第四章 第一节 无机非金属材料的主角——硅.ppt

全局性掌控全局性掌控全局性掌控全局性掌控 本节主要考点有本节主要考点有Si、SiO2、Na2SiO3、H2SiO3的性的性质和用途及质和用途及SiO2的结构主要考查知识集中在三个方的结构主要考查知识集中在三个方面，一是硅、二氧化硅、硅酸盐的用途，二是硅及其面，一是硅、二氧化硅、硅酸盐的用途，二是硅及其化合物的性质，三是硅及其化合物的制备由于许多化合物的性质，三是硅及其化合物的制备由于许多高科技领域的新型无机非金属材料都与硅有关，预测高科技领域的新型无机非金属材料都与硅有关，预测明年的高考，硅及其化合物知识仍是命题热点，考查明年的高考，硅及其化合物知识仍是命题热点，考查形式会以硅及其化合物知识为载体与基本理论，和其形式会以硅及其化合物知识为载体与基本理论，和其他元素及化合物相联系综合考查他元素及化合物相联系综合考查.选项选项式式诊诊断断诊诊断断判断正判断正误误，在，在诊诊断一断一栏栏内打内打“”或或“”1.SiO2是酸性氧化物，能与是酸性氧化物，能与NaOH溶液反溶液反应应(2010山山 东高考东高考T13A)2.二氧化硅是生二氧化硅是生产产光光纤纤制品的基本原料制品的基本原料(2010江苏江苏 高考高考T4A)3.水玻璃可用于生水玻璃可用于生产产黏合黏合剂剂和防火和防火剂剂(2010江苏高江苏高 考考T4B)选项选项式式诊诊断断诊诊断断判断正判断正误误，在，在诊诊断一断一栏栏内打内打“”或或“”4.用用纯纯碱制玻璃不碱制玻璃不产产生温室气体生温室气体(2010重庆高考重庆高考 T6A)5.下列物下列物质质可以可以满满足一步足一步转转化关系：化关系：(2010福建福建 高考高考T9D)(2010福建高考福建高考T9D)一、碳和硅一、碳和硅1单质的存在形态、物理性质和用途单质的存在形态、物理性质和用途碳碳硅硅存在形存在形态态物理性物理性质质金金刚刚石：熔点石：熔点 、硬度硬度 石墨：硬度石墨：硬度 、电电的的 色固体，有金属色固体，有金属光光泽泽、熔点、熔点 、硬度、硬度 ，有脆性，有脆性用途用途 用作切割刀用作切割刀具，具，用作用作电电极、极、铅铅笔芯笔芯 材料和合金材料和合金材料材料游离态和化合态游离态和化合态 化合态化合态高高灰黑灰黑大大小小良良导导体体高高大大金金刚刚石石石墨石墨半半导导体体2化学性质化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性二、碳、硅的氧化物二、碳、硅的氧化物1一氧化碳一氧化碳(1)物理性质：物理性质：色气体，色气体，毒，毒，溶于水溶于水(2)化学性质化学性质燃烧：燃烧：.还原还原CuO：.无无有有不不2二氧化碳和二氧化硅的比较二氧化碳和二氧化硅的比较物物质质二氧化硅二氧化硅二氧化碳二氧化碳结结构构 结结构，构，不存在不存在单单个分子个分子存在存在单单个个CO2分子分子主要物理主要物理性性质质硬度硬度 ，熔、沸点，熔、沸点 ，常温下常温下为为 体，不溶于体，不溶于水水熔、沸点熔、沸点 ，常温下，常温下为为气体，微溶于水气体，微溶于水化化学学性性质质与水与水反反应应不反不反应应与酸与酸反反应应只与只与氢氢氟酸反氟酸反应应：不反不反应应空空间间网状立体网状立体大大高高固固低低SiO24HF=SiF42H2O物物质质二氧化硅二氧化硅二氧化碳二氧化碳化化学学性性质质与碱与碱(NaOH)液反液反应应 (盛碱液盛碱液的的试剂试剂瓶用瓶用 塞塞)与与盐盐反反应应如与如与Na2CO3反反应应：如与如与Ca(ClO)2反反应应：与碱与碱性氧化性氧化物反物反应应如与如与CaO反反应应：如与如与Na2O反反应应：用途用途光光导纤维导纤维、光学、光学仪仪器、器、电电子部件子部件制制饮饮料、制碳酸料、制碳酸盐盐SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O或或CO2NaOH=NaHCO3Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClONa2SiO3CO2橡胶橡胶SiO2既能和酸既能和酸(氢氟酸氢氟酸)反应，又能和碱反应，它是两反应，又能和碱反应，它是两性氧化物吗？性氧化物吗？提示：提示：不是，与酸不是，与酸(氢氟酸氢氟酸)反应时，生成的反应时，生成的SiF4不属不属于盐于盐三、硅酸和硅酸盐三、硅酸和硅酸盐1硅酸硅酸(1)物理性质物理性质硅酸硅酸 溶于水，其酸性比碳酸溶于水，其酸性比碳酸 ，硅酸，硅酸 (填填“能能”或或“不能不能”)使紫色石蕊试液变红色使紫色石蕊试液变红色不不弱弱不能不能(2)化学性质化学性质硅酸不稳定，受热易分解：硅酸不稳定，受热易分解：.硅酸能与碱溶液反应，如与硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方溶液反应的化学方程式为程式为 .硅酸在水中易聚合形成胶体硅胶吸附水分能力强，硅酸在水中易聚合形成胶体硅胶吸附水分能力强，常用作常用作 H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O干燥剂干燥剂2硅酸钠硅酸钠(1)物理性质物理性质白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性有黏性(2)化学性质化学性质水解显水解显 性性水玻璃水玻璃碱碱与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：与盐酸反应：与盐酸反应：.与与CO2水溶液反应：水溶液反应：.(3)用途：黏合剂用途：黏合剂(矿物胶矿物胶)，耐火阻燃材料，耐火阻燃材料Na2SiO32HCl=H2SiO32NaClNa2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO33硅酸盐硅酸盐(1)概念：由概念：由 元素组成的化合物的总称，是构元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分成地壳岩石的主要成分(2)表示方法表示方法硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成写成 ，钾云母，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成写成 .硅、氧和金属硅、氧和金属Na2OSiO2K2O3Al2O36SiO22H2O4传统无机非金属材料传统无机非金属材料(1)普通玻璃普通玻璃主要原料：主要原料：、主要成分：主要成分：、.(2)普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥主要原料：主要原料：、主要设备：主要设备：石灰石石灰石纯碱纯碱石英石英CaSiO3Na2SiO3SiO2石灰石石灰石黏土黏土水泥回转窑水泥回转窑1(2009广东理基广东理基)下列关于硅单质及其化合物的说法正下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是确的是 ()硅是构成一些岩石和矿物的基本元素硅是构成一些岩石和矿物的基本元素水泥、玻水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品璃、水晶饰物都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维泛用于制作光导纤维陶瓷是人类应用很早的硅酸陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料盐材料ABC D解析：解析：水晶、光导纤维的主要成分均是水晶、光导纤维的主要成分均是SiO2，并不是，并不是硅酸盐或硅单质硅酸盐或硅单质答案：答案：C2开发新材料是现代科技发展的方向之一下列有关材开发新材料是现代科技发展的方向之一下列有关材料的说法正确的是料的说法正确的是 ()A氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料BC60的硬度很大，与金刚石相似的硬度很大，与金刚石相似C玻璃是一种纯净物玻璃是一种纯净物D陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料解析：解析：B项，因项，因C60是一个分子，它的结构与金刚石的是一个分子，它的结构与金刚石的结构不相同，故硬度要远小于金刚石；结构不相同，故硬度要远小于金刚石；C项，玻璃的项，玻璃的成分主要是成分主要是SiO2和硅酸盐，它是混合物，无固定的熔、和硅酸盐，它是混合物，无固定的熔、沸点；沸点；D项，玻璃、水泥都用石灰石作原料，而陶瓷项，玻璃、水泥都用石灰石作原料，而陶瓷主要原料为黏土主要原料为黏土答案：答案：A3(2011莆田四中月考莆田四中月考)下列关于水玻璃的性质和用途的叙下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中正确的是述中正确的是 ()A它是一种纯净物，既不燃烧也不受腐蚀它是一种纯净物，既不燃烧也不受腐蚀B水玻璃生产玻璃的主要原料之一水玻璃生产玻璃的主要原料之一C木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧木材、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，在空气中不易变质水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质解析：解析：水玻璃是硅酸钠的水溶液，水玻璃是硅酸钠的水溶液，A错误；水玻璃易错误；水玻璃易与空气中的二氧化碳反应，与空气中的二氧化碳反应，D错误错误答案：答案：C4下列试剂的保存方法正确的是下列试剂的保存方法正确的是 ()A氢氟酸存放在玻璃瓶中氢氟酸存放在玻璃瓶中B烧碱溶液存放在带橡胶塞的玻璃瓶中烧碱溶液存放在带橡胶塞的玻璃瓶中C水玻璃存放在滴瓶中水玻璃存放在滴瓶中D液溴直接存放在棕色滴瓶中液溴直接存放在棕色滴瓶中解析：解析：因为氢氟酸易与玻璃中的因为氢氟酸易与玻璃中的SiO2反应，故不能保存反应，故不能保存在玻璃瓶中，在玻璃瓶中，A不正确盛放烧碱溶液的试剂瓶若使用不正确盛放烧碱溶液的试剂瓶若使用玻璃塞封口，玻璃塞中的玻璃塞封口，玻璃塞中的SiO2跟碱液反应生成跟碱液反应生成Na2SiO3，而使瓶口和瓶塞黏结在一起，而使瓶口和瓶塞黏结在一起，B正确滴瓶是瓶口带正确滴瓶是瓶口带有磨口胶头滴管的玻璃试剂瓶，而水玻璃是有磨口胶头滴管的玻璃试剂瓶，而水玻璃是Na2SiO3的的水溶液，其本身就能把玻璃滴管与瓶口粘在一起，水溶液，其本身就能把玻璃滴管与瓶口粘在一起，C不不正确液溴很容易挥发，若把液溴存放在棕色滴瓶中，正确液溴很容易挥发，若把液溴存放在棕色滴瓶中，会腐蚀胶头中的橡胶，会腐蚀胶头中的橡胶，D不正确不正确答案：答案：B(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式：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这个反应能够发生的原因是_.解析：解析：(1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物的形式时，将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物的形式时，需要将除需要将除O以外所有的元素写成其氧化物形式，中间用以外所有的元素写成其氧化物形式，中间用“”间隔，注意组成要与原硅酸盐一致间隔，注意组成要与原硅酸盐一致(2)风化是复杂的化学反应，但我们可以试图用简单的化风化是复杂的化学反应，但我们可以试图用简单的化学原理去理解它，抓住了由强酸可以制得弱酸这一规律，学原理去理解它，抓住了由强酸可以制得弱酸这一规律，问题就会迎刃而解问题就会迎刃而解答案答案：(1)K2OAl2O36SiO2Al2O32SiO22H2O(2)因因为为碳酸酸性比硅酸碳酸酸性比硅酸强强，由，由强强酸可制得弱酸酸可制得弱酸1一般情况，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，但一般情况，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，其中金刚石为硬度硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质最大的物质2一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体体，石墨为电的良导体例例1硅及其化合物的应用范围很广下列说法正确的硅及其化合物的应用范围很广下列说法正确的是是 ()A硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C反应：反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，中，Si为还原剂，为还原剂，NaOH和和H2O为氧化剂为氧化剂D盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅晶硅答案答案A1下列关于硅的说法中，不正确的是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硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体固体B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半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、氧气等非金属加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应反应.解析：解析：晶体硅虽然外形像金属晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽有金属光泽)，但实际上，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材料硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下尤其是在常温下)，但常温，但常温下仍能与氟气、氢氟酸和下仍能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应至一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应答案：答案：C解析：解析：SiO2能与氢氟酸反应，能与氢氟酸反应，高温条件下反应并不高温条件下反应并不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强答案：答案：C(2)反应后溶质成分的判断反应后溶质成分的判断也可用数轴表示也可用数轴表示2与盐溶液的反应与盐溶液的反应(1)CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3(2)CO2(少量少量)Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO(3)CO2Na2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO3例例2往含往含0.2 mol KOH和和0.1 mol Ca(OH)2的溶液中持续的溶液中持续地通入地通入CO2气体，当通入气体的体积为气体，当通入气体的体积为6.72 L(标准状况标准状况)时时立即停止，则在这一过程中，溶液中离子的物质的量立即停止，则在这一过程中，溶液中离子的物质的量n和和通入通入CO2的体积的体积V的关系示意图正确的是的关系示意图正确的是(气体的溶解忽略气体的溶解忽略不计不计)()答案答案D 把多元弱酸的酸酐把多元弱酸的酸酐(或弱酸或弱酸)通入其正盐溶液中，可通入其正盐溶液中，可以继续发生反应，生成相应的酸式盐以继续发生反应，生成相应的酸式盐 如：如：CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3SO2Na2SO3H2O=2NaHSO3H2SNa2S=2NaHS.3将足量的将足量的CO2不断通入不断通入NaOH、Ba(OH)2、NaAlO2的混的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与通入合溶液中，生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积之间的体积之间的关系可表示为的关系可表示为 ()答案：答案：C4下列物质的反应过程符合图示过下列物质的反应过程符合图示过程的是程的是 ()A向向CaCl2溶液中通入过量溶液中通入过量 CO2B向水玻璃溶液中通入过量向水玻璃溶液中通入过量CO2C向澄清石灰水中通入过量向澄清石灰水中通入过量CO2D向水玻璃溶液中加入过量盐酸向水玻璃溶液中加入过量盐酸解析：解析：A项不反应；项不反应；B项中沉淀不溶解；项中沉淀不溶解；C项先生成项先生成CaCO3，然后，然后CaCO3与与CO2、H2O反应生成反应生成Ca(HCO3)2，符合题意；，符合题意；D项中生成的沉淀不溶解项中生成的沉淀不溶解答案：答案：C Mg与与CO2反应是中学教材中涉及的内容，反应是中学教材中涉及的内容，SO2、SiO2都为酸性氧化物，与金属都为酸性氧化物，与金属Mg也应发生类似的反应，此类探也应发生类似的反应，此类探究实验主要考查学生的信息迁移能力究实验主要考查学生的信息迁移能力例例已知已知Mg与与CO2可反应生成可反应生成MgO与与C；SiO2、SO2和和CO2都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；镁和都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；镁和钠的化学性质也有一定的相似性两个研究性学习小组分钠的化学性质也有一定的相似性两个研究性学习小组分别根据不同的微型课题进行研究，其方案如下：别根据不同的微型课题进行研究，其方案如下：【实验方案实验方案】第一个研究性学习小组用如图所示的装置第一个研究性学习小组用如图所示的装置进行镁与二氧化硫反应的实验进行镁与二氧化硫反应的实验实验药品：实验室制取二氧化硫类似于制取二氧化碳，实验药品：实验室制取二氧化硫类似于制取二氧化碳，在下列物质中选择合适的试剂制取二氧化硫：在下列物质中选择合适的试剂制取二氧化硫：_.A80%的硫酸的硫酸B浓盐酸浓盐酸C稀硝酸稀硝酸D亚硫酸亚硫酸钠固体钠固体E亚硫酸钙固体亚硫酸钙固体F饱和亚硫酸钠溶液饱和亚硫酸钠溶液实验现象：反应后，发现实验现象：反应后，发现B管壁有淡黄色粉末产生，取反应管壁有淡黄色粉末产生，取反应后后B中固体溶于稀盐酸中产生具有臭鸡蛋气味的气体，写出中固体溶于稀盐酸中产生具有臭鸡蛋气味的气体，写出B管中发生的有关反应的化学方程式：管中发生的有关反应的化学方程式：_.实验改进：你认为该装置是否有不足之处？实验改进：你认为该装置是否有不足之处？_.如果有，如果有，请写出改进方法：请写出改进方法：_.【实验方案实验方案】第二个研究性学习小组进行了第二个研究性学习小组进行了“实验室制硅实验室制硅”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：信息：镁在点燃条件下即可与二氧化硅反应制取硅镁在点燃条件下即可与二氧化硅反应制取硅金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与硅烷金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与硅烷硅烷在空气中能自燃硅烷在空气中能自燃他们在研究报告中记载着他们在研究报告中记载着“用用Mg和和SiO2在适宜的条件下在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥、最后称量干燥、最后称量在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右左右”实验探究：实验探究：(1)该小组该小组“实验室制硅实验室制硅”的化学方程式是的化学方程式是_.(2)你估计你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是的原因是_.解析解析【实验方案实验方案】实验室制取实验室制取CO2气体的反应原理为：气体的反应原理为：CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2，即强酸制弱酸，即强酸制弱酸，按照这一规律，因浓盐酸具有较强的挥发性，导致产生的按照这一规律，因浓盐酸具有较强的挥发性，导致产生的SO2气体不纯，浓气体不纯，浓HNO3具有强氧化性，会氧化具有强氧化性，会氧化SO2气体，气体，均不可选用，应选用均不可选用，应选用80%的浓的浓H2SO4；这样固体就只能选；这样固体就只能选Na2SO3，而不能选，而不能选CaSO3，因反应会生成，因反应会生成CaSO4(微溶微溶)，附着在，附着在CaSO3表面上，使反应停止表面上，使反应停止据题意知淡黄色粉末是单质据题意知淡黄色粉末是单质S，另有产物与稀盐酸反应产，另有产物与稀盐酸反应产生具有臭鸡蛋气味的气体，只能为生具有臭鸡蛋气味的气体，只能为MgS.点击下图进入点击下图进入“针对训练针对训练 测与评测与评”