人教版化学必修1课件：第4章 第1节 无机非金属材料主角--硅.ppt

学习目标1.了解了解SiO2、H2SiO3的主要性质。的主要性质。2.了解硅、硅酸盐的主要性质。了解硅、硅酸盐的主要性质。3.了解几种重要无机非金属材料的了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。生产及用途。4.了解晶体硅的重要用途。了解晶体硅的重要用途。硅在地壳中的含量仅次于硅在地壳中的含量仅次于 ，硅的氧化物，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的和硅酸盐约占地壳质量的90%以上；硅原子最以上；硅原子最外层有外层有 个电子，主要形成个电子，主要形成 价的化合物。价的化合物。基础知识梳理基础知识梳理氧氧44一、二氧化硅一、二氧化硅1存在存在存在形态有存在形态有 形和形和 形两大类，水晶、形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。2物理性质物理性质熔点熔点硬度硬度溶解性溶解性高高大大不溶于水不溶于水无定无定结晶结晶3.化学性质化学性质4用途用途(1)沙子是基本的建筑材料。沙子是基本的建筑材料。(2)纯净的纯净的SiO2是现代光学及光纤制品是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。的基本原料，可以制作光导纤维。(3)和玛瑙制作饰物和工艺品。和玛瑙制作饰物和工艺品。石英石英保存保存NaOH溶液时能使用玻璃塞吗？为什溶液时能使用玻璃塞吗？为什么？么？【思考思考提示提示】不能。因不能。因NaOH会与玻璃会与玻璃的主要成分的主要成分SiO2反应，生成的反应，生成的Na2SiO3溶液会溶液会使瓶塞与瓶壁粘连在一起。使瓶塞与瓶壁粘连在一起。思考二、硅酸二、硅酸1硅酸的性质硅酸的性质(1)弱酸性弱酸性向向Na2SiO3溶液中通入溶液中通入CO2，反应的化，反应的化学方程式为学方程式为Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。结论：结论：H2SiO3酸性比酸性比H2CO3酸性酸性 。(2)不稳定性不稳定性弱弱2硅酸的制备硅酸的制备可溶的硅酸盐与较强的酸反应可制得可溶的硅酸盐与较强的酸反应可制得硅酸，硅酸，Na2SiO3与盐酸反应的化学方程式为与盐酸反应的化学方程式为Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl。3硅酸的存在及用途硅酸的存在及用途(1)浓度小时：形成硅酸溶胶；浓度小时：形成硅酸溶胶；(2)浓度大时：形成浓度大时：形成 。(3)硅胶硅胶硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝胶称为胶称为“”，具有强的，具有强的 ，常用作，常用作干燥剂或催化剂的载体。干燥剂或催化剂的载体。硅胶硅胶吸水性吸水性硅酸凝胶硅酸凝胶三、硅酸盐三、硅酸盐1概念：硅酸盐是由硅、氧和金属元概念：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。素组成的化合物的总称。2硅酸盐的性质硅酸盐的性质硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多大多不溶不溶于水，化学性质很于水，化学性质很 。稳定稳定3硅酸盐组成的表示硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。形式表示其组成。例如：例如：Na2SiO3：；长石长石KAlSi3O8：；4最常见的硅酸盐最常见的硅酸盐Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗称的水溶液俗称 ，能制备，能制备硅胶和木材防火剂。硅胶和木材防火剂。水玻璃水玻璃Na2OSiO2K2OAl2O36SiO25三种常见的硅酸盐产品三种常见的硅酸盐产品硅酸盐硅酸盐产品产品原料原料主要设主要设备备主要成分主要成分水泥水泥石灰石、黏土石灰石、黏土水泥回水泥回转转窑窑硅酸二硅酸二钙钙2CaOSiO2硅酸三硅酸三钙钙3CaOSiO2铝铝酸三酸三钙钙3CaOAl2O3玻璃玻璃纯纯碱、石灰石、碱、石灰石、石英石英玻璃窑玻璃窑Na2OCaO6SiO2陶瓷陶瓷黏土黏土6.其他含硅的物质其他含硅的物质物质物质性质性质用途用途SiC俗称金俗称金刚刚砂，具有砂，具有 结结构，硬度很大构，硬度很大砂砂纸纸、砂、砂轮轮的的磨料磨料含含4%硅的硅硅的硅钢钢很高的很高的导导磁性磁性变压变压器器铁铁芯芯硅橡胶硅橡胶既耐既耐 ，又耐，又耐 ，在，在60 250 保持良好保持良好的的弹弹性性制火箭、制火箭、导弹导弹、飞飞机的零件和机的零件和绝缘绝缘材料材料人工制造分子人工制造分子筛筛(铝铝硅酸硅酸盐盐)有均匀微孔有均匀微孔结结构构作吸附作吸附剂剂和催和催化化剂剂金金刚刚石石低温低温高温高温四、硅单质四、硅单质1种类：单质硅有种类：单质硅有 和和 两类。两类。2结构：晶体硅的结构与金刚石相似。结构：晶体硅的结构与金刚石相似。3性质性质(1)物理性质：物理性质：晶体晶体无定形无定形色、色、态态光光泽泽熔点熔点硬度硬度质质地地导电导电性性灰黑色固体灰黑色固体 金属光金属光泽泽高高大大脆脆半半导导体体(2)化学性质：在常温下化学性质不活化学性质：在常温下化学性质不活泼，但能与泼，但能与 、发生反应。发生反应。4用途用途(1)半导体材料，如硅芯片等。半导体材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光电池等。新型能源，如光电池等。氢氟酸氢氟酸强碱强碱课堂互动讲练课堂互动讲练要点一要点一要点一要点一CO2和和SiO2的比较的比较CO2SiO2不不同同点点熔、沸点熔、沸点低低高高状状态态气气态态无色晶体无色晶体与水反与水反应应CO2H2OH2CO3不反不反应应与酸反与酸反应应不反不反应应只与只与氢氢氟酸反氟酸反应应SiO24HF=SiF42H2O虽然虽然SiO2既能与既能与NaOH溶液反应，也能溶液反应，也能与氢氟酸反应，但与氢氟酸反应，但SiO2却不属于两性氧化物而却不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。属于酸性氧化物。特别提醒特别提醒下列关于下列关于SiO2和和CO2的说法中正确的是的说法中正确的是()ACO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐分别是碳酸和硅酸的酸酐BCO2和和SiO2与水反应分别生成相应的与水反应分别生成相应的酸酸CCO2是酸性氧化物，是酸性氧化物，SiO2是两性氧化是两性氧化物物DCO2和和SiO2都是由相应的分子组成的都是由相应的分子组成的例例例例1 1【解析解析】虽然虽然SiO2是是H2SiO3的酸酐，的酸酐，但但CO2可溶于水生成可溶于水生成H2CO3，SiO2却不能溶却不能溶于水生成于水生成H2SiO3，B错误；错误；SiO2与与CO2都是都是酸酐，都是酸性氧化物，酸酐，都是酸性氧化物，A正确，正确，C错误；错误；CO2是由是由CO2分子构成的，而分子构成的，而SiO2则是由硅则是由硅原子和氧原子构成的，原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，中不存在分子，D错误。错误。【答案答案】A1下列关于二氧化硅的说法中正确的是下列关于二氧化硅的说法中正确的是()A二氧化硅分子由一个硅原子和两个二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成氧原子构成B在二氧化硅晶体中，每个硅原子周围在二氧化硅晶体中，每个硅原子周围结合结合4个氧原子个氧原子C二氧化硅可用来制作干燥剂二氧化硅可用来制作干燥剂D二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸任何酸变式训练变式训练变式训练变式训练解析解析：选选B。SiO2晶体中不存在单个分晶体中不存在单个分子，其结构中每个硅原子周围结合子，其结构中每个硅原子周围结合4个氧原个氧原子，每个氧原子周围结合子，每个氧原子周围结合2个硅原子，所以个硅原子，所以硅原子与氧原子的个数比为硅原子与氧原子的个数比为1 2，化学式写，化学式写作作SiO2，故，故A错误，错误，B正确；硅酸在一定条正确；硅酸在一定条件下制得硅胶，硅胶可用作干燥剂，件下制得硅胶，硅胶可用作干燥剂，C错误。错误。SiO2是酸性氧化物，但常温下可与氢氟酸反是酸性氧化物，但常温下可与氢氟酸反应，应，D错误。错误。1硅酸硅酸二氧化硅对应的水化物是硅酸。二氧化硅对应的水化物是硅酸。(1)性质性质硅酸为白色固体，难溶于水。硅酸为白色固体，难溶于水。酸性极弱，比碳酸还弱，不能使指示剂酸性极弱，比碳酸还弱，不能使指示剂发生变色，只能与强碱反应，例如：发生变色，只能与强碱反应，例如：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O硅酸不稳定，受热易分解，反应的化学硅酸不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为：方程式为：要点二要点二要点二要点二硅酸与碳酸的对比硅酸与碳酸的对比(2)制备制备由于二氧化硅不能与水化合，所以制由于二氧化硅不能与水化合，所以制备硅酸时只能使用间接的方法，如向备硅酸时只能使用间接的方法，如向Na2SiO3溶液中滴加盐酸或通入溶液中滴加盐酸或通入CO2气体等，气体等，利用的原理都是：强酸弱酸盐利用的原理都是：强酸弱酸盐弱酸弱酸强酸盐。如：强酸盐。如：CO2Na2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO32碳酸碳酸二氧化碳对应的水化物是碳酸二氧化碳对应的水化物是碳酸(H2CO3)，碳酸的，碳酸的酸性很弱酸性很弱(但比但比H2SiO3强强)，且很不稳定。，且很不稳定。H2CO3=H2OCO2因此，有关碳酸的化学反应通常用二氧化碳和因此，有关碳酸的化学反应通常用二氧化碳和水来代替。水来代替。为确认为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的达到目的(不必选其他酸性物质不必选其他酸性物质)。请据此回答：。请据此回答：例例例例2 2(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂应为斗所盛试剂应为_。(2)装置装置B所盛的试剂是所盛的试剂是_ _，其作用是其作用是_ _。(3)装置装置C所盛试剂是所盛试剂是_ _，C中反应的离子方程式是中反应的离子方程式是_ _。(4)由此得到的结论是：酸性：由此得到的结论是：酸性：_。【思路点拨思路点拨】解答本题要注意以下两解答本题要注意以下两点：点：(1)酸性强弱关系比较可利用酸性强弱关系比较可利用“强酸弱强酸弱酸盐酸盐弱酸强酸盐弱酸强酸盐”。(2)可先制备可先制备CO2，再制备，再制备H2SiO3，由，由此选择合适的药品。此选择合适的药品。【解析解析】根据强酸弱酸盐根据强酸弱酸盐弱酸弱酸强酸盐分析可知，分液漏斗中盛装盐酸，强酸盐分析可知，分液漏斗中盛装盐酸，A中盛中盛放放Na2CO3，根据，根据Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2可以知道酸性可以知道酸性HCl强于强于H2CO3，然，然后将生成的后将生成的CO2通入通入Na2SiO3溶液中，反应为溶液中，反应为Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，由，由此判断酸性此判断酸性H2CO3H2SiO3，但需注意的是，但需注意的是A中中反应会有反应会有HCl气体逸出，故通入气体逸出，故通入Na2SiO3溶液前溶液前需将需将HCl吸收，但不能吸收吸收，但不能吸收CO2，故可选用饱和，故可选用饱和NaHCO3溶液。溶液。【答案答案】(1)盐酸盐酸(2)饱和饱和NaHCO3溶液溶液吸收吸收HCl气体气体(3)Na2SiO3溶液溶液SiO32CO2H2O=H2SiO3CO32(4)HClH2CO3H2SiO32下列离子方程式书写不正确的是下列离子方程式书写不正确的是()A往往NaOH溶液中通入少量溶液中通入少量CO2：CO2OH=HCO3BH2SiO3与与NaOH溶液混合：溶液混合：2OHH2SiO3=2H2OSiO32C石英砂与烧碱反应制水玻璃：石英砂与烧碱反应制水玻璃：SiO22OH=SiO32H2OD往水玻璃中通入二氧化碳：往水玻璃中通入二氧化碳：Na2SiO3H2OCO2=H2SiO32NaCO32变式训练变式训练变式训练变式训练解析解析：选选AD。A项中通入少量项中通入少量CO2，应生，应生成成Na2CO3，而不是，而不是NaHCO3，故错误。，故错误。B项中项中H2SiO3是难溶性酸，在离子方程式中应写化学是难溶性酸，在离子方程式中应写化学式，正确。式，正确。C、D中中Na2SiO3为钠盐，溶于水，为钠盐，溶于水，写离子形式，所以写离子形式，所以C项正确，项正确，D项错误。项错误。1硅的化学性质硅的化学性质常温下，硅的化学性质不活泼。加热时可常温下，硅的化学性质不活泼。加热时可与一些非金属及其他物质反应。与一些非金属及其他物质反应。(1)常温下，除能与氟气、氢氟酸和强碱反常温下，除能与氟气、氢氟酸和强碱反应外，硅不与氧气、氯气、硫酸、硝酸、盐酸应外，硅不与氧气、氯气、硫酸、硝酸、盐酸等其他物质发生反应。等其他物质发生反应。与氟气反应：与氟气反应：Si2F2=SiF4；与氢氟酸反应：与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2；与与NaOH溶液反应：溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。要点三要点三要点三要点三单质硅的化学性质及制备单质硅的化学性质及制备(2)加热时，硅能与氧气、氯气等反应，也加热时，硅能与氧气、氯气等反应，也能与碳反应。能与碳反应。2硅的制备硅的制备硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段：个阶段：1Si是能与是能与NaOH溶液反应放出溶液反应放出H2的非的非金属单质，金属单质，Al是能与是能与NaOH溶液反应放出溶液反应放出H2的的金属单质，推断题中常以此点作为突破口。金属单质，推断题中常以此点作为突破口。特别提醒特别提醒(2008年高考广东卷改编题年高考广东卷改编题)硅单质及其化硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：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，制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，三氯甲硅烷三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅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：的主要方法，生产过程示意图如下：例例例例3 3写出由纯写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应制备高纯硅的化学反应方程式方程式_ _。整个制备过程必须严格控制无水无氧。整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一和另一种物质，写出配平的化学反应方程式种物质，写出配平的化学反应方程式_ _；H2还原还原SiHCl3过程中过程中若混入若混入O2，可能引起的后果是，可能引起的后果是_ _。(2)下列有关硅材料的说法正确的是下列有关硅材料的说法正确的是_(填字母填字母)。A碳化硅化学性质稳定，可用于生产砂碳化硅化学性质稳定，可用于生产砂纸、砂轮等纸、砂轮等B氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承高温陶瓷和轴承C高纯度的二氧化硅可用于制造高性能高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料通讯材料光导纤维光导纤维D普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高制成的，其熔点很高E盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅光液抛光单晶硅【思路点拨思路点拨】解答本题要注意以下三点：解答本题要注意以下三点：(1)注意化学反应发生的条件。注意化学反应发生的条件。(2)分析题目所给信息：无水无氧。分析题目所给信息：无水无氧。(3)根据性质分析用途。根据性质分析用途。SiHCl3与与H2O反应生成反应生成H2SiO3、HCl和和H2；用；用H2还原还原SiHCl3过程中若混入过程中若混入O2，则高温，则高温下下H2与与O2反应发生爆炸。反应发生爆炸。(2)A项，碳化硅硬度很大，可用于生产砂项，碳化硅硬度很大，可用于生产砂纸、砂轮等，纸、砂轮等，B项，氮化硅熔点高，硬度大，可项，氮化硅熔点高，硬度大，可用于制作高温陶瓷或轴承。用于制作高温陶瓷或轴承。SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2高温下高温下H2与与O2混合混合发发生爆炸生爆炸(2)ABC3下列关于硅的说法不正确的是下列关于硅的说法不正确的是()A硅是非金属元素，但它的单质是灰硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体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，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应任何物质起反应D当加热到一定温度时，硅能与氧气、当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应氢气等非金属反应变式训练变式训练变式训练变式训练解析解析：选选C。常温下，硅可与氟气、氢氟常温下，硅可与氟气、氢氟酸、强碱溶液等反应；加热和高温条件下，硅酸、强碱溶液等反应；加热和高温条件下，硅能与氧气、氢气起反应。能与氧气、氢气起反应。硅酸盐由于组成比较复杂，通常用二氧化硅酸盐由于组成比较复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：规律为：1氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水。水。2氧化物之间以氧化物之间以“”隔开。隔开。3氧化物前的化学计量数配置原则：各元氧化物前的化学计量数配置原则：各元素原子总个数比符合原来的组成。素原子总个数比符合原来的组成。要点四要点四要点四要点四硅酸盐的氧化物形式的改写硅酸盐的氧化物形式的改写4化学计量数配置出现分数时应化为整数。化学计量数配置出现分数时应化为整数。由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简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，采用了氧化物法，化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法，实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。特别提醒特别提醒用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是正确的是()A钙沸石钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O，表示为，表示为Al2O3CaO3SiO23H2O例例例例4 4C钾云母钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为，表示为K2O2H2O3Al2O36SiO2D石棉石棉CaMg3Si4O12，表示为，表示为CaO3MgO4SiO2【答案答案】D4钾长石钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4时反应的离子方程式为：时反应的离子方程式为：2KAlSi3O82H2CO35H2O=2K2HCO34H2SiO3Al2Si2O5(OH)4(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：KAlSi3O8_；Al2Si2O5(OH)4_。(2)上述反应能够发生的原因是上述反应能够发生的原因是_ _。变式训练变式训练变式训练变式训练解析解析：(1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物时，只需将除物时，只需将除O以外所有的元素写成其常见以外所有的元素写成其常见氧化物，并用氧化物，并用“”将它们合起来，但需注意各种将它们合起来，但需注意各种原子个数比符合原来的组成，并在某种原子个数比符合原来的组成，并在某种(或几种或几种)氧化物前加合适系数。氧化物前加合适系数。KAlSi3O8：K2OAl2O36SiO2Al2Si2O5(OH)4：Al2O32SiO22H2O(2)分析反应前后物质的种类，可知属于酸分析反应前后物质的种类，可知属于酸与盐发生的复分解反应，由于与盐发生的复分解反应，由于H2CO3酸性强于酸性强于H2SiO3，发生了较强的酸制较弱的酸的反应。，发生了较强的酸制较弱的酸的反应。答案答案：(1)K2OAl2O36SiO2Al2O32SiO22H2O(2)H2CO3的酸性比的酸性比H2SiO3的酸性的酸性强强当堂达标训练当堂达标训练课时活页训练课时活页训练