多种方法鉴别下列一组白色粉末物质（注：能够写化学方程式的写出化学反应方程式；鉴别方法可以不用填满，若

25、序号不够也可以自己再添。）:Na2CO3和SiO2。13. 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 与纯氮在1300 C时反应获得。根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是 （填序号）。A .制汽轮机叶片B .制有色玻璃C .制永久性模具D.制造柴油机氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的 化学方程式。现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为。14. 下表中括号内的物质是杂质，试将除杂试剂和分离方法填入表中：混合物SiO2 (CaCO)SiO2 (Fe 2Q)S

26、iO2 (NaCl)SiO2 (Si)Si(Al)NaHCONazSO)除杂试剂分离方法15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. 。16 . 写出 以SiO2为原料制备H2SQ3的化学方程式17. 下列两个反应的反应原理是否存在矛盾？为什么？ Na2SiO3+ CO2 + H2OH2SQ3J+ Na2CO3 siO2+ Na2CO3 ；十Na2SiO3+ CO2?18. 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，从2

27、0世纪中叶开始，硅成了信息技术中的关键材料，工业上用焦碳在电炉中（高温）还原二氧化硅制得含少量杂质的粗硅，同时 生成一氧化碳气体。碳化硅 （SiC）具有金刚石的结构，硬度大可用作砂纸、砂轮的磨料，工业上使用焦碳与二氧化硅在高温下反应制得碳化硅，同时生成一氧化碳气体。回答下列问题：（1）写出制取粗硅的化学反应方程式： ，在该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为。写出制取碳化硅的化学反应方程式： ，在该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为。在制取粗硅和碳化硅的工业生产中，从环境保护和废弃资源再利用的角度来看，可采取的比较 理想的附加措施是19. 高速轿车中使用一种安全气袋，以防止撞车时坐在驾驶室内

28、的人，因向前冲撞发生意外，这种 气袋内有一种能在高温下分解出气体的混合物。例如一种配方是6168%NaN3； 05%NaNO3； 05%陶土； 2328%Fe2O3粉末；12%SiO2粉末；26%的石墨纤维（均为质量分数）。这些粉末经压缩 成型后，装在一个袋子里，袋子放在驾驶座前，撞车时，约在10ms内引发反应：2NaN3=2Na+3N2f, （365 C分解，反应约30ms内结束）袋内因充满 2而胀大，阻止了人体前冲，在约以后100200ms 内气体消失，同时袋内变成氮化钠。试问：（1）为什么气体必须在以后的一定时间内消失”而不应始终存在？（2）若袋内有189gNaN 3,碰撞后迅速完全分解为 Na和N2，已知袋内容积为60L，当充分 分解刚好结束时，气体充满气袋，则气袋内气体的压强是_ （瞬间温度为380C）。（3）陶土和