硅和二氧化硅.doc
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1、如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流硅和二氧化硅学科:化学教学内容:硅和二氧化硅【课前复习】温故1自然界中,C的同素异形体天然存在的有_、_,人工制取的有_、_等;Si的同素异形体都是人工制取的,有_、_两种。2金刚石和硅晶体比较。(1)硬度:金刚石_硅晶体;(填“大于”或“小于”;下同)(2)熔点:金刚石_硅晶体;(3)导电性:金刚石_硅晶体。知新3C、Si同主族,化学性质相似,但也有差别,其中能与NaOH(aq)反应的是_(写元素符号),化学方程式为_;能与HF(aq)反应的是_(写元素符号),反应方程式是_。4硅的用途十分广泛,作为良好的半导体,硅可用来制造_、_、_等半导体器件,还
2、可制成_电池。硅的合金用途也很广,含硅4%(质量分数)的钢可用来制造_;含硅15%(质量分数)的钢可用来制造_。5CO2、SiO2性质相似,都是酸性氧化物,分别写出它们与足量NaOH(aq)反应的化学方程式:_、_;二者差别也很明显,其中能与H2O反应的是_(写出化学式),反应方程式为_。6SiO2与水反应吗?为什么说SiO2是酸性氧化物?7SiO2与硅石、砂石、石英、水晶、玛瑙间有何关系?【学习目标】1初步了解硅在自然界中的存在形态。了解硅元素的常见同素异形体。2了解硅的物理性质和主要用途。3掌握硅的化学性质和制取方法。这是本节学习的重点内容,也是本章重点之一。4了解二氧化硅的存在,知道石英
3、、水晶、硅石与SiO2的关系。5掌握二氧化硅的化学性质,这是本节、也是本章的学习重点。6了解硅酸、原硅酸的性质和制取方法。7了解常见硅酸盐的主要用途。8理解硅酸盐的氧化物表示方法,知道其化学式中氧化物前计量数的含义。【基础知识精讲】一、硅的存在(1)分布广:地壳中到处都是。(2)含量多:地壳中含量居第二位,仅次于氧。(3)化合态:自然界中没有游离态的硅,所有的硅都是化合态的。二、硅的同素异形体自然界中有游离态的碳(如金刚石和石墨),没有游离态的硅,所有的单质硅都是人工制得的。单质硅有晶体硅和无定形硅2种。三、硅的物理性质硅的主要物理性质可编拟口诀帮助记忆。金属光泽灰黑硅,熔沸点高硬而脆,游离化
4、合两形态,电子管件半导体。四、金刚石、石墨、硅晶体的导电性金刚石和晶体硅属于原子晶体,由于金刚石中碳原子的四个价电子全部用来形成共价键,晶体内部结构中不存在自由电子,此外,又因形成晶体的CC键长较短(1.551010m),键能较大(346 kJmol1),成键的两个原子核对共用电子对的吸引力大。即使有外界条件(光或热等)的作用,共用电子对也不会被激发成为自由电子,因此金刚石不导电;晶体硅虽结构与金刚石相似,晶体内部也无自由电子,但SiSi 的键长(2.351010m)比CC的键长长,键能(177 kJmol1)小于CC的键能,成键的两个原子核对共用电子对吸引力较小,在外界条件(光或热)作用下,
5、可摆脱两核的吸引力而成为自由电子,此时共用电子对离开共价键结构,原来的位置即成为带正电荷的空穴,显然自由电子和空穴总是成对出现的,称为电子空穴对,由于自由电子的运动,使电子空穴对不断变换,从而使晶体导电,但晶体硅通过这种方式导电有一定方向性,即单向导电,所以晶体硅被称为半导体。石墨是导体,是因为石墨是层状结构。在同一层中,每个碳原子只能与周围三个碳原子成键,这样每个碳原子都还有一个未成对电子即自由电子,通过自由电子而导电,故石墨是导体。五、硅的化学性质(1)常温下,Si化学性质稳定,但可与下列物质反应,而C不能。Si4HFSiF4SiH4Si2NaOHH2ONa2SiO32H2(2)加热和高温
6、下,Si能与一些非金属反应,与C相似。SiO2SiO2Si2H2SiH4SiF2SiF4常温即可六、SiO2的存在SiO2广泛存在于自然界中,与其他矿物质共同构成了岩石。(1)砂:含较多杂质的SiO2;(2)石英:含较少杂质的SiO2;(3)水晶:透明的石英晶体,含极少杂质的SiO2;(4)玛瑙:含有色杂质的石英晶体。(5)硅石:天然二氧化硅。七、SiO2的物理性质坚硬难熔(或溶)八、SiO2的化学性质SiO2是酸性氧化物,但与水不反应,可与CaO、NaOH(aq)、HF(aq)反应:(1)高温下与碱性氧化物的反应CaOSiO2CaSiO3(2)高温下与盐的反应CaCO3SiO2CaSiO3C
7、O2(3)常温下与NaOH(aq)的反应2NaOHSiO2Na2SiO3H2O注意,不生成NaHSiO3,即没有下列反应发生NaOHSiO2NaHSiO3(4)常温下与HF(aq)的反应SiO24HFSiF42H2O注意,SiF4在常温常压下也是气体。九、联系实际,记忆SiO2的性质(1)SiO2不溶于水。砂石的主要成分是SiO2,砂石于河流、海滩中经上亿万年的冲蚀而存在,是SiO2不溶于水的最好注释。(2)NaOH(aq)可用玻璃瓶盛放,但不可使用磨砂玻璃塞。普通玻璃中含有SiO2,石英玻璃的主要成分是SiO2。光滑的玻璃与NaOH(aq)不反应,所以可用玻璃试剂瓶盛NaOH(aq)。粗糙的
8、玻璃易与NaOH(aq)反应。2NaOHSiO2Na2SiO3H2O生成的Na2SiO3能将磨砂的玻璃瓶和玻璃塞粘合在一起,久之不能打开,所以不能用带磨砂玻璃塞的玻璃瓶盛放NaOH等碱性溶液。(3)HF雕刻玻璃。量筒等仪器上的刻度,某些玻璃的花纹图案,是用HF(aq)雕刻的:把不需要雕刻的部位用蜡覆盖,需要雕刻的部位裸露,然后将玻璃放在HF(aq)中,片刻即可。这是由于SiO2被腐蚀的结果:SiO24HFSiF42H2O操作时,要谨防HF中毒。十、Si的工业制法(1)制取粗硅含少量杂质的硅SiO2CSi2CO注意,高温下C的氧化产物是CO,而非CO2,因为即使生成CO2,也会发生以下反应:CC
9、O22CO(2)粗硅提纯Si(粗)Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HCl十一、硅酸和原硅酸1主要性质(1)物理性质硅酸和原硅酸都是难溶于水的酸。(2)化学性质硅酸和原硅酸都是弱酸,它们都不能使紫色石蕊试液变红色。硅酸和原硅酸都是不稳定的酸,受热易发生分解反应H4SiO4H2SiO3H2O;H2SiO3H2OSiO2硅酸和原硅酸都能与碱溶液反应2NaOHH2SiO3Na2SiO32H2O2NaOHH4SiO4Na2SiO33H2O2制取方法用可溶性硅酸盐和酸溶液反应。Na2SiO3(aq)与强酸的反应Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3Na2SiO32HClH2OH4SiO4
10、2NaClNa2SiO3(aq)与CO2的反应Na2SiO3H2OCO2H2SiO3Na2CO3Na2SiO32H2O2CO2H2SiO32Na2HCO3Na2SiO32H2OCO2H4SiO4Na2CO3Na2SiO33H2O2CO2H4SiO42Na2HCO3十二、常见硅酸盐(1)硅酸钠Na2SiO3(aq)俗名水玻璃。水玻璃的主要用途:工业粘合剂、防腐剂和耐火材料。(2)粘土粘土的主要成分是铝硅酸盐;粘土的常见种类有高岭土(也叫瓷土)和一般黏土。粘土的主要作用是制造陶瓷器。十三、硅酸盐的氧化物表示方法硅酸盐的种类很多,结构也很复杂,通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成。如:硅酸钠:
11、Na2SiO3 (Na2OSiO2)高岭石:Al2(Si2O5)(OH)4(Al2O32SiO22H2O)镁橄榄石:Mg2SiO4(2MgOSiO2)注意事项:在硅酸盐的氧化物表示式中,氧化物的排列顺序是:金属氧化物SiO2H2O;当有多种金属氧化物时,活泼金属的氧化物写在前面。在硅酸盐氧化物的表示式中,氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用,对其他氧化物不起作用。如:2MgOSiO2表示2个MgO和1个SiO2,不能认为是2(MgOSiO2)。十四、硅及其化合物的反常性质(1)硅的还原性比碳强,但碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅:SiO22CSi2CO;这是由于生成物CO是气体逸出的原因。工
12、业上将Na和KCl的混合物升温至K的沸点以上Na的沸点以下,使K逸出制取K,原理与上相同。(2)非金属单质一般不与弱氧化性酸反应,而硅不但能与氢氟酸反应,而且还有H2生成:Si4HFSiF42H2。(3)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气,而硅却不然:Si2NaOHH2ONa2SiO32H2。(4)虽然SiO2是硅酸的酸酐,但却不能用SiO2与水反应制备硅酸,而只能用可溶性硅酸盐跟酸作用来制备。(5)酸性氧化物一般不与酸反应(除氧化还原反应外),而二氧化硅却能与氢氟酸反应。(6)无机酸一般易溶于水,而硅酸和原硅酸却难溶于水。(7)反应Na2SiO3CO22H2ONa2CO3H4SiO4、N
13、a2CO3SiO2Na2SiO3CO2能够进行,这是由于前者生成不溶于强酸的沉淀,后者生成气体逸出的缘故。【学习方法指导】例1下列物质俗名、化学式、用途均相符的一组是()A水玻璃Na2SiO3粉末建筑工业粘合剂B重晶石BaCO3粉末 钡餐C苏打Na2SO410H2O 泡沫灭火器原料D生石膏2CaSO4H2O 人物塑像解析:水玻璃是Na2SiO3的水溶液,A不正确。重晶石是BaSO4晶体,不是BaCO3粉末,前者可用于钡餐,后者不能,B不正确。苏打是Na2CO310H2O,但泡沫灭火器中用的是小苏打溶液。这样,可知答案。用石膏塑像时,先将生石膏加水调成糊状:2CaSO4H2O2H2O2CaSO4
14、2H2OCaSO42H2O具有可塑性,附着在模具上,风干后定型为石膏塑像。答案:D例2SiC的一种晶体有类似于金刚石的结构,其中C原子与Si原子的位置是交替排列着的。以下三种晶体:金刚石晶体硅碳化硅,它们的熔点由高到低的顺序为()ABCD解析:三种物质均属原子晶体,键长越长,则键能越小,熔点越低。由于键长:CC键CSi键SiSi键,所以键能:CC键CSi键SiSi键,故熔点:金刚石碳化硅晶体硅。答案:A例3下列关于硅的叙述中正确的是()A硅是非金属元素,但是它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B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C硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质起反应D硅与
15、氟、氯、溴、碘在加热条件下也不能直接化合解析:常温下,硅能与氢氟酸、强碱溶液反应,在加热条件下能与F2、Cl2、Br2、I2反应:Si4HFSiF42H2Si2NaOHH2ONa2SiO32H2Si2Cl2SiCl4Si2Br2SiBr4答案:AB例4下列盛放试剂的方法正确的是()A氢氟酸或浓硝酸盛放在带橡皮塞的棕色玻璃瓶中B汽油或煤油存放在带橡皮塞的棕色玻璃瓶中CNa2CO3(aq)或Ca(OH)2(aq)存放在配有磨口塞的棕色玻璃瓶中D氯水或AgNO3(aq)存放在配有磨口塞的棕色玻璃瓶中解析:氢氟酸能腐蚀玻璃,不能盛放在玻璃瓶中;浓HNO3有强氧化性,能氧化橡皮塞使其变脆,不能盛放在带橡
16、皮塞的试剂瓶中;汽油、煤油易挥发,能使橡皮塞产生溶胀,不能盛放在带橡皮塞的试剂瓶中;Na2CO3(aq)、Ca(OH)2(aq)都呈碱性,不能盛放在配有磨口塞的试剂瓶中。氯水或AgNO3(aq)不能与Na2SiO3反应(无光的条件下)。答案:D例5X、Y两元素能以共价键结合成化学式为XY2的物质;X、Y两元素可能分别属于元素周期表中的族是()AA和ABA和ACA和ADA和A解析:首先排除X、Y中含H元素的可能;若X为H元素,则HY2不存在;若X为H元素,则H、Y形成化合物的化学式为H2Y,而非YH2。若X为1价,则“Y2”为1价,超氧化钾(KO2)符合要求,但超氧化钾(KO2)是离子化合物,不
17、符合题意。HO2是共价化合物,但不存在;事实上,没有这样的共价化合物。若X为2价,则Y为2价,则不符合XY2,备选项C不可选。若X为4价,则Y为2价,则以共价键结合的CO2和SiO2等符合题意,备选项B可选。答案:B例6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。此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4,此反应的离子方程式为2KAlSi3O82H2CO39H2O2K2HCO4H4SiO4Al2Si2O5(OH)4这个反应能够发生的原因是_。解析:分析反应方程式,不难看出H2CO3H4SiO4此即符合
18、“强酸制弱酸”的复分解反应规律,原因可依次而答。答案:因为H2CO3的酸性比H4SiO4强,所以硅酸盐可与较强酸H2CO3反应生成碳酸盐和较弱酸H4SiO4。例7三硅酸镁被用来治疗胃酸过多的胃溃疡,是因为该物质不溶于水,服用后能中和胃酸,作用持久。把三硅酸镁Mg2Si3O8nH2O改写成氧化物的形式为_ ,它中和胃酸(HCl)的化学方程式是_。解析:若直接写Mg2Si3O8nH2O与HCl(aq)的反应,则无从下手,先将Mg2Si3O8nH2O改写成氧化物形式:2MgO3SiO2nH2O,再写与HCl(aq)的反应则较易。答案:2MgO3SiO2nH2O2MgO3SiO2nH2O4HCl2Mg
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