第4章+第1节+无机非金属材料的主角——硅.ppt

1、【考纲点击】 1了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质 及应用 2了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量 的影响,【考情播报】 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以实验探究题、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结合硅的工业生产考查硅及其重要化合物的性 质以及一些基本理论、基本概念.,1物理性质及用途,游离态、化合态,化合态,熔点高、硬度大,熔点高、硬度小,熔点高、硬度大,半导体,金刚石,石墨,2化学性质 碳、硅在参加的化学反应中，一般表现还原性 (1)碳 与O2反应 氧足量： ，氧不足： .,CO2 CO2,2CO2 2

2、CO,与氧化物反应 碳与SiO2反应的化学方程式为： ， 碳与H2O反应的化学方程式为： .,2CSiO2 2COSi,CH2 O(g)COH2,与强氧化性酸反应 C和浓H2SO4反应的化学方程式为： ， C和浓HNO3反应的化学方程式为： .,C2H2SO4(浓) CO22SO22H2O,C4HNO3(浓) CO2 4NO2 2H2O,(2)硅 与非金属反应 硅和O2反应的化学方程式为： ， 硅和Cl2反应的化学方程式为： ， 硅和F2反应的化学方程式为： . 与氢氟酸反应 化学方程式为： .,SiO2 SiO2,Si2Cl2 SiCl4,Si2F2= SiF4,Si4HF = SiF42H

3、2,碳、硅元素单质的特性 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，FeOC FeCO . 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，较活泼金属酸盐氢气，然而Si 是非金属，却能与氢氟酸发生反应： Si4HF = SiF4 2H2 .,硅是非金属元素，但是从硅单质具有金属光泽，

4、硅是半导体，能与碱溶液反应放出H2等可以看出，硅表现出某些金属性,1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硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半 导体 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,.,解析：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、氧气等非金属发生

5、反应,答案：C,1一氧化碳 CO是无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃 料和冶金工业的 (1)燃烧的化学方程式为： (2)还原CuO的化学方程式为： .,2COO2 2CO2,还原剂,COCuO CuCO2,2二氧化碳和二氧化硅,酸性,立体网状,Na2CO3H2O,Na2SiO3H2O,CaSiO3,CaCO3,4HFSiO2= SiF42H2O,Na2CO3CO2 H2O = 2NaHCO3,Na2CO3SiO2Na2SiO3 CO2,CO22NaOH =,SiO22NaOH =,CaOCO2 =,CaOSiO2,CO2与NaOH溶液反应产物的判断 1.反应原理 CO2不足：CO22N

6、aOH = Na2CO3H2O CO2过量：CO22NaOH = Na2CO3H2O CO2Na2CO3H2O = 2NaHCO3 即CO2NaOH = NaHCO3,2.产物判断,用数轴表示为：,该类问题分析的方法思路为：首先确定CO2和NaOH的物质的量之比，然后再根据比例判断产物，同时还要注意守恒法和极值法的应用,2关于二氧化硅，下列叙述不正确的是 () A水晶的主要成分是二氧化硅 B二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别 C二氧化硅不溶于水，也不能跟水反应生成酸 D二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应,.,解析：水晶、玛瑙、沙子都含二氧化硅；SiO2晶体不溶于水，也不能与水反

7、应生成H2SiO3，制取H2SiO3是利用可溶性硅酸盐与酸的反应；SiO2虽然是酸性氧化物，但它可以与氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O，CO2在通常状况下为气体，SiO2为固体，其物理性质相差很大,答案：D,3用1 L 1.0 mol/L NaOH溶液吸收0.8 mol CO2，所得溶液 中 与 的物质的量浓度之比约是 () A13B12 C23 D32,解析：n(NaOH)1 L1.0 mol/L1.0 mol，则n(CO2)n(NaOH)45,4CO25NaOH= Na2CO33NaHCO3H2O，则n( )n( )13.,答案：A,1硅酸 (1)物理性质： 溶于水 (2)

8、化学性质,不,弱酸性 硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸 与NaOH溶 液反应的化学方程式为： . 不稳定性 受热易分解，化学方程式为： .,弱,2NaOHH2SiO3= Na2SiO32H2O,H2SiO3 H2OSiO2,(3)制备及用途 可溶性硅酸盐溶液与其他酸溶液反应可制得硅 酸如硅酸钠溶液与盐酸反应，其离子方程式为： .硅胶可用作 、 的载体,2H= H2SiO3,干燥剂,催化剂,2硅酸盐 (1)硅酸盐 由 组成的化合物的总称硅酸盐结构复 杂，大多 ，化学性质 (2)硅酸钠 硅酸钠可溶于水，其水溶液俗称 ，是无色黏稠 液体，常用于制备 和 等,硅、氧和金属,不溶于水,很稳定,水玻璃,硅胶

9、,木材防火剂,3无机非金属材料 (1)硅酸盐材料,石灰石、黏土,纯碱、石灰 石、石英,黏土,水泥回转窑,玻璃窑,(2)特殊功能的含硅物质 具有金刚石结构，可用作磨料 含硅元素4%的硅钢具有 性 硅橡胶具有 的性质 分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)主要用作 和 ,碳化硅,导磁,良好的弹性,吸附剂,催化剂,硅酸盐组成的表示方法 1表示形式 硅酸盐种类繁多，结构复杂，通常用二氧化硅和金 属氧化物的组合形式来表示其组成，如：硅酸钠 (Na2SiO3)：Na2OSiO2，正长石(KAlSi3O8)： K2OAl2O36SiO2.,2书写方法 (1)根据组成元素写成氧化物的形式； (2)根据原子守恒及

10、原子个数比例配置系数； (3)按活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅 水的顺序书写 注意：氧化物之间以“”隔开，系数出现分数的要 化为整数,硅酸盐的组成用氧化物来表示，但实际上硅酸盐并不是以简单氧化物形式存在,4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3000年以前就已经使用 玻璃了”下列关于普通玻璃的叙述中，正确的是 () A它是人类最早使用的硅酸盐材料 B制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英 C它在加热熔化时有固定的熔点 D无色玻璃是纯净物,解析：人类最早使用的硅酸盐材料是陶瓷普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得的混合

11、物，无固定的熔点,答案：B,5月球上有丰富的绿柱石(绿宝石)矿藏，其主要化学 成分为BenAl2(Si6O18)，也可用氧化物形式表示为 nBeOAl2O36SiO2，其n的值为 () A1 B2 C3 D4,解析：法一：利用BenAl2(Si6O18)化学式化合价代数和为零可求得n3. 法二：BenAl2(Si6O18)与nBeOAl2O36SiO2为同种物质，根据氧原子守恒，也可求得n3.,答案：C,例1(2008广东高考)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：

12、,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,(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃取少量硅酸钠溶液于试管 中，逐

13、滴加入饱和氯化铵溶液，振荡写出实验现象并 给予解释：_.,思路点拨解答本题的关键有以下几点： (1)应用质量守恒、电子守恒书写、配平化学方程式 (2)明确硅及其化合物的重要性质和应用 (3)灵活应用盐类水解的原理解答问题,课堂笔记(1)根据原子守恒即质量守恒可以写出SiHCl3与H2反应的化学方程式 SiHCl3和H2O剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，分析它们化合价的变化可知， ，而Cl的化合价未发生变化，因此另一种元素即H元素的化合价必定降低，即另一种物质是H2.,(2)碳化硅、氮化硅为原子晶体，A、B正确.C正确.玻璃是一种玻璃态物质，无固定的熔点.盐酸不能与硅反应，而HCI

14、在573K以上的温度下可以与硅发生反应.因此D、E都不正确.,(3)Na2SiO3是强碱弱酸盐，水解显碱性，NH4Cl是强酸 弱碱盐，水解显酸性，二者混合水解反应可相互促进，即 = H2SiO32NH3.,答案(1)SiHCl3H21357 K Si3HCl SiHCl33H2O = H2SiO3 3HCl H2 氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3 (2)ABC (3)现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气味的气体生成,解释：Na2SiO3和NH4Cl均能够水解，二者相互促进，Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4Cl水解产生NH3,常见含硅材料的应用 (1)

15、硅单质：硅太阳能电池、计算机芯片、半导体晶体 管等 (2)二氧化硅：石英钟表、水晶镜片、玛瑙饰物、光导纤 维等 (3)硅酸盐材料：水泥、玻璃、陶瓷等.,例2(2009广州调研)向0.50 L 0.3 mol/L的NaOH溶液中缓慢通入CO2气体至溶液增重4.4 g，下列说法正确的是 (),A增重的4.4 g为参加反应的CO2的质量 B溶质为Na2CO3 C溶质为Na2CO3、NaHCO3 D低温蒸干溶液，所得固体的质量为：原溶液中NaOH的质量4.4 g,思路点拨解答本题要注意以下两点： (1)根据氢氧化钠和CO2的物质的量比确定产物 (2)应用守恒法分析质量的变化,课堂笔记选 由质量守恒可知

16、参加反应的CO2的质量为4.4 g，即0.1 mol，A正确；n(CO2)n(NaOH)0.1 mol(0.50 L0.3 mol/L)23，则二者反应为3NaOH2CO2= Na2CO3NaHCO3H2O，B不正确，C正确；低温蒸干后所得固体的质量应为：原溶液中NaOH的质量4.4 g反应产生的H2O的质量,AC,硅酸盐的组成探究 硅酸盐在日常生产、生活中有着广泛的应用，其组成、结构复杂，但性能优异为了更好地发挥硅酸盐在各行各业中的作用，实验分析其组成、结构，进一步了解其性能成为了研究领域的热门这类题目在考试中也将有逐渐增加的趋势,(2009扬州模拟)江苏东海有蛭石蛭石为一种层状结构的含镁的

17、水铝硅酸盐，是黑云母等天然矿物风化蚀变的产物，因为其受热膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故此得名蛭石膨化后的蛭石呈颗粒状，有隔热、耐冻、抗菌、防火、吸声等优异性能，但不耐酸,(1)某硅酸盐矿石的组成可以看作SiO2中有1/3的Si被Al置换，再由K平衡其电荷形成的该矿石得组成以氧化物的形式表示为_ (2)某校研究性学习小组取得了某种牌号的膨化蛭石样品，其成分可以用氧化物(MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、H2O)的形式表示为研究蛭石的组成，拟进行实验探究，实验流程及相关数据如下：,固体A的化学式是_ 固体F的物质的量是_ 通过计算，给出用氧化物的形式表示某种膨化蛭石组 成的化学式_,【解

18、析】(1)根据题意并结合化合价可知 、 ，该硅酸盐的化学式为KAlSi2O6，则以氧化物表示的形式为：K2OAl2O34SiO2. (2)根据流程，结合物质的转化分析计算即可 SiO2不溶于盐酸，其他均能溶解,F为Al(OH)3，则其物质的量为0.020 mol. n(SiO2) 0.04 mol. 设固体G中Fe2O3的物质的量为x mol，MgO的物质的量为y mol 依题意有： 解得：x0.010 moly0.080 mol 由知： n(Al2O3)0.010 mol,于是n(H2O) 0.02 (mol) 则：n(MgO)n(Fe2O3)n(Al2O3)n(SiO2)n(H2O) 0.

19、080 mol0.010 mol0.010 mol0.04 mol0.02 mol81142 即该蛭石矿的组成为：8MgOAl2O3Fe2O34SiO22 H2O.,【答案】(1)K2OAl2O34SiO2 (2)SiO20.020 mol 8MgOAl2O3Fe2O34SiO22H2O,1(2009广东高考)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 AB C D,解析：硅元素在地壳中的含量仅次于氧，排第二位，是构成岩石和矿物的基本元素水晶的主要成分为

20、SiO2，错误制作光导纤维的原料是石英，而不是高纯硅，错误,答案：C,2(2010重庆联考)下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的 是 () A都是共价化合物 B都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应 C都能溶于水且与水反应生成相应的酸 DSiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨,解析：SiO2虽是酸性氧化物，但不能溶于水生成相应的酸,答案：C,.,3高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值 分别为 () A7、2 B5、4 C6、3 D3、6,解析：上述表达式亦可写成：Al2O32SiO2 H2O的形式，根据氧原子守恒则x、y应满足：7 xy，即x 7，把AD项各数

21、值代入验证,答案：B,4以氮化硅(Si3N4)和氧化铝(Al2O3)为原料，采用高压烧结 或热压工艺制备赛伦(Sialan)赛伦的化学通式为Si6 xAlxOxN8x，以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗 腐蚀等性能为主要特征，因此，在冶金、机械、光学、 医学等领域有重要应用它属于 () A金属材料 B有机高分子材料 C新型无机非金属材料 D无机高分子材料,解析：赛伦具有耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等良好的性能，与传统的无机非金属材料有较大的差别，属于新型无机非金属材料,答案：C,5A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互 转化关系如下图所示A为地壳中含量仅次于氧的非 金属

22、元素的单质,请填空： (1)形成单质A的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_ (2)B的化学式(分子式)为_，B和碳反应生成A和E的化学方程式是_ (3)C的化学式(分子式)为_，D的化学式(分子式)为_,解析：解答本题首先要根据题目中有关A的信息，选择A作为“突破口”，推出A为Si，然后充分联系Si及其化合物的性质，按照框图中物质间的相互转化关系依次推导出其他物质,答案：(1) 4(2)SiO2SiO22C Si2CO(3)CaSiO3Na2SiO3,6含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素 的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料 光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D. (1)在元素周期表中，A位于第_族，与A同 族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为 _，A与B在原子的电子层结构