【高中化学】无机非金属材料(硅)课件 2022-2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册.pptx

一、硅的结构和性质一、硅的结构和性质 1、晶体结构、晶体结构(与金刚石相似与金刚石相似)正四面体的空间网状结构正四面体的空间网状结构（1 1）硅在地壳里的含量仅次于氧而居第二位，硅）硅在地壳里的含量仅次于氧而居第二位，硅只以化合态形式只以化合态形式存在于自然界。（硅酸盐和二氧化存在于自然界。（硅酸盐和二氧化硅占地壳质量的硅占地壳质量的90%90%以上）以上）（2 2）硅是灰黑色有金属光泽的固体，硬而脆，熔、）硅是灰黑色有金属光泽的固体，硬而脆，熔、点高点高(1410)(1410)，是，是良好的半导体材料良好的半导体材料。2、硅的存在和物理性质、硅的存在和物理性质3 3、硅的工业制法、硅的工业制法 ：2C+SiO2=Si+2CO高温高温Si+2Cl2=SiCl4 SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温(1)(1)四四氯氯化硅化硅还还原法原法(2)(2)三三氯氯甲硅甲硅烷还烷还原法制原法制备备高高纯纯度硅度硅(常用方法常用方法)4.4.化学性质化学性质在常温下化学性质不活泼在常温下化学性质不活泼Si +2F2 =SiF4Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+2Cl2=SiCl4Si+O2=SiO2 硅作硅作为为一种新型能源被广泛开一种新型能源被广泛开发发利用，利用，关于其有利因素的下列关于其有利因素的下列说说法中，你法中，你认为认为不正确不正确的是的是A硅燃硅燃烧产烧产物物对环对环境境产产生的生的污污染，容易得到染，容易得到有效控制有效控制B从从Si(s)O2(g)=SiO2(s)H858.6 kJmol1可知，硅燃可知，硅燃烧烧放出的放出的热热量量较较多多C自然界中硅的自然界中硅的贮贮存量丰富，可以从自然界存量丰富，可以从自然界直接直接获获得得单质单质硅硅D硅便于运硅便于运输输、贮贮存，从安全角度考存，从安全角度考虑虑，硅，硅是最佳的燃料之一是最佳的燃料之一C晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如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：下：高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体；种可燃性气体；粗硅与干燥的粗硅与干燥的HCl气体反应制得气体反应制得SiHCl3(Si3HCl250300 SiHCl3H2)；SiHCl3与过量的与过量的H2在在11001200 的温度下反应制得的温度下反应制得纯硅，已知纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。能与水剧烈反应，在空气中易自燃。请回答：请回答：(1)第一步制取粗硅的化学方程式为第一步制取粗硅的化学方程式为:(2)粗硅与粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点沸点33.0)中含有少量中含有少量SiCl4(沸点沸点57.6)和和HCl(沸点沸点84.7)，提纯，提纯SiHCl3采用的方法为采用的方法为_。2C+SiO2=Si+2CO高温高温分馏（蒸馏）分馏（蒸馏）(3)实验室用实验室用SiHCl3与过量的与过量的H2反应制取纯硅装置如图反应制取纯硅装置如图所示所示(加热和夹持装置略去加热和夹持装置略去)：装置装置B中的试剂是中的试剂是_，装置，装置C中的烧杯需要中的烧杯需要加热，目的是加热，目的是_。浓硫酸浓硫酸使滴入烧瓶中的使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化汽化(3)实验室用实验室用SiHCl3与过量的与过量的H2反应制取纯硅装置如图反应制取纯硅装置如图所示所示(加热和夹持装置略去加热和夹持装置略去)：反应一段时间后，装置反应一段时间后，装置D中观察到的现象是中观察到的现象是_，装置，装置D不能采用普通玻璃管的原因是不能采用普通玻璃管的原因是_，装置，装置D中发生反应的化学方程式是：中发生反应的化学方程式是：_。有固体物质生成有固体物质生成在在1100110012001200下，普通的玻璃会软化下，普通的玻璃会软化SiHCl3H2=Si3HCl11001200(3)实验室用实验室用SiHCl3与过量的与过量的H2反应制取纯硅装置如图反应制取纯硅装置如图所示所示(加热和夹持装置略去加热和夹持装置略去)：为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。排尽装置中的空气排尽装置中的空气总结提升总结提升 碳、硅单质的特殊性碳、硅单质的特殊性(1)一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。然界中硬度最大的物质。(2)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。石墨为电的良导体。(3)Si的还原性大于的还原性大于C，但，但C在高温下能还原出在高温下能还原出Si。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟HF作作用。用。(5)常见与强碱反应生成常见与强碱反应生成H2的固体单质有的固体单质有Al和和Si，能够，能够置换出置换出H2O中氢的非金属单质为碳，这些特征反应常中氢的非金属单质为碳，这些特征反应常作为推断题的突破口。作为推断题的突破口。(6)1 mol金刚石含有金刚石含有2 mol碳碳单键；碳碳单键；1 mol晶体硅含有晶体硅含有2 mol SiSi键；键；1 mol SiO2中含有中含有4 mol SiO 键；键；1 mol石墨中含石墨中含1.5 mol CC 键，每个六元环中平均含键，每个六元环中平均含2个碳原子；个碳原子；C60是分子。是分子。二、二氧化硅二、二氧化硅1 1、结构、结构 SiOSiO2 2晶体是一种立体网状结构。每个晶体是一种立体网状结构。每个SiSi与与4 4个个O O形成形成4 4个共价键，前者位于正四面体的中心个共价键，前者位于正四面体的中心后者位于正四面体的顶点；每个后者位于正四面体的顶点；每个SiSi周围又有周围又有4 4个个O O，每个，每个O O的周围有的周围有2 2个个SiSi，实际上，实际上SiOSiO2 2晶体是晶体是由由SiSi原子和原子和O O原子按原子按1:21:2的比例组成的原子晶体的比例组成的原子晶体123421SiO2 +2NaOH =Na2SiO3 +H2O SiO2 与与 强碱强碱SiO2 +CaO=CaSiO3 SiO2 与与 碱性氧化物碱性氧化物但但SiO2不与水反应生成硅酸不与水反应生成硅酸酸性氧化物酸性氧化物3、化学性质、化学性质2、物理性质、物理性质坚硬难熔的固体；不溶于水坚硬难熔的固体；不溶于水 与氢氟酸反应（不与其他酸反应）与氢氟酸反应（不与其他酸反应）SiO2+4HF=SiF4 +2H2O在高温下与碳酸盐的反应在高温下与碳酸盐的反应SiO2+Na2CO3=CO2 +Na2SiO3高温高温SiO2+CaCO3=CO2 +CaSiO3高温高温氢氟酸用什么材质的容器保存？氢氟酸用什么材质的容器保存？4、用途：、用途：制造光导纤维、光学仪器、玻璃原料、建筑材料制造光导纤维、光学仪器、玻璃原料、建筑材料 SiO2 与与 C Si+2COSiC+2COSiO2+2CSiO2+3C高温高温实验室现提供下列试剂瓶实验室现提供下列试剂瓶,细口磨口塞玻璃瓶细口磨口塞玻璃瓶广口瓶广口瓶细口橡皮塞玻璃瓶细口橡皮塞玻璃瓶棕色广口瓶棕色广口瓶细口塑料瓶，细口塑料瓶，如何存放下列药品如何存放下列药品?依据是什么依据是什么?a.a.二氧化硅二氧化硅 b.b.氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 ，c.c.硝酸银晶体硝酸银晶体 d.d.氢氟酸氢氟酸 ，e.e.浓硫酸浓硫酸 。下列关于二氧化硅的下列关于二氧化硅的说说法是否正确？解法是否正确？解释释其理由其理由A二氧化硅分子由二氧化硅分子由1个硅原子和个硅原子和2个氧原子构成个氧原子构成B二氧化硅又叫硅二氧化硅又叫硅酐酐C二氧化硅与水化合生成二氧化硅与水化合生成对应对应水化物硅酸水化物硅酸D二氧化硅二氧化硅为为酸酸酐酐，与碱反，与碱反应应不与酸反不与酸反应应E二氧化硅与碳酸二氧化硅与碳酸钠钠反反应应生成生成CO2，所以硅酸酸性，所以硅酸酸性比碳酸比碳酸强强B对对于于A族元素，下列叙述中不正确的是族元素，下列叙述中不正确的是：ASiO2和和CO2中，中，Si和和O、C和和O之之间间都是共价都是共价键键BC、Si和和Ge的最外的最外层电层电子数都是子数都是4，次外，次外层电层电子子数都是数都是8CCO2和和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化能和氧化钙钙反反应应DPbO比比PbO2稳稳定定B下面关于下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是晶体网状结构的叙述正确的是A存在四面体结构单元，存在四面体结构单元，O处于中心，处于中心，Si处于处于4个个顶角顶角B最小的环上，有最小的环上，有3个个Si原子和原子和3个个O原子原子C最小的环上，最小的环上，Si和和O原子数之比为原子数之比为1 2D最小的环上，有最小的环上，有6个个Si原子和原子和6个个O原子原子D【2015海南高考】单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所求的路线制备。其中X为Z的氧化物；Y为氢化物，分子结构与甲烷相似。回答下列问题。(1)(1)能与能与X X发生化学反应的酸是发生化学反应的酸是_；由；由X X制备制备MgMg2 2Z Z的化学方程式为的化学方程式为_。(2)(2)由由MgMg2 2Z Z生成生成Y Y的化学方程式为的化学方程式为:，(3)Z(3)Z、X X中共价键的类型分别是中共价键的类型分别是_、_。氢氟酸氢氟酸SiO24Mg=Mg2Si2MgOMg2Si4HCl=SiH42MgCl2非极性非极性(共价键共价键)极性极性(共价键共价键)总结提升总结提升 含硅化合物的特殊性含硅化合物的特殊性(1)SiO2是是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备直接与水作用制备H2SiO3。(2)酸性氧化物一般不与酸作用，但酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟能跟HF作用：作用：SiO24HF=SiF42H2O。(3)不要混淆二氧化硅和硅的用途不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。料、计算机芯片的是晶体硅。(4)水晶、石英、玛瑙的主要成分是水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠；珍珠的主要成分是的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；红、蓝；钻石是金刚石；红、蓝宝石的主要成分是宝石的主要成分是Al2O3。三、硅酸及硅酸盐三、硅酸及硅酸盐1、硅酸、硅酸 把硅酸钠溶液敞口放置在空气中一段把硅酸钠溶液敞口放置在空气中一段时间后，观察到的现象时间后，观察到的现象思考：思考：溶液变浑浊溶液变浑浊（1 1）性质：）性质：不溶于水，酸性比碳酸弱。不溶于水，酸性比碳酸弱。（2 2）制备：）制备：Na2SiO3+CO2+2H2O=Na2CO3+H4SiO4Na2SiO3 +2HCl=2NaCl +H2SiO32、硅酸盐、硅酸盐（1）硅酸钠：）硅酸钠：硅酸钠水溶液俗称水玻璃硅酸钠水溶液俗称水玻璃（2）表示方法：）表示方法：通常用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成通常用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成硅酸钠：硅酸钠：Na2SiO3高岭石：高岭石：Al2Si2O5(OH)4Na2O SiO2Al2O3 2SiO2 2H2O 现现有下列五个有下列五个转转化，其中不可能通化，其中不可能通过过一步反一步反应实现应实现的是的是SiO2Na2SiO3 CuSO4CuCl2SiO2H2SiO3 CuOCu(OH)2Na2O2NaOHA B C DB 下列各组物质有关性质关系的比较，下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是（正确的是（）A.溶解性：溶解性：CO2 H2CO3C.熔点：熔点：SiO2 CO2（干冰）（干冰）D.硬度：硬度：SiO2 CO2C【2014广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：(注：注：SiCl4的沸点为的沸点为57.6，金属氯化物的沸点，金属氯化物的沸点均高于均高于150)【2014广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：(1)向反应器中通入向反应器中通入Cl2前，需通一段时间前，需通一段时间N2，主要目的，主要目的是是_。排出装置中的空气排出装置中的空气【2014广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：(2)高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物。气体物。气体中的碳氧化物主要为中的碳氧化物主要为_。由气体。由气体中某中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为：物质得到水玻璃的化学反应方程式为：COSiCl46NaOH=Na2SiO34NaCl3H2O【2014广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：(3)步骤步骤为：搅拌、为：搅拌、_。所得溶液。所得溶液中的阴中的阴离子有离子有_。过滤过滤AlO2、OH、Cl【2014广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初广东高考】石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：(4)由溶液由溶液生成沉淀生成沉淀的总反应的离子方程式为：的总反应的离子方程式为：AlO2 2CH3COOC2H52H2O=Al(OH)3CH3COOCH3CH2OH